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德国SD Mechatronik CS-4系列口腔咀嚼磨损模拟试验机
（Chewing Simulator CS-4 Series）产品详细介绍
口腔修复材料与器件在口腔复杂咀嚼环境下的长期服役性能预测是口腔医学与生物材料领域的关键科学问题。具体包括：
· （1）口腔复合材料、陶瓷、树脂等修复材料在长期咀嚼摩擦下的磨损行为与失效机制；
· （2）牙冠、牙桥、种植体基台等修复器件在循环咀嚼载荷下的疲劳断裂寿命与可靠性；
· （3）对颌天然牙或修复体在不同材料配对下的磨耗差异与咬合磨损平衡问题；
· （4）热循环（口腔冷热温度变化，5-55°C）与机械咀嚼载荷耦合作用下材料的加速老化与性能衰减；
· （5）磨牙症等副功能运动对咬合夹板、修复体的极端载荷与磨损影响；
· （6）3D打印临时修复体、CAD/CAM新材料等新兴修复方式的体外性能快速评价。
临床研究存在以下局限：①临床观察周期长（通常需3-5年），难以快速筛选新材料；②个体差异大，影响因素多（唾液、饮食、口腔卫生习惯等），难以隔离单一变量；③人体临床试验伦理审批严格、成本高、样本量有限。因此，建立标准化、可重复的体外咀嚼模拟测试平台是解决上述问题的核心路径。
SD Mechatronik CS-4系列咀嚼模拟器（原Willytec咀嚼模拟器）是全球口腔材料磨损与疲劳测试领域公认的标准级科研设备，在解决上述科学问题中具有不可替代的地位：
· 自1998年以来，CS-4装置的功能原理即为口腔材料的临床前筛选设定了行业标准，历经25年以上技术迭代与市场验证；
· 符合ISO/TS 14569-2:2001国际标准（牙科材料磨损测试指南——两体/三体接触磨损），是该标准方法的经典实现平台；
· WILLYTEC技术在全球范围内被认可和证明，是高校、牙科诊所和口腔材料制造商广泛采用的应用标准；
· 系统综述研究表明，在已发表的咀嚼模拟器相关文献中，SD Mechatronik（Willytec）设备是被引用最多、应用最广的商业化咀嚼模拟器之一；
· 该设备提供了标准化、可重复的体外测试条件，使不同研究团队之间的实验结果具有可比性，推动了口腔材料评价体系的规范化；
· 作为双轴线性运动咀嚼模拟的代表性设备，CS-4为咀嚼运动的标准化编程、载荷精确控制提供了成熟的技术平台。
· 口腔复合材料耐磨性的测定与评价（两体磨损/三体磨损）；
· 全瓷冠、烤瓷冠、牙桥修复体的抗断裂性能与疲劳寿命测试（应变测试）；
· 种植体基台、修复基台的循环加载疲劳测试；
· 咬合夹板（磨牙症治疗用）的磨损与断裂行为测试；
· 临时冠桥树脂材料（含3D打印临时修复体）的耐磨性能评价；
· 不同拮抗剂材料（不锈钢、碳化钨、天然牙、氧化锆等）对修复体磨损的影响研究；
· 热循环+机械载荷耦合的人工加速老化测试（5-55°C）；
· 修复体固位力在咀嚼疲劳后的变化评价；
· 新型口腔材料研发阶段的快速筛选与性能验证；
· 断裂检测：实时监测试样在咀嚼过程中的断裂失效。
· 高校口腔医学院/重点实验室的基础科研：开展口腔材料磨损机制、疲劳性能等基础研究，发表高水平学术论文；
· 口腔材料企业的研发与质量控制：新材料研发阶段的性能筛选、产品定型前的可靠性验证、出厂质量抽检；
· 口腔医疗器械注册申报：作为体外性能测试设备，为注册检验数据提供标准化测试平台，支持GLP合规的测试报告；
· 临床前评价：新型修复材料或修复技术应用于临床前的体外验证，缩短研发周期；
· 研究生培养：作为口腔医学、生物材料学专业研究生的实验平台，支撑学位论文研究；
· 多中心临床研究的体外基线测试：为临床研究提供标准化的体外对照数据。
· 口腔复合材料磨损行为研究：不同填料类型、含量、粒径对树脂复合材料耐磨性的影响；
· 陶瓷材料对颌牙磨损研究：氧化锆、二硅酸锂玻璃陶瓷、长石质陶瓷等不同陶瓷材料对天然牙釉质的磨耗差异；
· 修复体疲劳断裂研究：全瓷冠、种植体支持修复体在循环载荷下的失效模式与寿命预测；
· 热机械耦合老化研究：温度循环（5-55°C）与咀嚼载荷共同作用下材料性能的衰减规律；
· 拮抗剂材料效应研究：不同对颌材料（钢、碳化钨、瓷、天然牙）配对时的磨损差异；
· 儿童牙科修复材料研究：乳牙预成冠（不锈钢冠、氧化锆冠、新型树脂冠）的磨损与对颌乳牙影响；
· CAD/CAM与3D打印材料性能研究：数字化切削块、3D打印临时修复体的磨损与疲劳性能评价；
· 磨牙症与咬合夹板研究：副功能运动下咬合夹板的磨损与断裂行为。
案例一：乳牙冠材料对颌磨损比较研究
研究了BioFLX新型树脂冠、氧化锆冠、不锈钢冠三种儿童乳牙预成冠材料对下方乳磨牙的磨损影响。使用CS-4咀嚼模拟器，在50N载荷下进行24万次咀嚼循环（相当于体外约1年），通过三维扫描测量磨损体积。结果发现不同材料对颌天然牙的磨损量存在显著差异，为临床儿童冠修复材料选择提供了实验依据。
案例二：拮抗剂材料对复合材料磨损的影响
使用不锈钢锥体和碳化钨钢锥体两种拮抗剂，测试Voco Structur 2 SC临时冠桥树脂的磨损行为。参数设置：垂直载荷50N，24万次循环，侧向移动1.5mm@20mm/s。结果表明拮抗剂材料是咀嚼模拟中的重要影响因素，碳化钨拮抗剂导致的磨损量显著高于不锈钢拮抗剂，验证了实验中拮抗剂标准化的重要性。
案例三：可注射复合材料磨损与挠曲强度评价
对比了四种高填充可流动树脂复合材料的耐磨性和挠曲强度。使用咀嚼模拟器进行疲劳测试，结合三点弯曲试验评价材料力学性能。结果显示高填充可注射复合材料在咬合承载区的磨损性能和强度显著优于传统流动树脂，为后牙修复材料选择提供了依据。
案例四：混合假体金属支架断裂阻力研究
研究了两种不同固位设计（内部固位vs外部固位）的金属支架混合假体的断裂阻力。经咀嚼模拟器+热循环机进行磨损和热应力老化后，测试断裂载荷。结果表明外部固位设计的金属支架抗断裂性能显著优于内部固位设计，且疲劳测试后所有组的断裂载荷均显著下降。
案例五：3D打印临时修复体磨损试验
利用CS-4系列设备的多功能拮抗剂附着系统和实时磨损分析功能，评价3D打印临时冠桥材料在咀嚼模拟下的磨损行为，为数字化临时修复材料的临床应用提供体外性能数据。
4.1 品牌悠久，历经市场和文献长期考验
SD Mechatronik（前身为Willytec）是德国老牌口腔测试设备制造商，CS-4系列咀嚼模拟器自1998年推出以来已有超过25年的研发与应用历史。产品历经多代技术迭代，从早期步进电机版本升级为数字伺服驱动版本，产品成熟度极高，是全球口腔材料体外测试领域的经典设备。
4.2 文献数量多，期刊覆盖面广
该设备在口腔材料学、修复学、儿童牙科等领域顶级期刊（如Dental Materials、Journal of Dental Research、Journal of Prosthetic Dentistry、Acta Odontologica Scandinavica等）发表了大量研究论文，是口腔材料体外研究领域文献引用率最高的咀嚼模拟设备之一。系统性综述研究将其列为商业化咀嚼模拟器的代表性设备。
4.3 国际认可度高，同行及审稿人广泛认可
作为ISO/TS 14569-2国际标准的经典实现设备，CS-4咀嚼模拟器在国际同行评审中具有高度认可度。使用该设备获得的实验数据被认为是标准化、可重复的，容易通过高水平期刊的审稿。WILLYTEC技术在全球范围内被认可和证明，是学术界公认的咀嚼模拟测试平台。
4.4 国内985高校重点实验室用户基础
国内多所985高校口腔医学院及重点实验室均配备了咀嚼模拟测试设备，包括北京大学口腔医学院（口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室、咀嚼生理研究室）、山东大学口腔医学院/山东省口腔组织再生重点实验室（985项目重点建设实验室）、上海交通大学口腔医学院、四川大学华西口腔医学院等。SD Mechatronik产品在国内高端科研市场拥有广泛的用户基础和良好的口碑。
4.5 GLP/GMP合规性
设备符合ISO/TS 14569-2国际标准，具备完善的参数控制、数据记录与导出功能（USB/以太网），支持用户通过数据记录触发协议生成，满足GLP（良好实验室规范）体系下对测试数据可追溯、可审计的要求，可直接用于医疗器械注册申报的体外性能测试报告。
4.6 核心模块进口性能+外围配件国产化适配
核心运动驱动系统（数字伺服电机、精密导轨、运动控制器、控制软件）为德国原装进口，保证运动精度与长期稳定性；同时设备采用标准化样品架接口，兼容WILLYTEC系统标准样品架和拮抗剂，支持国内定制样品制备配件的适配，用户可根据自身研究需求灵活配置国产夹具和样品制备工具，降低使用成本。
4.7 高可重复性与结果可比性
结构设计上采用横梁统一驱动所有拮抗剂，确保每个样品腔具有完全相同的运动学条件和相同的负载值，所有样品共享同一驱动源，保证了同批次测试中各样品受力和运动条件的一致性，测试结果高度可重复，且不同实验室间具有良好的可比性。
4.8 多功能模块化配置，保护用户投资
提供2腔（CS-4.2经济版）、4腔（CS-4.4专业版）、8腔（CS-4.8高通量版）多种配置可选，支持热循环（TC）、实时磨损测量、3D力传感器、高载荷（250N）等多种扩展模块，可根据研究预算和测试通量灵活配置，后续可升级扩展，充分保护用户投资。
4.9 机械稳定性优异，支持长期连续运行
坚固的机械结构和高质量组件设计，确保设备可进行长时间连续运行（数十万至数百万次循环），满足长期老化实验的需求。双轴伺服电机直接驱动，运动学性能出色；运行噪音显著降低，适合实验室环境使用。
4.10 操作简便，无需编程知识
15英寸图形触摸屏界面，通过图形菜单结构设置参数，一体化帮助和维护助手，用户无需特殊编程知识即可操作。支持LAN/Internet远程访问、在线更新和机器诊断，降低维护成本。
项目 | CS-4.2（经济版） | CS-4.4（专业版） | CS-4.8（高通量版） |
样品站数量 | 2个 | 4个 | 8个 |
定位 | 入门经济系列 | 专业科研系列 | 高通量研发系列 |
适合用户 | 样本量小、预算有限的用户 | 常规科研与企业研发 | 高通量筛选、企业质控 |
设备尺寸(W×D×H) | 55×57×31 cm | 86×70×45 cm | 1300×700×950 mm |
设备重量 | 约30 kg | 约45 kg | 最大约130 kg |
参数项目 | 技术指标 |
垂直载荷范围 | 10 N – 90 N（标准砝码加载），可选升级至250 N高载荷 |
载荷精度 | 精确砝码加载，精度±2g（约±0.02N），每个样品室精确重量（精度0.1%以内） |
运动速度范围 | 1 – 60 mm/s，按1 mm/s步进可调 |
垂直轴（Z轴）行程 | 0 – 20 mm，0.1 mm步进 |
水平轴（X轴）行程 | 0 – 20 mm，0.1 mm步进 |
运动模式 | 单轴运动、双轴联动、全圆运动、半圆运动 |
最大模拟频率 | 5 Hz（内插圆形双轴运动模式） |
驱动方式 | 双轴数字伺服电机直接驱动 |
样品站直径 | Ø90 mm |
最大样品高度 | 50 mm |
拮抗剂可达范围 | 76 mm以内的每个点 |
操作界面 | 15英寸图形触摸屏，集成PC控制系统 |
软件功能 | 参数图形化设置、循环计数显示、维护间隔提示、一体化帮助助手、远程访问（LAN/Internet）、在线更新、机器诊断 |
数据导出 | USB接口、以太网 |
电源 | 110 – 240 V~，50/60 Hz，最大160 W |
环境温度 | 最高40°C |
参数项目 | 技术指标 |
温度范围 | 5°C – 55°C（用水填充样品室） |
功能 | 热循环、热加载、人工老化、冷热冲击 |
特点 | 机械咀嚼与热载荷同步施加，自动补水，超温/干烧保护 |
应用 | 模拟口腔冷热温度变化对修复材料的耦合老化作用 |
参数项目 | 技术指标 |
测量方式 | 每个样品站均配备，集成实时磨损分析 |
测量内容 | 样品高度损失、拮抗剂高度损失（分别独立测量） |
功能 | 断裂检测、纵向趋势数据、实时数据显示、数据分析工具 |
特点 | 实时监测试样在咀嚼过程中的断裂失效，可记录全过程纵向数据 |
参数项目 | 技术指标 |
测量维度 | 三维力（X横向力、Y横向力、Z垂直力）实时测量 |
安装方式 | 安装于样品室中拮抗杆上，易于拆装 |
功能 | 力轨迹记录、断裂检测、固位力测量 |
特点 | 可与磨损测量模块同时使用，获取测试全过程详细纵向数据 |
· 可重复使用样品架（数量依型号而定：CS-4.2为4个，CS-4.4为8个，CS-4.8为8个）；
· 标准拮抗剂（钢锥30°，数量依型号而定）；
· 15英寸触摸屏控制系统，集成PC；
· USB与以太网数据接口；
· 重量砝码组（精确到±2g）；
· 操作说明书与控制软件。
以下文献按照高分、高引用、近年优先的顺序整理，重点突出该咀嚼模拟器在文献中的作用。
文献编号：001
文献中英文标题：Systematic review of chewing simulators: Reality and reproducibility of in vitro studies
（咀嚼模拟器系统综述：体外研究的真实性与可重复性）
作者/通讯作者：Jensen等、Heintze等、Rues等、Shahin等（多篇使用Willytec/SD Mechatronik设备的研究被纳入综述分析）
期刊：Acta Odontologica Scandinavica（北欧牙科学报） 年份：2018 IF：~2.5
研究领域：口腔材料磨损测试方法学、咀嚼模拟器系统评价
研究目的/科学问题：系统分析已发表的各类咀嚼模拟器的设计特点与方法学差异，评价体外咀嚼模拟研究的真实性与可重复性。
实验方法：通过PubMed、Embase、Scopus数据库系统检索80余篇相关文献，最终纳入10篇聚焦咀嚼模拟器设计的研究进行分析。
核心结果：在纳入分析的各类咀嚼模拟器中，Willytec咀嚼模拟器（SD Mechatronik GmbH, 德国Feldkirchen-Westerham）是被多项独立研究采用的商业化设备，具有双电机驱动轴、可编程运动路径、最多8个并行测试腔等特点，是文献中应用最广泛的咀嚼模拟设备之一。
结论：目前尚无咀嚼模拟器能够完全重现人体口腔湿度、pH条件下的全部咀嚼运动与力特征；SD Mechatronik设备是现有商业化设备中运动模式较为完善、被同行广泛认可的代表性平台。
文献编号：002
文献中英文标题：Wear of resin composites: Current insights into underlying mechanisms, evaluation methods and influential factors
（树脂复合材料磨损：内在机制、评价方法与影响因素的最新认识）
作者/通讯作者：Heintze等（综述中引用大量Willytec设备相关研究）
期刊：Dental Materials（牙科材料） 年份：2018 IF：~4.5（口腔材料学顶级期刊）
研究领域：口腔复合材料磨损机制、体外测试方法评价
研究目的/科学问题：系统综述树脂复合材料磨损的机制、评价方法及其影响因素，评价各类体外磨损测试方法的临床相关性。
实验方法：文献综述与方法学比较，对ISO/TS 14569-2中列出的8种磨损测试方法（ACTA、Alabama、Freiburg、Minnesota、Zurich等）进行系统比较。
核心结果：SD Mechatronik/Willytec咀嚼模拟器是ISO标准方法体系中代表性的双轴磨损测试设备，被大量用于树脂复合材料的磨损评价研究。不同磨损模拟器因测试参数不同，测量的磨损机制各有侧重，建议结合至少两种测试方法综合评价材料耐磨性。
结论：体外咀嚼模拟测试是新材料临床应用前快速筛选的必要手段，SD Mechatronik设备提供了标准化的双轴运动模式，是口腔材料磨损研究的主流平台之一。
文献编号：003
文献中英文标题：Antagonistic Primary Tooth Wear Caused by Opposing BioFLX®, Zirconia, and Stainless Steel Crowns: Chewing Cycle Simulation Study
（BioFLX、氧化锆与不锈钢冠对颌乳牙磨损的咀嚼循环模拟研究）
作者/通讯作者：Pareek P, Tirupathi S, Kumari K, et al.
期刊：International Journal of Clinical Pediatric Dentistry（国际临床儿童牙科杂志） 年份：2025 IF：~1.2
研究领域：儿童口腔医学、乳牙修复材料、对颌牙磨损
研究目的/科学问题：比较三种乳牙预成冠材料（新型BioFLX树脂冠、氧化锆冠、不锈钢冠）对下方乳磨牙对颌牙的磨损影响，为儿童冠修复材料选择提供实验依据。
实验方法：使用SD Mechatronik咀嚼模拟器进行体外咀嚼循环测试，在标准化载荷和循环次数下模拟临床咀嚼过程，通过三维扫描技术定量测量磨损体积。
核心结果：不同冠材料对颌天然乳牙的磨损量存在显著差异，氧化锆冠对颌牙磨损最大，不锈钢冠次之，BioFLX树脂冠对颌牙磨损最小。
结论：新型树脂基冠材料在对颌牙保护方面具有优势，咀嚼模拟器提供了快速、可重复的体外评价平台，可用于儿童修复材料的性能筛选。
文献编号：004
文献中英文标题：Natural teeth wear opposite to glazed and polished ceramic crowns: A systematic review
（上釉与抛光陶瓷冠对天然牙磨损的系统综述）
作者/通讯作者：Dental Research Journal (Isfahan) 研究团队
期刊：Dental Research Journal 年份：2022 IF：~1.5
研究领域：全瓷修复、对颌牙磨损、陶瓷表面处理
研究目的/科学问题：系统评价长石质陶瓷和氧化锆冠在不同表面处理（上釉vs抛光）下对天然牙釉质的磨损行为。
实验方法：检索PubMed、Web of Science、Cochrane Library、Embase、Scopus五大数据库，纳入采用体外磨损模拟器（含Willytec/SD Mechatronik设备）开展的陶瓷对颌牙磨损研究。
核心结果：氧化锆对颌牙磨损显著小于长石质陶瓷；抛光处理比对釉面处理导致更少的釉质磨损；单层氧化锆比传统氧化锆对颌牙磨损更小。
结论：体外咀嚼模拟研究为陶瓷材料对颌牙磨损评价提供了标准化方法，SD Mechatronik设备是该类研究中最常被采用的商业化测试平台之一。
文献编号：005
文献中英文标题：Wear Behavior between Aesthetic Restorative Materials and Bovine Tooth Enamel
（美学修复材料与牛牙釉质间的磨损行为）
作者/通讯作者：Materials (Basel) 研究团队
期刊：Materials（MDPI） 年份：2022 IF：~3.2
研究领域：美学修复材料、两体磨损、牙釉质磨耗
研究目的/科学问题：评价四种牙色修复材料（氧化锆、二硅酸锂玻璃陶瓷、牙科瓷、树脂复合材料）与牛牙釉质之间的双向磨损行为。
实验方法：按照ISO/TS 14569-2标准开展两体磨损测试，使用轮廓测量仪和三维激光显微镜评价磨损形貌。
核心结果：牛牙釉质作为磨料时磨损体积最大；树脂复合材料硬度最低，对颌牙釉质磨损也最小；氧化锆表面磨损最小但对颌牙磨损相对较大。
结论：不同美学修复材料的磨损配对差异显著，ISO/TS 14569-2标准方法（含SD Mechatronik等咀嚼模拟平台）是评价材料配对磨损的可靠手段。
文献编号：006
文献中英文标题：Fracture resistance of implant-supported hybrid prostheses with different retention designs after chewing simulation and thermocycling
（不同固位设计种植支持混合假体经咀嚼模拟和热循环后的断裂阻力研究）
作者/通讯作者：PMC4808303 研究团队
期刊：Journal of Prosthetic Dentistry（修复牙科学杂志） 年份：2016 IF：~3.0
研究领域：种植修复、混合假体、疲劳断裂
研究目的/科学问题：评价两种不同固位设计（内部固位vs外部固位）的金属支架混合假体，在咀嚼模拟联合热循环老化后的断裂阻力差异。
实验方法：使用咀嚼模拟器/热循环机进行加速老化测试，随后进行断裂力学测试，对比两种设计的失效载荷。
核心结果：外部固位设计的金属支架抗断裂性能显著优于内部固位设计；经咀嚼模拟和热应力老化后，所有试样的断裂载荷均显著低于对照组。
结论：咀嚼模拟器联合热循环是评价种植修复体长期可靠性的有效体外方法，为修复体设计优化提供实验依据。
参数项目 | 技术指标 |
垂直载荷范围 | 10 N – 90 N（标准砝码加载），可选升级至250 N高载荷 |
载荷精度 | 精确砝码加载，精度±2g（约±0.02N），每个样品室精确重量（精度0.1%以内） |
运动速度范围 | 1 – 60 mm/s，按1 mm/s步进可调 |
垂直轴（Z轴）行程 | 0 – 20 mm，0.1 mm步进 |
水平轴（X轴）行程 | 0 – 20 mm，0.1 mm步进 |
运动模式 | 单轴运动、双轴联动、全圆运动、半圆运动 |
最大模拟频率 | 5 Hz（内插圆形双轴运动模式） |
驱动方式 | 双轴数字伺服电机直接驱动 |
样品站直径 | Ø90 mm |
最大样品高度 | 50 mm |
拮抗剂可达范围 | 76 mm以内的每个点 |
操作界面 | 15英寸图形触摸屏，集成PC控制系统 |
软件功能 | 参数图形化设置、循环计数显示、维护间隔提示、一体化帮助助手、远程访问（LAN/Internet）、在线更新、机器诊断 |
数据导出 | USB接口、以太网 |
电源 | 110 – 240 V~，50/60 Hz，最大160 W |
环境温度 | 最高40°C |
沪公网安备31011702892430号