三种光固化3D打印技术机械性能比对研究——SLA和DLP与LCD在牙科临时修复体中的应用效能分析

随着数字化牙科技术的快速发展，光固化3D打印技术凭借精准成型、高效定制的优势，已成为牙科临时修复体（如临时冠、桥、种植体上部结构等）制造的主流方案。目前临床及实验室中应用最广泛的三类光固化3D打印技术分别为立体光固化成型（SLA）、数字光处理（DLP）与液晶显示掩膜固化（LCD）。尽管三者均基于光敏树脂光聚合原理，但在光源特性、成型精度及机械性能上存在显著差异，直接影响修复体的临床适配性与使用寿命。本文通过系统测试对比三种技术打印牙科临时修复体的关键机械性能，结合临床应用需求分析其适用场景，为牙科临床工作者的技术选型提供数据支撑与实践参考。

一、研究背景与目的

牙科临时修复体作为治疗周期中的关键过渡部件，需同时满足生物相容性、足够的机械强度（抗折、耐磨）、良好的边缘贴合度及美观性等核心要求。传统手工制作或CAD/CAM切削工艺存在定制周期长、个性化适配性差、机械性能不稳定等问题，而光固化3D打印技术通过数字化建模与逐层固化成型，可实现修复体的精准定制，大幅缩短制作周期。

SLA技术以紫外激光为光源，具备超高的细节还原能力；DLP技术采用数字微镜器件控制面光源曝光，成型效率更高；LCD技术则通过液晶面板作为掩膜实现分层曝光，设备成本相对低廉。三者在牙科领域的应用均逐渐普及，但关于其打印修复体机械性能的系统性对比研究仍有待完善。本研究旨在通过测试三种技术打印样品的弯曲强度、表面硬度、耐磨性及边缘精度等关键指标，明确各技术的性能优势与短板，为牙科临时修复体的高效、高质量制造提供技术选型依据。

二、材料与方法

2.1 实验材料与设备

实验选用三种商业化牙科专用光固化树脂（均符合ISO 10993生物相容性标准），分别适配SLA、DLP、LCD三种打印技术，树脂基础成分均为丙烯酸酯类共聚物，添加相同比例的光引发剂与无机填料（增强机械性能）。打印设备选用行业主流机型：SLA打印机（激光波长355nm，最小光斑直径0.05mm）、DLP打印机（紫外光源波长405nm，分辨率1920×1080）、LCD打印机（紫外光源波长405nm，分辨率2560×1440）。辅助设备包括万能材料试验机、维氏硬度计、摩擦磨损试验机、体视显微镜及三维扫描测量仪。

2.2 样品制备

参照ISO 4049牙科聚合物基材料标准，设计并制作标准测试样品：弯曲强度测试样品为条形（80mm×10mm×4mm），表面硬度与耐磨性测试样品为圆形试块（直径10mm×厚度2mm），边缘精度测试样品为模拟前牙临时冠（牙冠高度10mm，颈部直径6mm）。每种技术每组制备10个样品，共计90个样品。

样品打印参数均采用各设备厂商推荐的牙科专用参数：SLA打印层厚0.05mm，激光功率20mW，扫描速度1500mm/s；DLP打印层厚0.05mm，曝光时间2s/层；LCD打印层厚0.05mm，曝光时间6s/层。所有样品打印完成后，经相同后处理流程：75%乙醇溶液超声清洗5min（去除表面残留树脂），紫外固化箱二次固化（波长405nm，功率36W，固化时间20min），最后用1000-2000目砂纸轻微打磨样品边缘毛刺。

2.3 测试方法

弯曲强度测试：采用万能材料试验机进行三点弯曲试验，跨距64mm，加载速度2mm/min，记录样品断裂时的最大载荷，计算弯曲强度（σ=3FL/(2bh²)，其中F为最大载荷，L为跨距，b为样品宽度，h为样品厚度）。

表面硬度测试：采用维氏硬度计，试验力100g，保荷时间15s，每个样品选取5个不同测点，取平均值作为最终硬度值。

耐磨性测试：采用摩擦磨损试验机，以氧化铝球为对磨副，载荷5N，转速200r/min，磨损时间30min，通过电子天平测量样品磨损前后的质量差，评估耐磨性。

边缘精度测试：采用三维扫描测量仪扫描临时冠样品，提取边缘拟合线，与原始CAD模型对比，计算边缘间隙平均值（单位：μm），评估成型精度。

数据统计：采用SPSS 26.0软件进行统计分析，通过单因素方差分析（ANOVA）比较三种技术样品的性能差异，P＜0.05为差异具有统计学意义。

三、结果与分析

3.1 弯曲强度对比

实验结果显示，三种技术打印样品的弯曲强度存在显著差异（P＜0.05）：SLA技术样品弯曲强度最高，平均值为93.39±5.57MPa；DLP技术样品次之，平均值为82.64±4.82MPa；LCD技术样品最低，平均值为71.28±6.13MPa。SLA技术的高弯曲强度得益于激光的精准聚焦与树脂的均匀固化，形成的聚合网络更致密；而LCD技术因光源能量分布相对不均，部分区域固化不充分，导致弯曲强度较低。

3.2 表面硬度对比

表面硬度测试结果显示，SLA与DLP技术样品的表面硬度无显著差异（P＞0.05），平均值分别为68.5±3.2HV和67.8±2.9HV；LCD技术样品表面硬度显著低于前两者（P＜0.05），平均值为59.3±3.5HV。这一结果与弯曲强度趋势一致，核心原因在于光源固化效率的差异：SLA激光与DLP面光源的能量密度更稳定，能促使树脂充分聚合，形成硬度更高的固化层；而LCD技术受液晶面板透光率、光源衰减等因素影响，固化效率稍低，表面硬度相对不足。

3.3 耐磨性对比

耐磨性测试中，样品磨损质量差结果显示：SLA技术样品磨损质量差最小（0.021±0.003g），耐磨性最优；DLP技术样品磨损质量差为0.028±0.004g，耐磨性次之；LCD技术样品磨损质量差最大（0.036±0.005g），耐磨性最差（P＜0.05）。耐磨性与材料固化致密性直接相关，SLA技术的精准固化使样品内部结构更均匀，表面更光滑，摩擦过程中材料损耗更少；而LCD样品表面存在微小孔隙（体视显微镜观察可见），导致耐磨性下降。

3.4 边缘精度对比

边缘间隙测试结果显示，SLA技术样品边缘间隙最小，平均值为14.79±7.96μm，完全满足牙科临时修复体边缘间隙＜50μm的临床要求；DLP技术样品边缘间隙平均值为22.35±8.62μm，同样符合临床标准；LCD技术样品边缘间隙平均值为35.68±9.14μm，虽未超出临床允许范围，但显著高于前两者（P＜0.05）。SLA技术的高精度优势源于激光光斑的精准控制，能够完美还原CAD模型的边缘细节；而LCD技术受像素尺寸限制，边缘拟合精度稍逊。

四、讨论：三种技术在牙科临时修复体中的应用适配性

结合本次实验结果与临床应用需求，三种光固化3D打印技术在牙科临时修复体制造中的适配性存在明确差异，需根据临床场景与成本预算合理选型：

SLA技术凭借最高的弯曲强度、最优的耐磨性与边缘精度，适配对修复体性能要求较高的临床场景，如后牙临时冠桥（需承受较大咬合力）、种植体临时上部结构（需精准贴合种植体基台）等。尽管SLA设备初期投入相对较高，但对于追求高质量修复效果的口腔机构而言，其性能优势可有效降低修复体破损、返工率，长期综合成本更具优势。

DLP技术在机械性能上略逊于SLA，但成型效率更高（面光源一次性曝光整层），且设备与耗材成本处于中等水平，适配前牙临时修复体（对咬合力要求较低，更注重美观与制作效率）、批量制作简单临时修复体等场景。DLP技术的高效性可显著缩短患者等待时间，适合流量较大的口腔门诊。

LCD技术机械性能与边缘精度虽为三者最低，但设备与耗材成本低廉，操作门槛低，适配基层口腔机构、社区卫生服务中心等预算有限的场景，可用于制作简单前牙临时冠、咬合垫等对性能要求不高的临时修复体。临床应用中需注意，LCD打印的修复体应避免用于承受较大咬合力的部位，且需加强患者使用指导，减少破损风险。

此外，本次研究存在一定局限性：实验仅选用一种适配各技术的牙科树脂，不同品牌树脂的性能差异可能影响实验结果；未考虑临床使用环境（如唾液浸泡、温度变化）对修复体机械性能的长期影响。未来研究可扩大树脂种类范围，增加长期老化实验，进一步完善三种技术的应用评估体系。

五、结论

在牙科临时修复体制造中，SLA、DLP与LCD三种光固化3D打印技术的机械性能呈现显著梯度差异：SLA技术在弯曲强度、表面硬度、耐磨性及边缘精度上均表现最优，DLP技术居中，LCD技术稍逊。临床选型时，应结合修复体的受力场景、美观需求与机构成本预算：高要求场景优先选择SLA技术，高效批量场景适配DLP技术，预算有限的基础场景可选用LCD技术。本研究结果可为牙科临床工作者的技术选型提供科学依据，推动光固化3D打印技术在牙科领域的精准应用与规范化发展。