直接3D打印形状记忆矫治器可省去牙��模型,60分钟形状恢复率达96%(2) | No.12的茶余饭后

Advancements in Direct 3D-Printed Shape Memory Aligners: Current Innovations and Future Directions

直接 3D 打印形状记忆矫治器的进展：当前创新与未来方向

人工审读日期：2026年8月12—13日（周三—周四），预计发表日期：2026年8月18—20日（周二—周四）

前文回顾：

直接3D打印形状记忆矫治器可省去牙𬌗模型，60分钟形状恢复率达96%（1） | No.12的茶余饭后

今天所做之事勿候明天，自己所做之事勿候他人。━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━

形状记忆直接 3D 打印矫治器

形状记忆聚合物主要依赖聚合物链的可逆失活与激活特性，在转变温度（熔融温度或玻璃化转变温度）附近切换结构构型。在达到转变温度后，变形的形状记忆聚合物会表现出弹性，并恢复原始形状；这种恢复会产生推动牙齿移动的口腔正畸力（图 2.1）。

形状记忆聚合物还具有弹性好、密度低、易于制作、生物相容性高以及物理化学性质优良等特点。有人提出将热响应形状记忆聚合物用于隐形矫治器的制作。它们具有内在的形状恢复性能，透明且美观。在牙颌模型中，将高于转变温度加热的形状记忆聚氨酯制成口腔正畸弓丝后，1 小时内即可矫正牙齿排列。

图 1

图释：（原图 2.1）形状记忆矫治器 —— Graphy / 韩国。

此外，Elshazly 等研究了由热成型 ClearX 片材制成的矫治器在牙颌模型中恢复形状并移动牙齿的效果。他们的结果令人鼓舞。传统矫治器分阶段移动的限制得以消除，用一副形状记忆直接打印矫治器替代三副连续的传统热塑性矫治器，也能实现同样的移动目标。这项研究首次提出使用热响应形状记忆聚合物制作矫治器的可能性。因此，一副可以改变形状的矫治器能够替代多副连续的传统热塑性矫治器，以纠正相似的错𬌗畸形。这样可以减少治疗所需矫治器总数，有望降低成本、减少环境负担，并提高复杂错𬌗畸形治疗的效率和效果。

Nasef 等提出了采用虚拟技术设计和制作保持器的 3D 打印理念。他们使用 3D 锥形束计算机断层成像、CAD、快速成型和 CAM 技术制作保持器。Shivapuja 等在 2019 年的一项专利中提出了多种 3D 打印隐形矫治器的技术路径，包括选择性激光烧结（SLS）或熔融、熔融沉积成型、SLA 装置、HP 多射流熔融技术或连续液面制造技术、多射流光固化聚合物工艺以及粉末粘结剂打印技术。其中，最实用且最常见的技术是透明树脂的光聚合成型技术。Graphy 公司推出了首款可固化树脂 “Tera Harz TC-85DAC”，成为口腔临床医生直接打印矫治器的技术起点（图 2.2）。这种生物相容性光聚合物为聚酯氨基甲酸酯结构，目前有白色和透明两种颜色，也可提供定制颜色，保质期为 12 个月。该光聚合树脂具有黏弹性和柔韧性，因此能够维持稳定的口腔正畸力，并减少矫治器反复取戴造成的力量衰减。这种树脂的形状记忆性能以及高温下的几何稳定性，为口腔临床应用提供了优势。

Zinelis 等发现，不同的商业 3D 打印机会制作出机械性能不同的矫治器，这与每台打印机采用的树脂聚合机制不同有关，例如激光、光投影仪或 LED 光源。另一方面，曝光条件（时间和速度）也可能影响成品性能。但目前证据不足以证明这些机械性能变化会影响临床矫治效果。

矫治器打印完成后，通常会通过离心去除多余的未固化树脂，以保证矫治器的精确贴合。决定打印矫治器机械性能的关键步骤是“紫外线固化”，它可使矫治器外壳树脂充分聚合，从而完整表现其机械性能。Graphy 最初推出的紫外线固化设备是 Cure M；但氧气会妨碍树脂的完全聚合，因此早期打印的矫治器未能达到理想性能。随后 Graphy 发布了新的紫外线固化设备 “Tera Harz”。该设备连接高压气源（5–6 bar）驱动氮气发生器，把氮气压入固化腔室内部。以氮气为基础的固化环境可保障树脂材料的生物相容性，并获得足够的矫治器透明度（见图 2.2）。

图 2

图释：（原图 2.2）固化设备 —— 带氮气发生器的 Tera Harz Cure —— Graphy / 韩国。

液态光聚合树脂的主要打印和固化设备，是配备光敏材料紫外固化机构的数字光固化打印机。槽式光固化立体成型（VPP）打印机投射的紫外光可穿透至树脂已固化层的深度以下，使未固化的新鲜树脂继续发生固化，而已固化的树脂则出现过固化。过固化深度取决于紫外线能量、切片厚度和树脂的光吸收系数。此外，过固化效应还能使树脂在各打印层之间形成充足的层间黏附。

Graphy 还建议，在固化和抛光后将材料置于热水中，以去除矫治器表面残留的刺激性颗粒，并软化矫治器，使其更容易放入口腔。采用 Direct Aligner Designer（DAD）软件进行的矫治器治疗设置见图 2.3。

图 3

图释：（原图 2.3）使用 Direct Aligner Designer（DAD）软件进行的矫治器治疗设置 —— Graphy / 韩国。

总体而言，3D 打印隐形矫治器具有成本较低、精度提高、制作时间缩短、可在整个牙弓范围内控制矫治器厚度以及减少环境废料等优势，有望改善对牙齿的力量传递，克服传统热压膜矫治器的不足。

AI 自动生成小结（非原文）：形状记忆聚合物通过温度触发形状恢复，直接打印树脂有望减少分阶段托盘并提供更连续的力量。

AI 自动提问（非原文）：温度触发的形状恢复能否在患者口内长期保持可预测的力量？

直接打印矫治器的工作流程

直接打印矫治器的制作不再需要分阶段生成牙颌模型，因此需要创建矫治器外壳的数据文件。随着 3D 技术的发展，现已有多种软件具备矫治器外壳的创建功能，例如 Deltaface（Coruo）和 Maestro（New Age）；但它们的设计与打印流程基本一致。

捕获 3D 数字扫描并设计矫治器

通常使用口内扫描仪获取患者的牙弓信息。要制作 3D 打印矫治器，获得准确而细致的口内扫描非常重要。扫描数据随后导入专用 CAD 软件，用于模型定向、分割、对齐冠根长轴、数字化排牙、放置附件以及矫治器的三维建模等。可借助软件的绘图工具完成矫治器的形态设计。还应注意，在虚拟数字排牙阶段，所有倒凹都应适当封闭，尤其是在存在黑三角或广泛牙间间隙的病例中。如果封闭不充分，矫治器材料可能卡嵌入这些间隙，并可能在牙齿之间形成额外的间隙。

另一方面，不同的设计软件均可允许操作者改变矫治器各点的厚度和形状，因此可根据不同区域所预期的最终牙齿移动量定制个性化厚度参数。软件也可以根据检测到的牙齿移动量，自动调整矫治器的厚度。目前文献建议，7 天佩戴方案使用 0.5 mm 厚度，14 天佩戴方案使用 0.7 mm 厚度。此外，3D 打印矫治器还可以控制并定制边缘修剪高度。如果需要在牙龈区域增加转矩控制的力量，提高修剪高度可能有效；但在牙龈炎和牙周病病例中，通常建议降低修剪高度。

AI 自动生成小结（非原文）：准确扫描、倒凹封闭、附件设计、厚度和修剪高度共同决定数字方案能否转化为可用矫治器。

AI 自动提问（非原文）：扫描和倒凹封闭误差会如何转化为贴合度问题？

将矫治器导出至 3D 打印平台

完成矫治器设计后，将其导出至打印机平台。软件可以把矫治器按不同方向放置：垂直向、水平向或对角线向。

为提高打印速度，通常建议采用水平向放置；但这样一次能打印的矫治器数量较少。垂直向放置一次可以打印更多的矫治器，但由于需要增加打印层数，打印速度会变慢。无论采用哪种方向，为确保打印成功都需要支撑结构，支撑结构必须穿入并接触矫治器外壳。大多数现有的 3D 打印机都配备这一功能（图 2.4）。

AI 自动生成小结（非原文）：打印方向和支撑结构影响打印效率与成功率，水平放置更快，垂直放置可增加单次打印数量。

AI 自动提问（非原文）：如何在打印速度与单次产量之间选择放置方向？

打印矫治器与离心

槽式光固化立体成型（VPP）是 3D 打印中所采用的技术。这是一种增材制造技术，需要紫外线光源和液态光聚合树脂作为耗材。树脂暴露于紫外线后会发生聚合。该步骤通常在有氧条件下进行，而氧气会抑制聚合，因此当前研究的重点是通过技术进步减少打印过程中的氧气影响。

图 4

图释：（原图 2.4）带支撑结构的直接打印矫治器软件设计。（引自 Panayi N、Cha J-Y、Kim KB：《3D 打印矫治器：材料科学、工作流程与临床应用》。Semin Orthod，2023；29（1）：25–33。）

需要注意的是：矫治器树脂（TC-85DAC）黏度高且呈黄色，因此打印前应充分搅拌，以获得均匀质地。3D 打印的理想温度为 27 °C。矫治器打印完成后，应在约 600 rpm 下离心约 6 分钟，以去除残留树脂。

AI 自动生成小结（非原文）：树脂需要均匀搅拌并在适宜温度打印，打印后通过离心去除多余树脂。

AI 自动提问（非原文）：打印前的树脂状态和离心条件是否会改变矫治器精度？

紫外线固化与支撑去除

这是制作 3D 打印矫治器不可缺少的一步，可确保树脂完全聚合和固化，使矫治器达到理想的机械性能。包括 Cure M 在内的早期紫外线固化设备，能在有氧条件下完成聚合。Graphy 公司为了优化打印结果，开发了内置氮气发生器的 Tera Harz Cure 设备，使固化在无氧环境中进行。Graphy 建议固化 14 分钟，并宣称新设备提高了矫治器的透明度和机械性能。固化后可以小心去除支撑。之后可涂抹薄层树脂、并配合打磨手机旋转毛刷对矫治器进行抛光。McCarty 等研究了打印方向和固化时长对直接打印矫治器尺寸精度的影响，结果显示，固化时长和打印方向对总体精度的影响很小；但仍建议在打印后进行热处理和紫外线二次固化（见图 2.2）。

3D 打印结束时，矫治器边缘通常已较为光滑，很少需要修剪或抛光；由于倒凹已在数字设计阶段被消除，所有矫治器的边缘轮廓都可被复制，用于整组矫治器边缘轮廓的数字化精准建模。

AI 自动生成小结（非原文）：无氧紫外线固化、支撑去除和后处理决定树脂聚合完整性、透明度和机械性能。

AI 自动提问（非原文）：固化环境和后处理怎样共同影响生物相容性？

毕竟，明天又是新的一天！━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━━