作者：
Josef Schweiger，牙科技师（德）
慕尼黑大学附属医院修复科
Daniel Edelhoff 教授
Oliver Schubert 博士
Kurt-Juergen Erdelt 博士
Johannes Trimpl 牙科技师
Jan-Frederik Güth 博士
制作数字化牙科模型是数字化工作流程的一个关键部分。只有当数字模型满足了牙科治疗对精度、长期稳定性和尺寸精度的要求时，这种技术才能够得到使用。此外，还要看到数字化加工模型的未来附加值。本文对于制作数字化牙科模型的多种可能性做了全面的概述。
本文分两部分发布，本篇是第一部分，第二部分于2024年12月17日发布。
关键词：数字化工作流程，3D打印，增材制造，减材制造，硅胶3D打印，Modelbuilder，Slicing
在牙科治疗领域，数字化工作流程变得越来越重要。通过三维采集颌结构的数据，可用于义齿和隐形矫治牙套（Aligner）的制作。早在上个世纪80年代中期，西诺德（德国）推出了CEREC系统，实现完整数字化工作流程的系统。它的工作流程本身是封闭的，系统内的扫描数据在牙科临床得到进一步的处理，然后由一个小型的铣削设备制作牙科修复体。利用这些所谓的In-office系统（office=临床），可以在纯数字化层面上进行修复体的加工，而无需展示牙颌细节的物理模型的辅助。
随着所谓外部（Out-office）系统的引入，扫描数据被发送到牙科技工室进行加工，因此适用范围得到了扩展，而在修复体制作时物理模型被证明是有用和有意义的。特别是当需要进一步处理修复体时，通常都需要手动操作。因此，将数字模型制作出来就成为了数字化工作流程的关键步骤之一。而只有当模型精确并具备真实尺寸时，才能使后续的手动操作步骤具有意义。
在牙科治疗/技术领域，可以区分为不同类型的牙科模型。模型的数字化制作通常允许采用各种新方法，这在传统的人工制作流程中难以或者不可能实现。
可由数字化工作流程制作的模型类型包括：
• 代型模型
• 切割模型
• Schweiger GRID模型
• 种植修复的工作模型
• 带有人工牙龈（义龈）的模型
• 教学模型
• 彩色模型
代型模型
代型模型的特征是：模型具有三维凹槽，因此无需切割，每一个代型都可以从三维凹槽内取出和插入。这些“种植的”代型（也是Geller代型）可以被设计成各种形状。通常，将模型上的凹槽设计为圆柱形或略呈圆锥形，可确保代型可以从模型上分离取下并能回复到原位（图1至3）。
切割模型
切割模型是用于制作冠、桥的常规模型。通过径向切割将模型分成区段。为了使这些可拆卸的区段能够重新复位对齐，需要为模型制作一个底座，它可以使切割分离的代型再次清晰而准确地复位到原位。为了实现这一目的还要安装复位钉和形成钉孔，或者在代型所在的模型位置形成一定的几何固位形状。这两种类型都可以通过数字化制造技术来实现（图4和5）。
Schweiger GRID模型
这是一种新的模型类型：首先基于3D口内扫描仪采集的表面数据数字化制作模型，然后以传统技术制作一个可分离的石膏底座，再将带有底座的模型人工上𬌗架。为了使模型与石膏底座之间紧密且锁结式地连接，首先在3D打印机的打印平台上打印带有穿孔的固位网（GRID）。模型直接打印连接到GRID上。打印后，将带有固位网的模型从平台上升起，并以模型底座的形式修整固位网部分。
在下一步，用流动性的底座石膏灌制完整的模型底座，并完成分离底座。GRID模型是将模型的3D打印与传统制作步骤相结合，因此可以继续使用传统技术和现有的工具和材料。除了制作过程理想可控外，数字化工作流程中的成本也会大大降低（图6至8）。
种植修复的工作模型
对于种植模型来说，在未切割的工作模型上通过种植体替代体（技工室用）正确地再现种植体植入位置至关重要。这在数字模型加工中，想要达到精确的垂直对齐是一个特殊挑战。在增材制造（Additive Manufacturing）过程中，由于系统的原因，建模方向上形成的每一层之间都或多或少地存在差别，因此种植体替代体需要具有特殊的几何形状，以确保它们能够准确地垂直对位（图9至11）。
带有弹性牙龈（义龈）的模型
在代型模型、切割模型和种植工作模型上使用义龈的目的是——在同时考虑牙龈状况的前提下，尽可能地优化修复体与牙齿代型间的过渡。由弹性材料制成的可拆卸义龈具有以下优点：能够以简单的方式进行打磨，因此可以快速而容易地形成出龈轮廓（图12至14）。
教学模型
另一种特殊的模型形式是培训用的教学模型。这类模型需要满足一些要求，其中主要体现在模型的耐用性以及简单而快速的制作方面。此外，如果教学模型能被安装在仿头模（KaVo，德国）内，也是另外一个优点。
德国慕尼黑大学附属医院修复门诊为培训课程专门设计了能够反映患者真实情况的模型，同时还能够被安装在标准的仿头模（KaVo，德国）内。这类模型以患者模型的扫描数据为基础，随后在CAD软件内将其与连接于仿头模的几何固位形（螺纹或者抗旋转的几何形状）设计在一起。为了减轻模型重量和节省材料，模型的内部通常是中空的，并通过一个加强网加固。SHERAprint-model（SHERA，德国）就属于这类模型材料，在水冷却下，这种材料制作的模型还可用车针进行相应的修复预备。此外，这些模型还可以模拟真实条件进行不同修复体的固定（图15至18）。
彩色模型
一种新颖的、尚处于开发阶段的彩色模型，基于来自口内3D彩色扫描获取的数据以3D打印方法进行制作。目前，在德国慕尼黑大学医院的修复门诊正在首次进行一系列的测试。尽管仍有许多问题未得到解决，但就目前所获得的模型质量来看已经满足了很多要求。这些彩色模型使数字化工作流程真正首次达到了杀手级应用，因为口腔的颜色信息无法通过传统印模进行传递，只能利用上述的数字化方法链得以实现。这种模型将在未来提供全新的可能性，特别是可以大大地改进和简化高美观度修复体的制作（图19至22）。
数字化制作牙科模型从根本上包含以下几部分：
• 口内3D扫描数据集
• CAD Modelbuilder建模软件
• CAM Slicing切片软件
• 输出设备
口内3D扫描数据集
来自口内扫描仪的三维扫描数据构成了数字模型制作的基础。理想的扫描数据要能包含上颌和下颌数据以及咬合记录数据（颊侧扫描），该咬合记录有助于将上颌和下颌对位在一起。上、下颌对齐对数字模型制作来说很重要，以使上、下颌的模型底座相互平行。口内扫描数据为表面数据。常用的文件格式是STL（标准曲面细分语言Standard Tessellation Language）格式（图23）。其他的附加信息，例如牙医定义的预备体边缘，可以存储在一个附加文件（例如，constructioninfo）内。除了STL格式，一些口内扫描仪还能够获取色彩信息（图24）。
通过接口，口内扫描数据可以快速、轻松地导入到其他制造商的CAD软件中。这些包括，如3OXZ格式（3Shape，丹麦）和exo文件格式（exocad，德国）。数据在CAD软件内得到进一步的处理，同时保留所有口内扫描生成的数据。但是，如果只在STL数据的基础上继续工作，那么就无法传递额外的信息，例如色彩信息或预备体边缘标记的信息。
