3Dプリント後のジルコニアセラミックは歯のような色に着色できる？

工学的観点から見ると、ジルコニアは歯に似た色調へ安定して着色できる数少ない技術セラミックスの一つですが、着色のタイミングと方法は、3DプリントおよびCNC加工の工程順序に密接に関係しており、厳密な管理が必要です。カスタム部品の製造では、光硬化樹脂を用いたSLA 3DプリンティングやDLP 3Dプリンティングなどのバットフォトポリマリゼーションによるニアネットシェイプのセラミック造形と、焼結後の高精度ジルコニアCNC加工を組み合わせることで、歯の色調精度と寸法精度の両立を実現します。

ジルコニアの着色工程

3Dプリントされたジルコニアの着色は主に3つの段階で行うことができます。第一の方法は「プレシェード」ジルコニア原料を使用するもので、着色酸化物をすでに含むスラリーまたは粉末を用います。これは標準化された歯の色見本（シェードガイド）を狙う場合に一般的です。

第二の方法は、焼結前の「グリーン体」または予備焼結体に着色液を浸透させる方法です。このアプローチは積層造形された部品に特に適しており、多孔質構造を通じて液体が内部に浸透し、切端部から歯頸部までの自然な色のグラデーションを形成できます。

第三の方法は、完全焼結後の表面ステインおよびグレーズ処理です。低融点セラミックステインを表面に塗布し、再加熱することで着色層を焼き付けます。セラミックCNC加工で製作される機能的歯科部品では、プレシェードまたは浸透によって基調色を決定し、最終的な細部のキャラクタライズ（エナメル効果や透光度の変化など）は表面ステインで調整するのが一般的です。

CNC加工および焼結が色調に与える影響

製造の観点から重要なのは、着色後にジルコニアをCNC加工で大きく削ると、染色層や浸透層が除去され、明るいコア材が露出してしまう点です。そのため、マージン、咬合形態、接合部など形状を定義する加工は、焼結前段階で行うのが理想的です。これにより、焼結後は軽い研磨やポリッシングのみで済みます。

焼結中には、着色酸化物とジルコニアマトリックスの相互作用が透光性や強度にも影響します。着色イオンが過剰に添加されると破壊靭性が低下し、クラウン、ブリッジ、医療機器部品などで問題になる可能性があります。そのため当社のプロセスエンジニアリングでは、新しいカラー工程を量産に導入する前に、試験片で色調と機械的特性の両方を検証しています。

カスタムCNC部品のプロセス上の考慮事項

カスタム部品のCNC加工プロジェクトでは、通常、焼結収縮を補うためにわずかに大きめに設計した3Dプリントブランクから開始します。脱脂後、部分焼結された状態でセラミック専用のCNC試作加工設備を用いて精密加工を行います。この段階で、歯のような色調や審美的要求がある場合は、承認済みの着色液またはプレシェード材料をシェードマップに基づいて適用します。

完全焼結後、ジルコニア部品は高光沢に研磨可能です。可視部では、色層を保持しながら必要な表面品質を得るために、精密研削および制御されたCNC研磨仕上げを行います。非歯科用途では追加の塗装や有機コーティングも可能ですが、口腔内用途では、生体適合性と対合歯に対する耐摩耗性を維持するために、純粋なセラミックステインとグレーズを使用することを推奨しています。

まとめると、ジルコニアセラミックスは3Dプリント後に歯の色調へ着色可能ですが、最も安定した結果を得るには、着色工程を3Dプリント、焼結、CNC加工の全体フローに統合し、「後処理」としてではなく製造プロセスの一部として管理することが重要です。