能够防止运动中牙齿折断或脱落的护齿套,一直以来都是在牙科诊所用藻酸盐为口腔取模、制成石膏模型,再在模型上用热压方式把EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)板材压制成型来制作的。最近两年间,口内扫描仪和3D打印开始介入这一制作过程。一项让业余运动员分别用两种方式制作护齿套、各佩戴三个月轮流使用的研究发现,取模所需的时间和不适感确实减少了,但成品护齿套的贴合度并没有随之提升。更进一步,在尝试直接用3D打印机打印护齿套材料本身的实验中,不同材料和打印方式承受冲击的程度差异很大。
从取模方式开始就不一样
传统方式是将藻酸盐压入口腔取模,再往模具里灌石膏制成模型,然后在模型上用真空方式压制EVA板材,做出护齿套的形状。在这一过程中,不少运动员抱怨印模材料有滑向喉咙深处的感觉,或呼吸不畅。实际上,在这次研究的参与者中,以前用过护齿套的人里有一半以上表示,自己用的是不需要在牙科诊所取模、只要用开水烫软后咬合成型的成品护齿套,这或许说明他们本来就对在牙科诊所取模这道程序有所抵触。
数字化方式改变了这一流程。先用口内扫描仪采集牙列数据生成文件,再由3D打印机根据文件打印出树脂模型,然后在模型上同样压制EVA板材完成护齿套。材料仍是EVA,只是获取模型的途径变了。运动员反映,数字取模所需时间比手工取模更短(5分46秒对10分5秒),而且在憋闷感、焦虑、恶心感、呼吸不畅、异味等方面感受都更轻。两种方式在疼痛感上没有差异。
然而,比较成品护齿套时,结果却反转了。更多运动员表示手工模型制作的护齿套贴合度更好,而数字模型制作的护齿套内侧与牙齿之间的缝隙更大。刚戴上时,数字模型一侧的不适感更小,但一周之后,数字模型一侧的不适感反而变得更大,出现了逆转。取模那一刻数字化方式确实更省心,但要在口中坚持佩戴数周的护齿套本身,其完成度目前还没能完全赶上手工取模的水平。
直接打印护齿套材料本身的尝试
不只是打印模型,也开始有实验尝试直接用3D打印机打印护齿套材料本身。用光逐层固化树脂的光固化成型(SLA、DLP)方式,以及将丝状材料熔化后逐层堆叠的熔融沉积成型(FDM)方式,都被列为候选方式接受了检验。
在落锤冲击试验中,热压成型的EVA护齿套从第一次冲击开始结构就已损坏,而3D打印树脂(Keyguard、Dima)护齿套即便在同一位置连续受到五次冲击,依然保持了形态。不过,冲击被吸收后传递出的力度,3D打印一方反而更大(以加速度计,为每秒255~299g)。护齿套行业参照的法国标准(NF S72-427,平均230g、单次冲击不超过250g)无论是热压成型还是3D打印都未能达标。这说明,在承受反复冲击而不破损这一点上,3D打印一方更胜一筹。
用什么材料、以什么角度打印,同样会改变结果。在把DLP打印角度从0度调整到50度的实验中,倾斜10度打印的试样传递的冲击力最弱、耗时也最长。在另一项按FDM和SLA分类比较的实验中,用FDM打印TPU(热塑性聚氨酯)时的冲击吸收性能,超过了同等条件下的EVA或SLA树脂。类似的结果在其他实验中也被反复证实。
目前仍未达到国际标准
综合目前的结果来看,3D打印虽然减少了护齿套取模过程中的不适,但在成品护齿套的贴合度上,还没能完全取代手工取模方式。用3D打印直接打印护齿套材料本身的方式,目前还没有材料能满足国际标准,但与一次受到冲击就会破损的热压成型方式不同,它能在反复冲击下保持形态,这为需要频繁更换护齿套的成长期运动员在成本方面提供了另一种可能。正如用3D打印制作义齿的情况中传统方式与新方式在各项指标上互有胜负一样,护齿套目前也还很难说哪一方已经完全占优。