[要旨】ラピッドプロトタイピング技術は，物体の形状，構造，接続状態をコンピュータで記述し，設計アイデアを一定の構造と機能を持つプロトタイプに自動的かつ迅速に具体化し，あるいは直接部品を製造する技術であり，CADモデルから物理モデルへの変換時間を80%以上短縮することができ，歯科の分野では診断，計画，シミュレーション操作，治療の補助に重要な役割を担う。 歯科の分野では.診断.計画.シミュレーション.治療の補助に重要な役割を担っています。 本稿では.歯科の様々な分野で使用されている.より成熟したラピッドプロトタイピング技術のいくつかについて.最近の研究・開発状況を紹介する。
[歯科の様々な分野で使用されている.より確立されたラピッドプロトタイピング技術のいくつかについて.最近の研究と開発のレビューを紹介するものである。
ラピッドプロトタイピングやジャストインタイムマニュファクチャリングとも呼ばれるRPMT（Rapid Prototyping Manufacturing Technology）は.1980年代に日本で生まれ[1].すぐにアメリカや西ヨーロッパに広がり.この20年間で製造技術の分野での大きなブレークスルーとなりました。 RPMTは1990年に医療分野で使用され[2].1992年頃にはKleinら[3]が従来の旋盤加工技術との比較からRPMTの高速・高精度という特性が歯科分野を含む医療分野で大いに役立つと指摘し.歯科分野でも使用された。
1.RPMTの開発【4.5
RPMTは.CAD/CAM技術.CNC技術.レーザー加工技術.材料技術で開発され.機械工学.検査技術.電子情報工学と密接に関連し.電鋳.アーク溶射.プラズマ溶射.流し込み.精密鋳造.EDMなどの特殊加工方法と組み合わせることが可能である。 1980年代にラピッドプロトタイピング装置を製造していたのは米国の3Dシステムだけで.’96年末には全世界で1,400セット以上が設置され.1998年にRPMTがもたらした直接経済所得は10億米ドルに達している[6]。 中国では.93年に最初の論文が発表され[7].94年には清華大学を中心にラピッドプロトタイピンググループが設立され.RPMTの研究が進むにつれ.様々な分野での応用が急速に展開された。 現在.最高精度は0.001mm.層厚±0.005mm.成形品の最大サイズは800mm×1600mm×500mm（清華大学のSSM-1600など）.専用成形機で数時間から数十時間/個というスピードで成形することが可能です。
2 .RPMTの分類とそれぞれの特徴[4-7]。
この技術の継続的な改良に伴い.学者たちは原理や構造の異なるさまざまなRPMT装置を製造し.精度と速度を向上させてきた。 RPMTは通常.製造プロセスの原理によって分類されるが.歯科分野で応用されている成熟した技術のいくつかを以下に紹介する。
(1) ステレオリソグラフィー装置（SLA）は.感光性液相硬化.ステレオリソグラフィー.ステレオスコピックモデリングなどとも呼ばれる。 この技術は.最も成熟し.最も応用されているものです。 SLA法では.表面品質の良い微細な試作品の製作や.プラスチック部品の直接製造が可能です。 部品はほとんど透明です。 することも可能です。
SLAは微細加工も可能で.日本では九州工業大学が約50μmの模型を製作しました。 デメリットとしては.SLA法はin vitroモデルの作製にしか適しておらず.生物活性を有する微細構造の生成が難しいこと.成形時の体積変化があり.制御が難しくなること.SLA装置が高価であり.感光性樹脂のコストが高くなることが挙げられます。 近年.西安交通大学LPS・CPSシリーズSLA機など一部の国産装置とそれに対応する感光性樹脂の開発により.部品の大幅なコストダウンが図られている。
(2) 積層体製造（Laminated Object Manufacturing, LOM）。 この方法は.大型の試作品を作ることができ.設備や成形材料が安価で.成形モデルに内部応力や歪みがなく.高精度.高強度・高剛性.短時間での生産が可能であることが特徴です。 SLAに比べ.支持体を必要としないため.複雑な自由曲面の製作に適しています。 デメリットは.材料の耐候性と接着強度が選択した基材と接着剤の種類に密接に関係していること.廃棄物の分別に時間がかかることです。
LOMモデルとしては.清華大学のSSMと華中理工大学のZIPPYシリーズが優れている。 現在.LOMプロセスは.オプション材料（金属板やセラミック材料など）の多様化に向けて発展しています。
(3) SLS（Selected Laser Sintering：選択的レーザー焼結）。 方法は.一般的にバインダーやその後の処理を追加しないので.高強度のモデルを形成することができ.サポートを必要としない.モデルの精度が高い（最大±0.01ミリメートル未満0.1mmの粒子径）.そのようなワックスパウダーの使用は.直接製造することができる精密鋳造用ワックスモールドです。 初期のSLS法は.気孔間の粉体の除去が難しく.セルラー担体骨格構造の製造には適していなかったが.SLAの開発により.焼結体の内部微細構造（気孔と気孔径）をパラメータ制御により調整できるようになった。 中国では.華中科技大学のHRPS-Ιなどがあります。
(4) Fused Deposition Modeling (FDM) は.溶融積層法.金型への溶融押し出し法等とも呼ばれる。 レーザーを使わない方式で.低コスト.小型.高速生産.無公害。 デメリットは.精度が比較的低いこと.体積のばらつきもあること.FDM法は加熱が必要なため.成長因子などの活性物質を工程中に添加しない足場材を作る場合にのみ適していることです。 中国では.清華大学のMEM-250などの機種があります。
(5) 三次元スプレーボンディング（Three-dimensional Printing and Gluing, TDP） 三次元印刷.セラミックシェル法とも呼ばれる。 TDPは.特にセラミックの金型に幅広く応用されており.低コストで非常に高速に生産できるのが特徴です。 非均質で多孔質の構造体の作製や.機能勾配材料の積層形成に最適で.生体工学的足場の作製（微細構造スプレー積層形成）の主要なプロセス手法となることが期待される[8]。 精度や面粗度がやや悪く.素材によっては変形しやすく.割れることもあるというのが主な問題点です。
3.RPMTの歯科分野での応用について
一般的には.第一段階：診断や操作のための生体固体モデル.中間段階（適合生体モデル）：治療やリハビリテーション工学のためのインプラント.上級段階（上級生体モデル）：人工臓器（代謝プロセスに参加できる「本物の」骨）の3段階がある。 現在は.最初の2段階が主体となっています。
(1) 歯科補綴分野への応用
歯科の他の分野でも.RPMTは従来のプロセスに対する挑戦となっています。 修復歯科の分野では.RPMTによって患者の歯冠や歯槽骨などの3次元モデルを作成し.そこから義歯を設計・製作・装着した例が多くあります。 Wuら[10]は，RPMT法を用いて鋳造チタンクラウンを作製し，鋳造前に市販のソフトウェアを用いて鋳造チャネルの設計を最適化した． 彼は.この技術が従来の「印象をとってワックスを塗る」というステップに代わる大きな可能性を持っていると考えています。 米国MITのJ. Grauらは.強度が高く.数百度に加熱して乾燥時間を短縮できることから.TDP技術を使って.従来の石膏型に代わるスラリー鋳造用のアルミナセラミック型を作製した[11]。 中国では，Gao Bo ら [12] が LOM 法を用いて幾何学的類似性の高い全歯模型を作製し，金属またはセラミック粉末のレーザー焼結体を口腔補綴物の直接作製にさらに応用するための基礎を築いた．
(2)口腔インプラント分野への応用
Sarmentら[13]は.CT画像のみでインプラント手術を行った場合.術前計画が術後計画と比較して.歯槽堤埋入位置で平均1.5mm.骨内埋入頂点で2.1mm異なることを明らかにした。 Saderら[14]は，上顎歯槽骨の重度の萎縮を有する23名の患者に対して，RPMTの可視化実体を用いて，上顎洞底挙上術およびインプラント埋入後の顎顔面輪郭を予測し，手術をガイドしたところ，すべての患者が結果に満足している．
(3) 歯内療法・矯正歯科領域での応用例
Kimら[15]は.甲状腺機能低下症で1年間歯内療法を受けた患者に.複数の側副根の侵襲性歯根吸収が認められたと報告しており.RPMTを用いて歯型を取り.その部位と発生場所がすぐに明らかになりました。 歯根膜の健全な活性細胞の維持は.歯科自家移植の成功に非常に重要な役割を果たすため.in vitro操作の時間短縮は意義深い。 Leeら[16]はRPMTでドナー歯のモデルを作成し.レシピエント領域を適切に比較した後にドナー歯を採取して移植した結果.手術時間の短縮と合計22本の歯根膜を良好に移植することに成功しました。
また.RPMTは歯科矯正の分野でも利用されています。 例えば.Wiechmann Dら[17]は.RPMTを使用して患者用に個別の歯列矯正ブラケットを作成し.患者の快適性のためにブラケットを小さくし.ブラケット紛失事故の発生率を減少させました。
口腔顎顔面外科領域における応用事例
この分野では.SLA.LOM.SLS.FDM.TDPなどの技術が用いられ.診断（骨折.関節の強直.さらには歯の閉塞）の補助.計画.手術のシミュレーション.治療などに重要な役割を担っています。 例えば，Qiu Mingguo ら [18] は，LOM 法を用いて，側頭骨の物理的なペーパーモデルを作成し，複雑な耳の神経外科手術の術前設計や，手術のシミュレーションに利用することができる．
先天性欠損.外傷.頭蓋切除後の減圧.感染などによる頭蓋顔面骨組織の大きな欠損（14.7cm×12.0cmなど［19］）に対する硬組織置換の問題に対して。 LOM（例えばOnoら[20]はHAセラミックを用いて9人の患者の大きく複雑な顎の欠損を修復した）やFDM（例えばEppleyら[20]は13人の患者の頭蓋を再建した）により.個々に合わせた仮骨の作成は手術時間や患者の放射線被ばくを大幅に節約し.術中や術後の合併症を減らし患者の入院日を短くすることが可能である。 統計によると[21].RPMTの適用により.正しい診断率が29.60％.手術精度が36.23％.手術時間が17.63％向上し.一度の手術でしかできなかった複雑な整形外科手術を数回の手術で行うことが可能になりました。
また，RPMT は最近，組織工学における細胞担体足場の主要な部分となっており，組織工学の非常に重要な側面であることは間違いない． schantz ら [22] は，ニュージーランド白ウサギの頭蓋骨に直径 15mm の欠陥を作り，分解性ポリカプロラクトン（PCL）を原料として FDM 装置でその欠陥を「複製」している． “欠損 “をある程度の空隙率で “再現 “し.フィブリン糊とともに足場とし.骨芽細胞と3日間共培養した後.生体内に移植しました。 3ヶ月後.形態は順調に回復し.骨強度は正常の60％.収量は85-90％となった。 同様の実験は中国の清華大学でも行われ[23].分子量10万に近いポリ乳酸（PLA）にHA.コラーゲン.BMPを配合し.TMF技術により直径と高さが5mmの多孔質円筒を作り.犬の橈骨欠損部に設置し.骨組織の治癒に大きく役立つことが確認されました。
4.アウトルック
RPMTは.特に小ロットで複雑な（フルート.コンベックスショルダー.中空.入れ子など）形状の製品の直接生産に適しており.異なるプロセス原理の装置を簡単にモジュール化し.交換することができる。 切り落としがなく.環境にやさしい製造技術であり.理論的には原材料の利用率は100％に達するなど。 そのため.現在.海外の歯科医療の分野でも開発が進められており.大きな期待と発展性を持っているのです。
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