人工智能|人工智能+3D打印，做出一口好“牙”( 二 )

快要放弃时，孙玉春灵光一现， “何不把中国技师做好的义齿看成一个整体，再根据每个患者的个体情况，整体调整义齿的三维外形参数？这就像盖房子，把以前一块一块垒砖，变成整栋房子迁移，而这个房子又可以根据环境自适应变形。这样也许就可以突破国外软件设计效果和效率的瓶颈” 。
孙玉春团队将北大口腔医学院最初积累的1000多副义齿模型扫描进电脑，进行数据建模。利用这1000多副模型，团队最终提出基于面部中线、口角线、唇高低线、牙颌弓曲线（宽度、深度、曲度）等10余个关键变量的权重指标体系，根据这些指标采集患者的信息，几秒钟就能在数据库中找到最适合当前患者的标准义齿模板。
现在，他们的数据库里已经有全国近20万副义齿模型。 “目前在国内有约570家义齿加工厂在用，每天可以设计1700多副义齿模型。 ”孙玉春说。
探索最适合的齿形结构3D打印参数集
虽然设计义齿的效率提升了，但要把设计图变成真切的义齿，还面临很多困难。
早期欧美进口的金属3D打印装备为单激光扫描，排版设计过程过于繁琐、智能分析判断能力不足，需要大量的手工调整和打磨后处理操作，导致制造精度效率低、材料浪费大。
“打印工艺是3D打印的灵魂，有那么5年时间，我在办公室一字排开5台打印机，每天不停地打印各种临床需要的制品，光打印材料就用了约300公斤，最终摸索出最适合齿形结构的专用3D打印工艺参数集，例如打印的角度、打印速度，层间重叠率、材料填充率、打印温度等。 ”孙玉春说，团队原创了3D打印自动化排版切片工艺软件，率先研制出3套口腔专用的单/双激光金属3D打印装备和物联网运维平台3D云，通过分类和模式识别算法优化姿态调整和支撑添加，对精度要求更高的关键局部结构做自动的特殊工艺设定，突破了金属3D打印悬垂面精度限制，实现了设备总体打印精度与国际同类设备持平，但关键局部打印精度优于国际同类设备水平的突破。
“当时用国外典型的打印机打印出的义齿关键局部的精度只有100—150微米，但用我们的打印机可以达到30—50微米。 ”孙玉春说。
叠层处理材料让义齿更逼真
从牙尖到牙根，颜色、透明度、硬度是渐变的，如何制备出仿生的材料用于人工智能设计和精细的制造工艺？
氧化锆是制造义齿的主要材料。 “欧美日长期掌握着口腔氧化锆材料制备的尖端技术，但他们早期生产的氧化锆材料只有单一的颜色、透明度、硬度，力学、美学均与天然牙齿硬组织‘失配’ ，这也是全球牙科陶瓷材料领域的研究热点和难点。 ”孙玉春指出，为了让义齿从上到下呈现不同的颜色、透明度、力学性能，科研团队对氧化锆材料叠层处理，每一层都暗藏玄机。
“我们将含有不同比例氧化钇的6种氧化锆，按照一定结构压在一起，在每层建立一种双向梯度渗透的仿生界面，这个界面模仿天然牙齿的绞釉层，使义齿在制造和烧结时，不会发生层间断裂和制造精度下降。 ”孙玉春说，这套技术在一定程度上解决了义齿咬合面的硬度、弹性模量远高于天然牙釉质的难题，提升了口腔氧化锆修复体与余留天然牙齿在功能、美学上的仿生匹配度。
如今，经由这套解决方案研发出的8种产品，均可完全替代进口并已出口海外，仿生氧化锆材料产品已经推广到全球120多个国家，每年可生产近千万颗义齿。
“20年前，我国在口腔数字化修复领域的相关产品基本依赖进口。现在，国产关键技术产品不仅填补了国内空白，部分达国际领先水平，而且还实现了中国自主高端口腔医疗技术装备在全球牙科市场‘零’的突破。 ”孙玉春说。采访人员金凤