Customizable 치과 Implants를 일으키기에 있는 분말 야금술의 사용

소개: 현대 Dentistry를 위한 정밀도 기술설계

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분말 야금의 기초

분말 야금술 (PM)는 단단한, 조밀한 성분으로 금속 분말을 개조하는 순수한 모양 또는 가까운 관 모양 제조 과정입니다. 핵심 순서는 혼합, 조밀하, 그리고 소결을 포함하고, 그러나 각 단계는 특정한 미세 구조 및 재산을 달성하기 위하여 조정될 수 있습니다.

단계 1: 분말 생산 및 혼합

금속 분말은 원자화를 통해 생산됩니다 – 가스 또는 물 원자화 – 이는 통제되는 크기 배급과 변색과 입자를 산출합니다. 치과 주입을 위해, 티타늄 (Ti-6Al-4V 또는 CP-Ti) 와 ] 코발트 크롬 (Co-Cr) 합금 는 그들의 우수한 [[[FLT:]] [FLT:]]와 가진 일반적으로 사용되다: 6FLT:7]는, 최종합성 성분 및 최종합성 성분을 가진 혼합 재산입니다.

단계 2: 압축 (압축)

혼합 분말은 400-800 MPa 사이에서 고압의 밑에 죽고 압축됩니다. 이 찬 이정식 누르거나 uniaxial 누르는 모양 그러나 저강도가 있는 “녹색” 콤팩트 모양을 형성합니다. 압력은 녹색 부분의 조밀도를 결정합니다, 직접 소결 후에 마지막 조밀도에 영향을 미칩니다.

3 단계 : 소결

초록색 콤팩트는 1 차적인 금속의 융해점의 밑에 온도에 통제되는 대기권 로에서 가열됩니다. 소결 도중, 금속 입자 유대는, 유공성을 감소시키고 조밀도를 증가합니다. 소결은 1100-1300°C에서 티타늄 합금 범위를 위한 온도를, Co-Cr 합금은 약 1200-1400°C에 소결합니다. 결과는, 꼬리를 달릴 수 있는 미생물을 가진 강한 성분입니다.

선택 포스트 소결 처리

HIP(HIP), 표면 코팅, 열처리 등의 특수 표면 특성이 적용될 수 있습니다. HIP는 재흡수성, 하중-bearing 임플란트에 대한 피로 강도를 향상시켜 줍니다.

분말 Metallurgy를 통해 치과 임플란트에 대한 재료

재료의 선택은 임플란트 치과의 기적이다. PM은 기계 또는 주조, 새로운 가능성을 열어주는 합금의 사용을 허용한다. 사용되는 주요 재료는 다음과 같습니다.

Commercially Pure Titanium (CP-Ti) – Grade 4는 한 조각 임플란트에 이상적인 힘과 연성의 좋은 균형을 제공합니다.
Ti-6Al-4V ELI – 고강도와 우수한 osseointegration 재산과 더불어 workhorse 합금.
Cobalt-Chromium-Molybdenum (Co-Cr-Mo) – 프레임 워크 및 부품에 사용되어 높은 내마모성.
스테인리스 스틸(316L) – 영구적 인 고정에 대한 덜 일반적이지만, 임시 임플란트 또는 교육 모델에 사용됩니다.
Novel Beta-Titanium Alloys – 낮은 탄성 계수(55 GPa까지)는 응력 보호를 줄이고 PM은 정확한 구성 제어를 허용합니다.

각 물자는 분말 크기와 소결 모수를 조정해서 특정한 구조 ]가 디자인될 수 있습니다. 이것은 encouraging ] 뼈 ingrowth 를 위한 열쇠입니다.

사용자 정의: 분말 야금술의 경쟁적인 가장자리

PM의 가장 적합한 장점 중 하나는 가공과 관련된 높은 툴링 비용없이 ]patient-specific implants]를 생산하는 능력입니다. 사용자 정의는 여러 수준에서 발생합니다.

Geometric 사용자 정의

이식은 환자의 턱 아나tomy와 일치하는 복잡한 유기 모양으로 디자인될 수 있습니다. CT 검사 자료, 결함 또는 누락된 이 소켓의 디지털 모형을 사용하여 창조될 수 있고, PM는 CNC 또는 additive 제조 를 통해 분말을 누르기 위하여 생성합니다. 이 산출은 최소한도 끝마무리를 요구하는 근관 모양을 산출합니다.

표면 질감과 포로성

분말 형태학 및 소결 주기를 수정함으로써, 이 주입 표면은 macroporous] 구조를 통합할 수 있습니다 (PLT: 1 - 600 μm) 뼈 침략을 촉진. 외부 층은 만들 수 있습니다 highly porous 핵심은 강도에 대 한 밀도를 유지하면서 - 주조 또는 가공과 어려운. 제어 porosity (예 :) 항균 약물을 허용.

급료 구성

PM은 hydroxyapatite (HA) 표면 층과 티타늄 코어와 같은 기능성 등급 재료의 생성을 가능하게합니다. 이것은 다른 분말을 압축하거나 두 번째 재료로 녹색 몸을 침투하여 수행 할 수 있습니다. 등급 인터페이스는 응력 농도를 줄이고 뼈 접합을 향상시킵니다.

Powder Metallurgy 대 전통 제조

전통 치과 임플란트 제작은 machining에서 와우트 바 또는 ]]investment Casting에 의존합니다. 각 방법에는 제한이 있습니다.

기계 가공

Pros: 우수한 차원 정확도, 좋은 지상 끝.
단점 : 높은 재료 폐기물 (최대 80 %의 재고 제거), 간단한 형상으로 제한되어있어 경화가 용이합니다.

투자 주물

Pros: 복잡한 모양, 좋은 세부사항 재생산을 일으킬 수 있습니다.
단점 : 비싼 금형, porosity 및 수축성, 세라믹 쉘의 잠재적 오염에 차이가 있습니다.

분말 야금술

Pros: Near-net 모양은 스크랩, 균일 한 미세 구조, 제어 된 porosity, tailored 구성, 중간에 큰 실행을위한 우수한 비용 효율을 창출 할 수있는 능력을 감소시킵니다.
단점 : 특수 분말, 하부 절단에 대한 보조 조형, 최적화되지 않은 경우 잔여 pores의 잠재력.

맞춤 임플란트를 위해 PM은 디자인 자유와 재료 무결성의 최고의 균형을 제공합니다.

Powder Metallurgy를 통한 Osseointegration 강화

치과 임플란트의 장기적인 성공은 ]osseointegration]에 따라 임플란트 표면과 생활 뼈 사이의 직접 구조 및 기능적인 연결이 가능합니다. PM은 여러 가지 방법으로 이 분야에 기여합니다.

Bone Ingrowth에 대한 다공성 구조

space-holder 입자 (예: ammonium bicarbonate)를 사용하여 상호 연결 된 사기의 네트워크가 생성 될 수 있습니다. 연구는 60 % 이상 200 ~ 500 μm 및 porosity 사이의 크기를 시끄러워 빠르게 침투 및 혈관화 촉진합니다. 다공성 PM 표면은 궤적 뼈 구조로 구성되며, 계수 뼈의 손상 및 재 자극을 줄이기 위해 궤적을 생성합니다.

표면 수정

포스트 소결 처리 같은 ]acid Etching] 또는 anodization]는 PM 표면에 적용하여 거칠기를 증가시키고 골격 부착을 강화하는 마이크로 토그래피를 만들 수 있습니다. 또는 calcium 인산염 코팅는 금속 침식의 마지막 단계에서 전동 이동성을 통해 적용할 수 있습니다.

생물 응답

Fousova et al. (2014)]는 동물 모델의 디센스 임플란트와 비교하여 분말 야금술을 통해 만든 다공성 티타늄 임플란트를 통해 입증되었습니다. 개방형 포로성은 임플란트 내부에 촉촉촉하고 치유를 가속화 할 수 있습니다.

현재 연구 및 미래 방향

치과 임플란트에 대한 분말 야금술의 분야는 환자의 불편을 덜어주는 데 필요한 것이 급속하게 발전하고 있습니다. 조사의 핵심 영역은 다음과 같습니다.

첨가제 제조 + PM 하이브리드

selective Laser sintering (SLS) 를 기존 PM 단계로 결합하면 압축 할 수없는 복잡한 격자 구조의 생산을 허용합니다. 이 주입의 기초는 다공성 격자로, 그 후에 하중 방위 지역에 있는 가득 차있는 조밀도에 소결된 두번째 분말 금속과 침식된 침식으로, 첨가물로 건축될 수 있습니다.

Bioactive 및 항균 Implants

연구자들은 은 나노 입자 또는 zinc oxide] 분말 혼합으로 박테리아 표면 만들기. 이 물질의 제어 방출은 소멸 감염을 방지 할 수 있습니다. 마찬가지로, strontium 또는 [[FLT:]]]]] 또는 [[FLT]]]:6]]:7]:7]:7]:7]:7]

Bioresorbable 이식

철 기반 및 아연 기반 합금은 점차적으로 등급을 매기고 뼈로 대체되는 임시 임플란트를 위해 탐구되고 있습니다. PM은 porosity 및 합금 구성을 조정하여 분해율을 정확하게 제어합니다. 2020 Acta Biomaterialia에서 연구하면 PM이 생성한 다공성 철 아연 비계가 안전한 속도로 손상을 입을 수 있도록 지원된 뼈 성장을 보여주었습니다.

내장 센서를 가진 스마트 이식

piezoelectric Ceramics을 PM 공정으로 통합하여 치유력을 모니터링하거나 초기 느슨한을 감지할 수 있습니다. 여전히 실험적으로, 프레스 중에 센서를 삽입하는 능력은 PM의 독특한 장점입니다.