口腔医学中的超声加工技术*(3)
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【关键词】
【摘要】口腔内磨削用金刚石磨头,是一种将金刚石颗粒镀在钨钢基体上的小型旋转工具,根据外形可分为平底磨头、球磨头和锥度磨头[17],外观如图6所示。磨削
口腔内磨削用金刚石磨头,是一种将金刚石颗粒镀在钨钢基体上的小型旋转工具,根据外形可分为平底磨头、球磨头和锥度磨头[17],外观如图6所示。磨削时,磨头上的金刚石颗粒对工件进行切削,以达到材料去除的效果。由于金刚石颗粒在磨头上的分布随机,造成加工表面容易因金刚石颗粒分布不均而形成明显的加工纹路[18]。但超声磨削技术为金刚石磨头提供了轴向上的运动,缓解了由金刚石颗粒伸出高度不一导致的加工表面质量较差的影响。
图6 陶瓷义齿磨头[8]Fig. 6 Grinding burrs of ceramic denture
2.1 体外牙科陶瓷材料超声磨削
通常用于牙体修复的陶瓷材料主要有长石质瓷、玻璃陶瓷、氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷和玻璃渗透陶瓷等[19-22]。基于其良好的生物相容性,氧化锆陶瓷作为种植体基台材料,取得了相关证据的支持[21,23-24]。然而,由于材料本身的硬脆性,且用于口腔治疗的修复体的尺寸微小、外形复杂,导致其在成型加工过程中容易出现崩碎和微裂纹扩展等损伤[25],从而在后续承受反复咀嚼摩擦及咬合压力的情况下寿命衰减速度增快[26-27]。因此,如何对这些材料进行高效高质量的加工已经成为近年来的研究热点[28-29]。
传统全氧化锆陶瓷牙冠是通过对预烧结的多孔氧化锆块体进行高速磨削加工再进行二次烧结后制作而成,在二次烧结过程中氧化锆块体发生的体积收缩容易导致牙冠的加工精度不稳定、表面粗糙、内应力集中等问题[30-31]。且典型的牙科陶瓷表面在传统高速加工过程中会产生大量的微裂纹等缺陷,导致其使用寿命降低[32-33]。超声磨削加工作为一种先进的加工和切除技术,可以直接对如氧化锆陶瓷、玻璃陶瓷等多种硬脆性陶瓷材料进行加工[34],达到一次精确成型的效果。
目前,针对牙科陶瓷的超声磨削加工研究相对较少,但国内外对工程陶瓷的超声磨削加工机理已开展广泛深入的研究。郑侃等[35]进行了金刚石磨粒车针对齿科完全烧结氧化锆的旋转超声磨削加工行为研究,发现旋转超声加工相较于传统高速磨削能有效抑制完全烧结氧化锆陶瓷材料的边缘碎裂,同时明显减少其亚表面微裂纹,提升其整体加工表面质量。MOHAMMAD等[36]根据陶瓷在超声磨削加工中产生的塑性变形和脆性断裂建立了裂纹扩展公式,用于预测陶瓷加工中产生的裂纹扩展。贾振锋等[37]根据超声磨削工具上相邻磨粒运动轨迹的变化特征,提出相邻磨粒的运动学模型。GHAHRAMANI等[38]采用光弹性分析方法对超声振动过程中工件与刀具之间的冲击力进行模拟,建立了氧化铝陶瓷超声波辅助磨削的材料去除力学模型。基于压痕实验的材料断裂特性,ZHANG等[39]建立了脆性材料超声辅助底面磨削的切削力数学模型。基于脆性断裂为超声辅助磨削的首要材料去除方式的假设下,也有相关的切削力数学模型被提出[40-41]。XIAO等[42]在研究脆性材料的超声振动辅助侧磨削过程中确定了脆塑性转变的临界切削深度,同时分析了不同金刚石颗粒间的交互影响,建立了超声振动辅助侧磨削的切削力模型。
2.2 口内修复体的超声牙科手机调磨
传统高速牙科手机夹持小直径车针加工时容易产生高频颤振、噪声、切削热和切削力等问题;同时容易使病人的牙髓甚至口腔内软组织受到损伤,给临床操作带来较大的负面影响。采用超声牙科手机进行口腔内高速调磨,是在传统的高低速牙科手机基础上附加超声振动辅助加工,利用专门的肩台修整工作头,通过加入轴向微小高频振动的磨削替代传统的高速旋转磨削,可提高修复体的表面质量,降低修复体损伤,使得精修肩台的边缘密合性更好[15]。但目前此技术仍处于研究阶段,市面上尚未出现相应产品。
3 生物组织的超声表面光整加工
在牙周病患者的牙齿表面或牙髓根管内部存在大量难以去除的污垢结石和感染物,超声技术利用不同材料对振动敏感性的不同来对其进行清除[43-44],可达到清洁除菌的效果。
根据加工区域及工具头的不同,超声表面光整加工在口腔治疗的应用主要包括超声洁牙和根管清理2部分[45-46]。超声表面光整设备主要为超声洁牙机[47-48],一般为手持式器械,体积和功率较小。超声洁牙机的主要结构包括控制电路、液路、手柄、超声换能器、工作头、电源开关等。目前这类技术已经较为成熟,国内外厂家均有较为成功的产品系列,如瑞士的Piezon No-Pain系列以及法国的Newtron P5 XS Bled;国内如桂林啄木鸟的UDS系列超声洁牙机以及上海品瑞的牙科综合治疗仪系列。根据功能不同,工作头主要包括工作头和根管锉等形式。超声洁牙是通过高频振动,将接触到的牙结石粉碎排出,达到相应的清洁和治疗效果。
文章来源:《现代口腔医学杂志》 网址: http://www.xdkqyxzzzz.cn/qikandaodu/2021/0128/328.html
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