牙科 | 3D打印纯钛、TC4、钴铬合金的性能对比

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材料学是对口腔修复学影响最大的学科之一，口腔应用材料学的发展，对口腔修复质量的提高具有不可取代的作用。

义齿制作用的金属材料可以分为贵金属、半贵金属和非贵金属三大类，其中非贵金属性价比较高，而且随着牙科材料的不断研发和改进，很多非贵金属的生物安全性和可靠性都在提升，其中钴铬合金、纯钛和钛合金是目前最常见的牙科非金属种类，也是牙科最常用的3D打印金属种类。那这三种金属在性能上有何区别？

牙科金属材料的力学性能至关重要，因为制作出的义齿修复体需要在强度、硬度、塑性和回弹性方面满足相应的要求，才能安全可靠的应用在口腔修复领域。

为了更准确对比三种金属材料的性能，减少成型工艺对最终成型材料力学性能的影响。本研究选用目前市场上三种金属材料，统一采用激光选区熔化成型工艺，最后再对比成型后的性能。

力学测试件的成型照片

不同牙科金属材料成型后的力学性能对比

从以上对比表格可以看出，纯钛及钛合金的密度仅为钴铬合金的一半，属于轻量化的牙科金属；低密度的牙科修复体能够减少口内异物感；此外，钛及钛合金的导热性仅为钴铬合金的六分之一，因此, 牙科钛修复体具有保护牙髓、避免冷热刺激的作用。此外，TC4钛合金弹性模量与人体硬组织最接近，屈服强度又高，可发生的弹性变形要远超钴铬合金，在临床上就变现出良好的回弹性。

纯钛及钛合金都是常见的轻量化牙科金属材料，纯钛虽然具有较高的延伸率，可塑性较强，但是纯钛的强度和硬度较低，口内长期使用容易变形，固位力下降明显。而TC4钛合金相比纯钛，具有较高强度和硬度的同时，兼具弹性和塑性，更匹配口腔临床使用的要求，耐久性更好。

金属材料长期处于口腔环境中，难以避免会有金属离子析出。因此牙科金属材料需要具有一定的耐腐蚀性，尽可能减少金属离子析出，减少安全健康隐患。

本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的耐腐蚀性。

其中重庆医科大学的文献《口腔用生物金属材料的耐蚀性能》根据不同材料的金属离子析出范围，将金属材料分成了三类，如表2所示，纯钛、TC4钛合金和钴铬合金都属于较少溶出量种类，7天溶出离子总量都低于9μg/cm2。

不同金属材料浸泡溶出离子总量

本文研究人员对3D打印的钛合金进行了耐腐蚀性实测，测试结果表明：在37℃、7天释放到指定溶液中的总金属离子为5.6μg/cm2，具有较好的耐腐蚀性，达到了贵金属的耐腐蚀性水平。3D打印技术参考在查阅资料时发现，中山大学孙逸仙纪念医院口腔科的研究指出3D打印的钴铬合金比铸造的钴铬合金耐蚀性更优；另有研究发现3D打印的纯钛比钛合金具有更好的耐腐蚀性。

与生物相容性相关的因素主要包括材料对人体应无毒性、无刺激性、无致癌性和致畸变等作用。在体内正常代谢作用下，应保持稳定状态，无生物退变性，其代谢或降解产物对人体无害，且易被代谢。

本文还通过实测数据结合国内外研究文献数据的方法，对比了三种材料的生物相容性。

其中文献《口腔金属材料安全性、相容性以及功能性的评价》研究显示钛金属及其合金材料耐磨损性能强、细胞相容性好、耐腐蚀性能强，是首选的应用材料，其次是贵金属合金材料和钴铬合金材料。

文献《钴铬合金与钛合金修复材料的细胞相容性研究》表明钴铬合金对HGF细胞具有一定的细胞毒性，而钛合金细胞相容性良好。

有关3D打印纯钛的生物相容性以及钛合金耐腐蚀性和生物相容性的研究

从上表的文献结果汇总也可以发现，钛合金材料在经过3D打印成型后具有较好的生物安全性。

医用材料对于生物性能的要求极高，生物相容性是医用材料应用于人体后与机体之间发生相互作用，医用材料与人体机体对相互作用的反应能力能够保持相对稳定而不会相互排斥。

传统工艺制作的纯钛、钛合金以及钴铬合金已经是应用非常成熟的生物医学材料，在复杂及个性化医疗器械加工与制造过程中，也逐渐开始运用金属3D打印技术。两种工艺所制造的试件都具有良好的生物安全性，且在某些条件下，3D打印试件的性能更优于传统铸轧。3D打印技术不会改变材料的生物安全性，利用该技术的优势，纯钛、钛合金以及钴铬合金将在牙科及骨科等个性化医疗领域将会有更好的应用前景。如果非要说那种材料更好，只能说，没有最好，只有更好。