摘要3D打印技术,也被称为增材制造或快速成型技术,是一种以三维数字模型为基础,通过运用3D打印机将材料以分层制造、逐层叠加的方式制造物体的技术。与传统的减法制造相比,3D打印技术可以以较低的成本快速制造具有复杂3D结构的定制化产品,从而在个性化需求较高的齿科领域具有极高的应用空间和发展前景。在众多3D打印技术中,光固化3D打印技术具有打印精度高、成型效率高、产品表面质量好等特点,在商业化应用上具有巨大的潜力。其中,液晶显示(Liquidcrystaldisplay,LCD)光固化3D打印技术具有分辨率高、成本低、打印幅面大、打印机尺寸较小等特点,适合在诊所、医院、工厂等场所使用。因此,本文基于此3D打印技术,对齿科材料中的光敏树脂材料和陶瓷材料(氧化铝、氧化锆)分别进行了研究。本论文的主要研究成果如下:<br> (1)选择以聚氨酯二甲基丙烯酸酯(UDMA)和乙氧化双酚A二甲基丙烯酸酯(BPA4EODMA)为单体组分,通过研究树脂的流变性能、弯曲性能、收缩性能和光固化性能确定了最优单体配比。结果表明,基体树脂的最佳配比为U5B5,U5B5树脂具有适合LCD3D打印的流变性能,弯曲强度和收缩性也较佳,光固化性能也满足打印要求。其次,以TiO2为无机填料制备复合树脂,研究了TiO2添加量对复合树脂弯曲性能、收缩性能、光固化性能、吸水性、溶解性以及生物相容性的影响。当TiO2含量为1.5%时,复合树脂的弯曲强度和弯曲模量达到最大。复合树脂的收缩率随TiO2含量的增加而降低,收缩现象得到改善。随着TiO2含量的增加,复合树脂的光固化性能随之降低。TiO2添加量对复合树脂的吸水性没有影响,当TiO2含量大于1%时,复合树脂的溶解值随其含量的增加而增加。此外,细胞毒性和溶血性实验表明复合树脂具有良好的生物相容性。<br> (2)采用基于光固化原理的LCD3D打印技术制备氧化铝陶瓷,同时选择二氧化钛作为一种双功能添加剂,来改善陶瓷的打印性能和烧结性能。结果表明,陶瓷浆料的粘度随TiO2含量的增加而增加,且含量在10wt.%以内时满足打印要求。由于TiO2的吸光作用,陶瓷浆料的过曝光效应和透射深度DP均随其含量的增加而降低,这有助于提高氧化铝陶瓷的打印精度。TiO2的掺杂可以改善氧化铝陶瓷的烧结性能,促进了其在低温烧结时的致密化过程,其整体结构经1200℃烧结后不会发生坍塌。当烧结温度为1200℃时,TiO2含量为5wt.%的复合陶瓷致密化性能最优。<br> (3)从降低固化层与基底的分离力的角度出发,研究了两种惰性分离膜(PDMS和FEP)作为分离基底对氧化锆陶瓷浆料固化层分离的影响。结果表明,PDMS膜的高弹性、低杨氏模量、低表面自由能的特性使其在3D打印过程中的分离力较低,这使得基于LCD技术的氧化锆陶瓷得以打印成功。之后在以PDMS膜为分离膜的基础上,优化了陶瓷浆料的固含量。当固含量为72.5wt.%时,可得到弯曲强度为255MPa、相对密度为98.1%的高质量氧化锆陶瓷制件。
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