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導入: 現代歯科のための精密工学
粉末冶金学は、歯科インプラントの製造のための変革的な製造方法として登場しました。伝統的な下請技術とは異なり、粉末冶金学は、微細な金属粉末からコンポーネントを組み立て、材料特性や幾何学上の比類のない制御を可能にします。 歯科用アプリケーションでは、インプラントは、生きた骨と十年にわたる咀嚼力とシームレスに統合し、このプロセスの利点は深刻です。 この記事では、粉末冶金学がカスタマイズ可能な高性能デンタルプラントの手順を作成するためにどのように使用され、最新の研究手順を基礎に基礎研究を基礎にしています。
粉末冶金学の基礎
粉末冶金学(PM)は、金属粉末を固体、密なコンポーネントに変換する、純形状またはニアネット形状の製造プロセスです。コアシーケンスには、混合、圧縮、焼結が含まれますが、各ステージは特定の微細構造と特性を達成するために調整することができます。
ステップ1:パウダー生産とブレンド
メタパウダーは、ガスまたは水アトマイゼーションによって生成されます。これは、制御されたサイズの分布と形態学の粒子を産生します。 歯科インプラントの場合、 ] チタン (Ti-6Al-4V または CP-Ti) および []] は、その優れた のために一般的に使用されるV] と の抵抗の合金[FLT:] と [FLT:] と [FLT:] と [FLT] と [F] と [FLT] と [F] は、 と [FLT: [FLT: [F] と [FLT: [F] と [F] と [F] と [F] の抵抗の成分は、 と [F] と [F] と [FLT: [F] の成分は、 [F] と [FLT: [FLT: [F] と [F] の成分は、
ステップ2:コンパクト化(プレス)
混合された粉は400-800 MPa間の高圧の下で、通常ダイスに荷を積まれます。この風邪の隔離された押すか、または一軸押す形態は形を保持するが、低い強さがある「緑」のコンパクト形をです。圧力は焼結の後で最終的な密度に直接影響を及ぼす緑色の部品の密度を、決定します。
ステップ3:焼結
主金属の融点の下の温度に、制御大気炉で緑色のコンパクトが熱されます。焼結中、金属粒子は拡散による結束を行い、気孔率を減らし、密度を増加させます。チタン合金の焼結温度は1100〜1300°Cの範囲で、コ・クリ合金は1200〜1400°C前後で焼結します。その結果は、微小孔率を有する高密度で強力なコンポーネントです。
任意ポスト焼結の処置
完全な密度または特定の表面特性を達成するために、熱間圧接(HIP)、表面コーティング、または熱処理などの追加の手順を適用することができます。 HIPは、残留気孔を除去し、負荷抵抗インプラントの疲労強度を向上することができます。
粉末冶金による歯科インプラント用材料
素材の選択は、インプラント歯科でパラマウントされています。 PMは、機械やキャストが難しい合金の使用を可能にし、新しい可能性を開く。 主な材料は、次のとおりです。
- [] 商業的に純粋なチタン(CP-Ti)[ - 4グレードは、ワンピースインプラントに理想的な、強度と延性のバランスの良いを提供します。
- [Ti-6Al-4V ELI[ - 強度と優れたオセオインテグレーション特性を備えたワークホース合金。
- []コバルト - クロム - モリブデン(Co-Cr-Mo)[ - 高耐摩耗性のためにフレームワークや断食に使用されます。
- [ステンレス鋼(316L)[] - 恒久的な備品のあまり一般的ではありませんが、一時的なインプラントや教育モデルで使用されます。
- ノベルベータチタン合金[] - 低弾性率(55 GPaまで)は、ストレスシールドを低下させ、PMは正確な組成制御を可能にします。
粉末サイズと焼結パラメータを調整することで、各材料は特定の[[]の穴構造[を持つように設計することができます。 これは、奨励するための鍵です ]骨の育成[]]。
カスタム化:粉末冶金学の競争力
PMの最も説得力のある利点の1つは、加工に関連する高いツーリングコストなしでpatient-specificインプラントを生産する能力です。 カスタマイズは、複数のレベルで発生します。
幾何学のカスタム化
イノプラントは、患者の顎解剖学と一致する複雑な有機形状で設計することができます。CTスキャンデータを使用して、欠陥や欠損の歯のソケットのデジタルモデルを作成することができ、PMダイはCNCまたは]additive Manufacturingを介して製造されます。これは、最小限の仕上げを必要とするニアネット形状を収量ります。
表面質および気孔率
粉末形態と焼結サイクルを変更することにより、インプラント表面は、骨の侵入を促進する構造(100〜600μm)[のマクロポラスを組み込むことができます。外側の層は、]を高層に形成することができます。コアは強度の高密度でありながら、鋳造や加工で難しさを増大させます。制御は、薬を使用することができます(抗菌剤)。
等級別構成
PMは、ヒドロキシアパタイト(HA)表面層を有するチタンコアなどの機能性グレードの材料の生成を可能にします。これは、異なる粉末をコプレスするか、第二材料で緑色の体を浸すことによって行うことができます。 グレードされたインタフェースは、ストレス濃度を減らし、骨の結合を改善します。
粉末冶金学対伝統製造
従来の歯科インプラントの製作は、細工したバーやのインベスターメントキャスティングに由来します。各方法には制限があります。
加工機械
- 長所: 優秀な次元の正確さ、よい表面の終わり。
- 短所: 加工硬化によりチタンが難しく、単純幾何学に限らず、高材料廃棄物(80%以上)。
投資鋳造
- 長所:複雑な形状、細かい再現性を生むことができます。
- 短所: セラミックシェルから高価な金型、気孔率および収縮の分散性、潜在的な汚染が必要です。
粉末冶金学
- 長所: ニアネット形状は、スクラップ、均一な微細構造、制御された気孔率、調整された組成物、中〜大の操業のための優れたコスト効率を生成する能力を低下させます。
- 短所: 専門粉末、アンダーカットの二次圧縮、最適化されていない場合、残留性孔の潜在的なニーズ。
カスタムインプラントでは、PMは設計自由と素材の完全性を最大限にバランス良くします。
粉末冶金によるオセオインテグレーションの強化
歯科インプラントの長期成功は]のosseointegrationに依存します。 - インプラント表面とリビングボーン間の直接構造と機能的な接続。 PMは、このいくつかの方法で貢献します。
骨の成長のための多孔質な構造
焼結中に分解する空間ホルダー粒子(例えば、アンモニウムビカート)を使用して、相互接続された気孔のネットワークを作成することができます。 60%を超える研究では、より200〜500μmと気孔径がより60%の穴径が急速な骨の浸入と血管拡張を促すことを示しています。 多孔質PM表面は、外皮骨アーキテクチャを模倣し、変形骨の骨や変形を低減します。
表面修正
後焼結処理(]) 酸エッチング または] 陽極酸化 は、PM表面に粗さを増大させ、骨粗さを増大させるマイクロトポグラフィを作成するために適用することができます。また、 カルシウムリン酸コーティング]]]は、最終生成されたバイオリン層と統合される前に、電解質堆積物を介して適用することができます。
生物的反応
による研究Fousova et al. (2014)は、粉末冶金によって作られた多孔質チタンインプラントが動物モデルの密なインプラントと比較して大幅に高い細胞の生存と骨形成をサポートしたことを示しています。 オープン気孔率は、骨粗しょう細胞がインプラント内部に移行することを許しました、治癒を加速します。
現状の研究開発と今後の方向性
歯科インプラントのための粉末冶金学の分野は、より優れた患者結果の必要性によって駆動され、急速に進んでいます。 調査の主要な分野は次のとおりです。
添加剤製造+PMハイブリッド
従来のPMステップで、選択型レーザー焼結(SLS)を組み合わせることで、圧入できない複雑な格子構造の生成を可能にします。インプラントのベースは、多孔質格子で添加でき、第二粉末金属で焼結し、負荷軸受け領域にフル密度に焼結させることができます。
生体活性および抗菌インプラント
研究者は、細菌の転移面を作成するために粉末ブレンドに[[]]を組み込まれています。 多孔構造のこれらのエージェントの制御されたリリースは、初期段階の感染を防ぐことができます。 同様に、ストロンチウムまたはを]ストロンチウム[FLT]をドーピングする]とドーピングする。 [FLT:[FLT:]の[FLT:]または[FLT:[FLT]:[FLT]の[FLT]の[FLT:[FLT]]を[F]]]]を促進します。 [FLT:[F]:[FLT:[F]
生分解性インプラント
鉄系・亜鉛系合金は、徐々に劣化し、骨に置換される一時インプラントを探索しています。PMは、気孔率と合金組成を調整することで劣化率を正確に制御します。A ]2020年 Acta Biomaterialiaで研究されると、PMが支持した骨の成長が、安全な速度で腐食していると多孔質鉄-亜鉛の足場が示されています。
内蔵センサーによるスマートインプラント
PMプロセスに[[)圧電気セラミックス[をインプラントに統合することで、治癒力を監視したり、早期にゆるみを検知したりすることができます。 実験中、プレス中にセンサーを埋め込む機能は、PMのユニークな利点です。
コンテンツ
粉末冶金学は、歯科インプラントの代替製造ルートよりも多くあります。それは革新のためのプラットフォームです。その能力は]を生成する能力、制御されたマイクロ構造[]]]、および[[]]は、現代のインプラントの重要な要求を強調します。長期的安定性、迅速な統合、および研究の代替材料は、唯一の特別な方法を採用し、これらの優れた材料は、金属材料と材料の代替材料を生産します。
PMインプラントを準拠した技術基準をさらに読み込むには、【FLT:0】ASTM F2885(金属インジェクション成形部品用標準)を参照してください。 最近の進歩の概要については、【]によるレビュー。 (2019)金属]の金属で粉末冶金チタン合金の包括的な分析が提供されます。