製品紹介

歯科医療対応 3D プリンティング用
コバルトクロム合金粉末‌プリンティング小特集

1. はじめに3Dとして世界的に検討され、一部活用され始めている。
国内では、2018年に歯科医療用材料・製品メーカーで生体用金属材料は、高強度、高耐食性であることに加えある株式会社アイディエス（以下「アイディエス」）が、て良好な生体親和性を有することが要求されており、現状

国立研究開発法人 産業技術総合研究所

はSUS316L 、コバルトクロム合金、チタン合金など既究員（以下「産総研 岡崎博士」）の協力のもと、3Dプリ

1）存の構造材料が転用されている 。

岡崎上級主任研

ンティングを活用した歯科補綴物について薬事承認を取得

この中で、コバルトクロム合金（以下CCM合金）は、している。これにより、効率的に短納期で歯科補綴物を作

コバルト60％、クロム30％、モリブデン5％程度を主成製することが可能とはなったものの、3Dプリンティング分としており、チタン合金と比較して耐摩耗性に優れてい

用粉末は為替変動等の影響を受ける海外材料に頼らざるをることから、人工関節の摺動部や歯科用材料として広く使得ない状況であった。

用されている2）。

このような背景のもと、アイディエスは産総研 岡崎博

特に歯科用材料としては、義歯、ブリッジ、クラウンと士のサポートを受け、国産材料として初めて当社CCM合言った歯科補綴物（ほてつぶつ：図1参照）に使用されて金粉末（Co-28Cr-6Mo）で薬事承認を取得した。国産材

おり、従来から型作製、鋳造など多くの工程を経て製造さ料で高品質なCCM合金粉末を安定的に供給することで、れている。歯科補綴物は複雑な立体構造であり、患者ごと歯科医療業界への貢献のみならず、国内3Dプリンティンに形状も異なることから、複雑形状に短時間で対応できるグ市場の発展にも寄与できると期待される。

3Dプリンティングの優位性が活かせるアプリケーション

本小特集では、既報にて当社の3Dプリンティング用粉末について全般を紹介しているが、その中でも最近のトピックス（新商品）で、2020年3月にプレスリリースも行ったCCM合金について紹介する。

歯科補綴物

2. CCM合金の粉体特性
当社では、3Dプリンティングを含む次世代アイテムに対応可能なクリーンな工場として、2017年に最新鋭のアトマイズ設備を有する第2粉末工場を建設し稼働をスタートさせている。本アイテムについても、最先端の医療用材料との位置づけで新型アトマイザーの商品としてラインナップされている。

図1 歯科補綴物への3D適用事例(パーシャルデンチャー)※株式会社アイディエス様ご提供

図 1 歯科補綴物への 3D 適用事例(パーシャルデンチャー)

表1に当社で製造したCCM合金粉末の成分分析値を示

表1 当社CCM合金粉末の成分分析例※株式会社アイディエス様ご提供

主成分

粉体特性

Co

Cr

不純物Mo

SiFeMnC、3D プリンティングを含む次世代アイテムに対応可能なクリーンな工場と当社製粉末※1
Bal.
28
60.7
0.07

0.7

0.11

ASTM-F75規格
Bal. 2 粉末工場を建設し稼働をスター
27-30
5-7
<1.0<0.75
年に最新鋭のアトマイズ設備を有する第<1.0<0.35※2※1 分析値(一例)る。本アイテムについても、最先端の医療用材料との位置づけで新型アトマ※2 Standard Speciﬁcation for Cobalt-28 Chromium-6 Molybdenum Alloy Castings and Casting Alloyfor Surgical Implants

品としてラインナップされている。
（外科インプラント用 コバルト-28 クロミウム-6モリブデン合金鋳物および鋳造合金）社で製造した CCM 合金粉末の成分分析値を示す。当社の粉末材は国際規格47に準拠し、かつ不純物は低い水準でコントロールされていることが分かる。

社で製造した CCM 合金粉末の外観形状を示す。当社では、ガスアトマイズ

Sanyo Technical Report Vol.27 (2020) No.1

歯科医療対応3Dプリンティング用コバルトクロム合金粉末

3. CCM合金の造形体の特性す。当社の粉末材は国際規格（ASTM-F75）に準拠し、‌プリンティング小特集

3D

かつ不純物は低い水準でコントロールされていることが分
図4に当社CCM合金粉末をパウダーベッドタイプの3Dかる。
図2に当社で製造したCCM合金粉末の外観形状を示す。

プリンティング装置で造形した場合の断面組織を示す。積当社では、ガスアトマイズ後に球形度をさらに高めるため層方向に対して平行面で見られる組織（図4左）からは、の粉末処理工程を導入しており、粉末搬送時に流動性を阻造形時に100 μm前後の溶融プールが生成していたこと害しない球形度の高い粉末が得られることを確認していが確認できる。一方、積層に対して垂直面（図4右）でる。

は、ビームの走査方向に溶融・凝固している様子が分かる

図3にCCM合金粉末の粒度分布について、海外製粉末と組織となっている。いずれにおいても、造形体にポロシ比較した結果を示す。ガスアトマイズで得られる粉末は、ティーや異物等の欠陥は認められず、ほぼ100%密度の通常数 μmから数100 μmの比較的広い粒度域で正規分成形体が得られていることが分かる。

布状に得られるため、分級工程での粒度選別により、各種表2に3Dプリンティング後の造形体の機械的性質につの3Dプリンティング装置に適した粒度を容易に得ることいて、当社材と海外材を比較した結果を示す。いずれも海が可能である。本アイテムについては、先行して薬事承認を受けている海外材と同等の粒度分布に調整されており、外製粉末を使用した場合と同等の特性が得られており、国50μm
際規格（ASTM-F75）を高いレベルで満たしていること

その中心粒径は20-30 μmとなっている。

が分かる。

図 2 ガスアトマイズ粉末の外観形状
当社製粉末
海外製粉末

50μm
CCM合金粉末の粒度分布
図図33 CCM合金粉末の粒度分布

図2 ガスアトマイズ粉末の外観形状

図 2 ガスアトマイズ粉末の外観形状
3. CCM 合金の造形体の特性

当社製粉末
海外製粉末

図 4 に当社 CCM 合金粉末をパウダーベッドタイプの 3D プリンティング装した場合の断面組織を示す。積層方向に対して垂直面で見られる組織（図 4 左）

造形時に 100 μm 前後の溶融プールが生成していたことが確認できる。一方、して平行面（図 4 右）では、ビームの走査方向に溶融・凝固している様子が分となっている。いずれにおいても、造形体にポロシティーや異物等の欠陥は認めほぼ 100%密度の成形体が得られていることが分かる。

表 2 に 3D プリンティング後の造形体の機械的性質について、当社材と海外CCM合金造形体の断面組織
図 4 図4CCM合金造形体の断面組織した結果を示す。いずれも海外製粉末を使用した場合と同等の特性が得られて
図 3 CCM 合金粉末の粒度分布
表2 3Dプリンティング後の造形体の機械的性質
際規格(ASTM-F75)を高いレベルで満たしていることが分かる。

表 2 3D プリンティング後の造形体の機械的性質

M 合金の造形体の特性

0.2%耐力

硬さ

引張強度

硬さ
(HRC)

引張強度
(MPa)

0.2%耐力
(MPa)

伸び(%)

(HRC)44(MPa)
1190

(MPa)
760

201200±1501190

800±100760

24±42035-45－>655
1200±150>450800±100>824±4－ 500－>655>450>8－伸び(%)

図 4 に当社 CCM 合金粉末をパウダーベッドタイプの 3D プリンティング装置で造形当社製粉末た場合の断面組織を示す。積層方向に対して垂直面で見られる組織（図 4 左）からは、
海外製粉末
当社製粉末

4435-45形時に 100 μm 前後の溶融プールが生成していたことが確認できる。一方、積層に対ASTM-F75規格
海外製粉末て平行面（図 4 右）では、ビームの走査方向に溶融・凝固している様子が分かる組織
ASTM-F75 規格なっている。いずれにおいても、造形体にポロシティーや異物等の欠陥は認められず、ぼ 100%密度の成形体が得られていることが分かる。

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疲労強度(MPa)
7疲労強度(MPa)cycles)(10(105007cycles)
500500Sanyo Technical Report Vol.27 (2020) No.1

4. おわりに
表 2 に 3D プリンティング後の造形体の機械的性質について、当社材と海外材を比較国産材料である山陽特殊製鋼の CCM 合金粉末を使用した 3D プリンティングで歯科た結果を示す。いずれも海外製粉末を使用した場合と同等の特性が得られており、国歯科医療対応3Dプリンティング用コバルトクロム合金粉末

4. おわりに‌プリンティング小特集

3
D

国産材料である山陽特殊製鋼のCCM合金粉末を使用した3Dプリンティングで歯科補綴物を作製することが可能となったことで、歯科補綴物の作製時間短縮等による安定・安価な供給や更なる普及が期待できる。
今後は、人工骨・人工関節等の新たな医療用材料への適用を目指すとともに、CCM合金の優れた耐食・耐摩耗性を活かした金型・切削工具等の工業分野への展開も期待したい。

参考文献
1) 丸山典夫、山本玲子、廣本祥子:‌NIMS 2006年度物質材料研究アウトルック 247-249.
2) ‌大塚雄市、水谷正義：Journal of the Society ofMaterials Science, Japan, Vol.63, No6, pp.480486, Jun.2014.

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