[Resumo] A tecnologia de prototipagem rápida baseia-se na descrição informática da geometria do objecto, estrutura e estado de ligação, materializa automática e rapidamente ideias de desenho em protótipos com determinada estrutura e função ou fabricam directamente peças, o que pode reduzir o tempo de conversão de modelo CAD para modelo físico em mais de 80%, e desempenha um papel importante no campo da odontologia no apoio ao diagnóstico, planeamento, operação de simulação e tratamento. Desempenha um papel importante na ajuda ao diagnóstico, planeamento, simulação e tratamento no campo da medicina dentária. Este documento fornece uma revisão da recente investigação e desenvolvimento de algumas das técnicas de prototipagem rápida mais maduras utilizadas em vários campos da odontologia.
[O artigo apresenta uma revisão da investigação recente e desenvolvimentos em várias das técnicas de prototipagem rápida mais estabelecidas utilizadas em várias áreas da odontologia.
A tecnologia de fabrico de protótipos rápidos (RPMT), também conhecida como prototipagem rápida e fabrico just-in-time, teve origem no Japão na década de 1980 [1] e rapidamente se estendeu aos Estados Unidos e à Europa Ocidental, tornando-a um grande avanço no campo da tecnologia de fabrico nos últimos 20 anos. O RPMT foi utilizado no campo médico em 1990 [2] e no campo dentário por volta de 1992, quando Klein et al [3] salientaram que as características rápidas e precisas do RPMT seriam de grande utilidade no campo médico, incluindo o campo dentário, depois de o comparar com a tecnologia tradicional de processamento de torno.
1. o desenvolvimento da RPMT [4, 5]
O RPMT foi desenvolvido com tecnologia CAD/CAM, tecnologia CNC, tecnologia de processamento laser, tecnologia de materiais, e está estreitamente relacionado com a engenharia mecânica, tecnologia de inspecção, electrónica e tecnologia da informação, e pode ser combinado com métodos especiais de processamento, tais como electrodeposição, pulverização a arco, pulverização de plasma, formação de plasma fundido, vazamento, fundição de precisão, e EDM. Nos anos 80, o Sistema 3D dos EUA era a única empresa a produzir equipamento de prototipagem rápida, e no final de 96, mais de 1.400 conjuntos tinham sido instalados em todo o mundo, com receitas económicas directas geradas pela RPMT em 1998 no valor de 1 bilião de dólares [6]. Na China, o primeiro artigo sobre o assunto foi publicado em ’93 [7], e em ’94 foi criado o Grupo de Prototipagem Rápida, liderado pela Universidade de Tsinghua. À medida que a investigação sobre a RPMT se intensificou, a sua aplicação em vários campos desdobrou-se rapidamente. Actualmente, a maior precisão pode ser de 0,001mm, espessura da camada ±0,005mm, e o tamanho máximo das peças formadas pode ser de 800mm×1600mm×500mm (como o SSM-1600 da Universidade de Tsinghua) com uma velocidade de várias horas a dezenas de horas/peça utilizando equipamento de conformação especializado.
2 .RPMT classificação e respectivas características[4-7]
Com o contínuo aperfeiçoamento desta tecnologia, os estudiosos fabricaram uma variedade de dispositivos RPMT com diferentes princípios e estruturas, o que levou a um aumento da precisão e velocidade, e consequentemente a profundidade e amplitude das aplicações do RPMT no campo médico também aumentou. O RPMT é normalmente classificado de acordo com os princípios do processo de fabrico, e várias das tecnologias mais maduras que foram aplicadas no campo dentário são introduzidas da seguinte forma
(1) O Aparelho de Estereolitografia (SLA) é também conhecido como cura de fase líquida fotossensível, estereolitografia, modelação estereoscópica e assim por diante. Esta tecnologia é a mais madura, a mais aplicada. O método SLA permite a produção de protótipos finos com boa qualidade de superfície e o fabrico directo de peças plásticas. As peças são, na sua maioria, transparentes. É também possível
O SLA também pode ser utilizado para microfabricação, e o Instituto Kyushu de Tecnologia do Japão produziu modelos de aproximadamente 50μm. A desvantagem é que o método SLA só é adequado para fazer modelos in vitro, e é difícil gerar microestruturas com actividade biológica; há mudanças de volume na formação, o que aumenta a dificuldade de controlo; o equipamento SLA é mais caro, e o custo da resina fotossensível é mais elevado. Nos últimos anos, alguns equipamentos domésticos como a máquina SLA da Universidade Xi’an Jiaotong LPS e CPS série SLA e o desenvolvimento da resina fotossensível correspondente, levaram a uma redução significativa no custo das peças.
(2) Laminated entity manufacturing (Laminated Object Manufacturing, LOM). Este método é capaz de produzir grandes protótipos, com equipamento e materiais de moldagem de baixo custo, sem tensão interna ou distorção no modelo moldado, alta precisão, alta resistência e rigidez, e tempos de produção curtos. Em comparação com o SLA, é mais adequado para a produção de superfícies complexas de forma livre porque não requer apoio. A desvantagem é que a resistência às intempéries e a força de ligação do material estão intimamente relacionadas com o substrato escolhido e o tipo de adesivo; a separação dos resíduos é demorada.
O SSM da Universidade de Tsinghua e a série ZIPPY da Universidade de Tecnologia de Huazhong são os melhores modelos da LOM. Actualmente, o processo LOM está a desenvolver-se no sentido da diversificação de materiais opcionais (tais como chapas metálicas e materiais cerâmicos, etc.).
(3) Sinterização a Laser Seleccionada (SLS). O método geralmente não acrescenta ligante nem processamento subsequente, pelo que pode formar um modelo de alta resistência; não requer apoio; a precisão do modelo é elevada (tamanho de partícula inferior a 0,1mm até ± 0,01mm), tal como a utilização de pó de cera pode ser directamente fabricado molde de cera de fundição de precisão. O método SLS inicial era difícil de remover o pó entre os poros e não era adequado para o fabrico de estruturas de suporte celular, mas o desenvolvimento do SLA permite agora ao utilizador ajustar a microestrutura interna (poros e tamanho dos poros) do produto sinterizado através do controlo dos parâmetros. Na China, existem modelos como HRPS-Ι da Universidade de Tecnologia de Huazhong.
(4) A Modelação da Deposição Fundida (Fused Deposition Modeling, FDM) é também conhecida como método de empilhamento de fusão, extrusão de fusão no molde e assim por diante. O método não utiliza laser, baixo custo, tamanho pequeno, velocidade de produção rápida, sem poluição. A desvantagem é que a precisão é relativamente baixa; também há variação de volume; o método FDM só é adequado para fazer andaimes que não adicionam substâncias activas como factores de crescimento durante o processo devido à necessidade de aquecimento. Na China, existem modelos como o MEM-250 da Universidade de Tsinghua.
(5) colagem tridimensional por pulverização (Three-dimensional Printing and Gluing, TDP) também conhecida como impressão tridimensional, método de revestimento cerâmico. O TDP tem uma vasta gama de aplicações, especialmente para moldes de cerâmica; é de baixo custo e tem uma velocidade de produção muito elevada. É mais adequado para a fabricação de estruturas não homogéneas e porosas, para a formação de empilhamento de material de gradiente funcional, e promete tornar-se o principal método de processo para a preparação de andaimes bioengenharia (formação de empilhamento de pulverização de estrutura fina) [8]. O principal problema é que a precisão e a rugosidade da superfície são ligeiramente pobres, e alguns materiais são propensos à deformação e mesmo à rachadura.
3. aplicação do RPMT na área da odontologia
Em geral, existem três fases: fase primária: modelos biológicos sólidos para diagnóstico e manipulação; fase intermédia (modelos biológicos compatíveis): implantes para terapêutica e engenharia de reabilitação; fase avançada (modelos biológicos avançados): órgãos artificiais (osso “real” que pode participar em processos metabólicos). Actualmente, o foco principal está nas duas primeiras fases.
(1) Aplicações no domínio da odontologia protética
Noutras áreas da medicina dentária, a RPMT também representa um desafio aos processos tradicionais. Há muitos exemplos no campo da odontologia restaurativa onde o RPMT foi utilizado para criar modelos tridimensionais da coroa do paciente, osso alveolar, etc., a partir dos quais uma prótese foi concebida, fabricada e ajustada. Wu et al [10] utilizaram o método RPMT para fabricar coroas de titânio fundido e optimizaram o desenho do canal de fundição utilizando software comercial antes da fundição. Ele acredita que esta técnica tem um grande potencial para substituir os tradicionais passos de “dar uma impressão e encerar”. J. Grau et al. do MIT, EUA, utilizaram a tecnologia TDP para preparar um molde cerâmico de alumina para fundição de chorume para substituir o molde de gesso tradicional, uma vez que tem maior resistência e pode ser aquecido a várias centenas de graus para reduzir o tempo de secagem [11]. Na China, Gao Bo et al [12] utilizaram o método LOM para produzir um modelo de dente inteiro com boa semelhança geométrica, que lançou as bases para posterior aplicação de pós metálicos sinterizados a laser ou cerâmicos para o fabrico directo de próteses orais.
(2) Aplicação no campo da implantologia oral
Ao fazer próteses de implantes, técnicas de imagem como a TC são de grande ajuda no planeamento cirúrgico completo, e a aplicação de RPMT no campo oral torna estas imagens digitais ainda mais úteis: Sarment et al [13] descobriram que quando a cirurgia de implantes era guiada apenas por imagens de TC, o plano pré-operatório diferia em média de 1,5 mm. no ponto de implantação do rebordo alveolar e 2,1 mm. no ápice do implante intra-ósseo em comparação com o pós-operatório. Estes dois valores foram reduzidos para 0,9 mm e 1,0 mm, respectivamente, quando a cirurgia foi orientada pelo modelo SLA. Sader et al [14] utilizaram a entidade visualizada de RPMT para prever o contorno do perfil maxilofacial após a elevação do seio maxilar e a colocação do implante em 23 pacientes com atrofia grave do osso alveolar superior para orientar a cirurgia, e todos os pacientes ficaram satisfeitos com os resultados.
(3) Aplicação no campo da endodontia e ortodontia
Kim et al [15] relataram um paciente tratado em endodontia com hipotiroidismo durante 1 ano que se descobriu ter múltiplas reabsorções radiculares invasivas parapróteses laterais, o local e a área onde isto ocorreu foi rapidamente esclarecido depois de ter tido um conjunto de dentes fabricados com RPMT. A manutenção de células activas saudáveis no periodonto desempenha um papel muito importante no sucesso do autotransplante dentário, reduzindo assim o tempo de manipulação in vitro é significativo. Lee et al [16] utilizaram o RPMT para fazer um modelo de dente doador e depois levaram o dente doador para transplante depois de a área receptora ter sido adequadamente comparada, resultando numa redução do tempo operatório e num total de 22 dentes transplantados com um bom periodonto.
O RPMT também encontrou utilização na Ortodontia. Por exemplo, Wiechmann D et al [17] utilizaram o RPMT para criar braquetes ortodônticos individualizados para os pacientes, reduzindo o tamanho dos braquetes para conforto do paciente e reduzindo a incidência de perda acidental de braquetes.
①Applications no domínio da cirurgia oral e maxilo-facial
SLA, LOM, SLS, FDM, TDP e outras técnicas têm sido utilizadas neste campo e têm desempenhado um papel importante na ajuda ao diagnóstico (fracturas, anquilose articular e mesmo dentes obstruídos), planeamento, simulação de cirurgia e tratamento. Por exemplo, Qiu Mingguo et al [18] utilizaram o método LOM para produzir um modelo físico em papel do osso temporal, que pode ser utilizado para a concepção pré-operatória de neurocirurgia complexa do ouvido e também para simular operações cirúrgicas.
Para o problema da substituição de tecido duro por grandes defeitos (por exemplo 14,7 cm × 12,0 cm [19]) no tecido ósseo craniofacial causados por defeitos congénitos, traumatismos, descompressão pós-craniectomia, infecção e outros factores. A criação de pseudoplantas individualizadas pela LOM (por exemplo Ono et al [20] utilizaram cerâmica HA para reparar grandes e complexos defeitos maxilares em nove pacientes) ou FDM (por exemplo Eppley et al [20] realizaram reconstrução craniana em treze pacientes) pode poupar significativamente o tempo operatório e a exposição dos pacientes à radiação, reduzir as complicações intra e pós-operatórias e encurtar os dias de hospitalização dos pacientes. Foram feitas estatísticas [21]: a aplicação do RPMT aumentou a taxa de diagnóstico correcto em 29,60%, a precisão operacional em 36,23% e o tempo operacional em 17,63%, tornando possível a realização de procedimentos ortopédicos complexos que só poderiam ser realizados numa única operação através de várias operações.
O RPMT tornou-se também recentemente uma parte importante do andaime transportador de células na engenharia de tecidos, que é sem dúvida um aspecto extremamente importante da engenharia de tecidos. schantz et al [22] criaram um defeito de 15mm de diâmetro no crânio de um coelho branco da Nova Zelândia e depois utilizaram a policaprolactona degradável (PCL) como matéria-prima para “replicar” o defeito usando um dispositivo FDM. “O defeito foi “replicado” com uma certa quantidade de porosidade e utilizado como andaime juntamente com cola de fibrina, que foi co-cultivada com osteoblastos durante 3 dias e depois implantada in vivo. Após 3 meses, a morfologia recuperou bem, com 60% da força óssea normal e 85-90% do rendimento normal. Foram também realizadas experiências semelhantes na Universidade Tsinghua na China [23], em que o ácido poliláctico (PLA) com um peso molecular próximo de 100.000 foi composto com HA, colagénio e BMP para produzir cilindros porosos com um diâmetro e altura de 5 mm pela tecnologia TMF, que foram colocados no defeito radial em cães e que se verificou serem significativamente benéficos para a cicatrização do tecido ósseo.
4. perspectivas
O RPMT é particularmente adequado para a produção directa de pequenos lotes, produtos complexos (p. ex., ombros furados, convexos, ocos, aninhados, etc.), moldados; o equipamento com diferentes princípios de processo é facilmente modular e intercambiável; são possíveis serviços de fabrico à distância com a ajuda da Internet; está disponível uma vasta gama de materiais (p. ex., resina, plástico, papel, parafina, película, pós metálicos ou cerâmicos, folha, seda, etc.); o processo de fabrico é livre de vibrações e ruído e basicamente Não há cortes, é uma tecnologia de fabrico amiga do ambiente, e em teoria a taxa de utilização da matéria-prima pode atingir 100%, etc. É por isso que está actualmente a ser desenvolvido no campo da medicina dentária no estrangeiro e tem uma grande promessa e possibilidades de desenvolvimento.
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