3D列印於牙體技術的應用—神乎其技

「你可能只能活一次,所以生命的意義在於體驗」。人稱「3D列印小王子」曾知雋Peter Tzeng非常的多才多藝,身兼多職,除了是牙體技術師以外,還是大學的講師、博士候選人,也從事醫材與牙材的研發,而Peter最熟悉的則是3D繪圖與列印。

甚麼是「牙體技術師」?

「我們其實就是在牙醫背後,默默地做假牙的一群人。」Peter笑稱。

除此之外,Peter也在Fun科學的創客窩擔任專欄的作家,以創客的角度去做3D列印的應用介紹。另外,Peter也創立的DENTALK.TW點拓這個組織,當時Peter發現到醫師與技師的再教育是非常重要的,因此跟朋友一起創立了這個組織,舉辦了許多繼續教育的活動,當中也有跟台灣天馬合作舉辦活動。

Peter一開始是怎麼接觸到3D列印的呢?

小時候在看電影「侏羅紀公園」時看到一段有3D列印的畫面,當時Peter就覺得非常有趣,沒想到東西可以這樣「無中生有」。而後來Peter因緣際會到了牙體技術系,剛好發現到牙體技術產業正在經歷著一個很劇烈的數位化轉型,再加上3D列印是近幾年急速發展的一項技術,因此再度燃起Peter對3D列印的興趣,後來在大三時便跟教授開始做專題,到後來研究所的題目也是跟3D列印相關。

其實3D列印的技術分成許多種,包含大家所熟悉的FDM、光聚合、金屬燒結之類的,其中光聚合又分成了3種。在光聚合的設備中一定會有螺桿的構造,去升降、控制成型平台的高度,料槽裡面則是裝光敏樹脂,光源從下方照上去後樹脂就會固化,從液體變為固體。

上圖則為大致的列印分解圖

第一步是平台先下降(沒有壓到底),接著被光線照射到的樹脂就會被聚合,接著平台會再次上升,讓已被聚合的樹脂跟槽分離,接著平台會再次下降,再固化下一層,就這樣重複這個動作直到整個物件完成。

第四步的話則是需要洗去物件表面殘餘的樹脂,可將物件丟到酒精或者異丙醇中即可清洗,接著把支撐材去除,再放到溫控光固機去做二次的固化,讓物件的聚合更完整,強度提升、物性也發揮到更好。

此圖為物件在溫控光固機中光固的過程,一般現在都是透過405奈米的波長。

除了雷射光固化外,還有沒有其他的光固化技術?

下照式與上照式:一個光源在下,一個光源在上,最大的差別是,下照式的機種所需要用的樹脂較少,上照式的則會需要比較多的樹脂,因為你要成形多大的物件,你的樹脂就要倒多深。

光源種類:

  1. SLA (Laser-SLA):單點雷射打出來,再透過陣鏡的偏折讓雷射打到料槽去成型不同的部分,像Formlabs Form2、Form3都是雷射光固化的技術。
  2. DLP (DLP-SLA):用投影機直接去做面的投影,固化。
  3. LCD (MSLA):陣面式的LED燈源,會去遮擋不要成形部分的光源。

技術面來說,DLP與LCD其實都是一個一個像素,因此物件的邊緣會是鋸齒狀的,而Form2、Form3用的雷射式的,雷射是圓形且打的是曲面,因此在物件邊緣可以達到真正的曲線的狀態。

此為用LCD列印的模型,可以看到邊緣有一圈一圈的紋路。

為何會成為Form 2的愛好者?

Formlabs的 Form 2跟 Form 3的機構、配件設計上都非常「使用者友善」,材料是卡匣式的,可以直接抽換,還有免費的切片軟體以及線上追蹤系統等,這些功能都讓使用者體驗非常的良好。

如何將Formlabs整合入牙科領域呢?

牙科的需求跟其他可以大量複製加工的產業是很不同的,因為每一個患者都是不同的,因此,透過3D列印可以依照每個患者的需求去客製化不同的產品,也因此目前有許多3D列印廠商開始進入牙科產業。Formlabs有多款專為牙科、牙技師設計的材料,像是模型樹脂—每個人的牙齒結構都不同,因此製作假牙時的模型也都不同;第二款植牙導引板的材料,在執行植牙手術時,也許對經驗資深的醫生來說是容易的,但是對於較為新入門的醫師來說是較有挑戰性的,因此結合現在的數位醫療,我們可以再進行手術前,先做電腦斷層的拍攝,在軟體上規劃導板要擺放的位置,設計好後再將它列印出來,結著在執行手術時只要將手術導板蓋上去,就可以更精準的執行手術,也能為患者帶來更好的體驗;第三款為Dental LT咬合板材料,可以長時間安全地佩戴在口內,像是矯正完要戴維持器,或者晚上會磨牙,都可以用這款材料去列印咬合板來配戴;最後一款為假牙的材料,可列印全口假牙,它全體都是高分子的樹脂材料,用3D列印製作假牙的話跟傳統製程比起來解決了許多問題。

Peter是否有將3D列印的應用跟學校方面做結合?

雖然Peter是在北醫讀博士班,但有跟陽明的林元敏老師合作做牙材、醫材的研發,數位牙科與3D列印材料的整合,也開了一間小型得空司,叫—「陽明數位牙材」。陽明數位牙材是由陽明大學醫學系所衍生出來的新創公司,成員包括大學教授、化學工程師、牙醫師、牙技師與生技博士等。林元敏老師說道:「在台灣,沒有人做得出比我們更好的牙科3D列印樹脂。」

 

目前陽明數位牙材已經產出且有在銷售的材料有許多,例如:

臨時假牙材料 全口假牙基底材料
客製化印模牙托材料 模型用材料

陽明數位牙材也有到科隆去參加科隆展International Dental Show (IDS),是兩年一次全球最大的牙科商業展會,每次吸引2,500家廠商參與,超過15萬人與會,也是各大廠商發表新產品的好時機。Peter提到,在現場他們接觸了來自全世界各地的人,也將陽明數位牙材推廣到國際上。

從IDS看到什麼3D列印在牙科中的使用新趨勢?

其實在兩年前的IDS,大家就已經都在討論3D列印機了,但這次不一樣的是,到處都是實體的3D列印機,各大設備商競相推出自己的列印系統,不管是自己研發設備跟材料,還是直接買別人家的機種打自己logo的貼牌形式,就是為了彰顯自己在數位流程上有完整的solution。而機器的發展重點則是努力讓使用介面更友善、綁住耗材、持續縮短列印時間等。「許多列印機新推出的使用者友善功能,其實Form 2早在四年前就做到了。」Peter提到。搭配材料做銷售也成為一大趨勢,沒有材料的則把使用者介面整合得更友善、同時逐步建立自己的材料部門,而至於材料的發展,則是以卡匣或掃描耗材瓶身等方式綁住耗材,讓整個使用過程更乾淨簡潔、設備外觀再升級。而大家所關注的重點,也因為3D列印科技已到了可以穩定生產的階段,從「列印成功率」轉到了「速度、品質及價格」

Peter除了在牙技方面的專業外,本身也是一個maker,從小受到爸爸的耳濡目染之下也喜歡動手做東西。而Peter近幾年來一直都有在北醫帶牙體系的學弟妹上數位的課程,後來Peter覺得單純帶學弟妹畫模型過於枯燥,想帶他們做個「真正可使用」的東西,再加上Peter喜歡攝影,因此決定帶他們「做一台相機」,一台真的可以拍的相機。

上圖為Peter製作的魚罐頭造型相機。

做成魚罐頭造型的原因:以前許多底片相機設計,到後期電子化的元件變得較多,但希望可以做得輕便好使用,因此做得比較小,再加上有金屬的外殼,所以大家都會稱之為罐頭相機。Peter沿用了這個概念,且發現到沒有一台相機是真正參考一個罐頭去做的,因此決定參考魚罐頭來製作相機外觀。

這個相機其實是用針孔成像的原理來做的,在前面裝設一個非常小的針孔片,上面有個非常小的針孔,所以當快門被打開的時候,光線就會進入相機的內部,對底片進行成像,那因為針孔比較小,進光的量非常小,所以在實際拍攝時需要曝光的時間是較長的。

實際用此相機拍攝出來的照片

因為曝光的時間需要比較長,所以可以拍出時間流動的感覺。

如果大家對於陽明數位牙材有興趣或者想跟Peter有進一步的交流,歡迎掃描下方QR Code

 

採訪完整影片:

 

 

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