3D打印技術在口腔醫學中的應用

楊江　鄭玲玲　許松

【摘? 要】本文通過對3D打印技術的背景、技術分類及基本原理進行介紹和分析，并闡述了3D打印技術在口腔醫學領域的應用和發展狀況。該技術與傳統的機械加工技術制造存在較大的差異，隨著該技術的不斷進步和發展，必將在口腔醫學、精密制造等領域發揮重要的作用。

【關鍵詞】3D打印技術;口腔醫學;應用

引言

隨著科學技術與經濟的飛速進步和發展，誕生了許多前沿技術，3D打印技術就是其中之一。3D打印技術，亦稱“增材制造（Additive Manufacturing）”，是基于數字模型文件，通過借助于信息技術、精密機械來完成制造和加工，從而滿足工業的需求。

3D打印的主要過程如下：通過計算機輔助設計軟件建立目標物體的三維模型，并對目標模型進行分層設計，再將其模型輸入值打印設備中，通過一層一層的疊加，實現了現實三維的“打印”。該打印技術與傳統的機械加工技術有著顯著的區別，傳統的機械加工技術，屬于冷加工，主要采用切削的方式制造出于圖紙一致的零件，對于復雜的零部件存在一定的局限性，而3D打印技術可以有效的避免這個缺陷，尤其是難以加工或者復雜的零件，3D打印技術的先進性就可以凸顯出來，此技術能夠廣泛地應用于醫療、智能生活，精密儀器等行業。

1. 3D打印技術的基本概述

1.1 3D打印技術的概述

3D打印的成型方式有很多，例如分層實體制造（LOM）、聚合物噴射成型（Po1y Jet）、立體光國化成型（SLA）等等。根據不同的需求選擇相應的成型方式，以此能夠達到明顯的效果和目的。

對于3D打印的材料選擇也有很多種，例如：粉末材料、塊體材料、液態材料和絲狀材料;而材料可以有金屬和非金屬以及高分子等材料，同樣也是根據不同的行業需求，應用的場所來選擇合適的材料。

1.2 3D打印的基本原理

3D打印的過程可以分為數據采集、數據處理和3D打印等步驟，具體每一個步驟分析如下：

（1）數據采集

對于目標物體的打印，首選需要對三維物體的數據進行采集，采集的方式有很多，主要有軟件設計、光學掃描、機械式掃描和放射學掃描等多種方法，通過軟件對實際物體的模型進行采集，包括物體的尺寸、方位、形狀等特征。其中，光學掃描的方法是利用三維激光掃描、投影光柵測量等方式對實際物體進行掃描，對于簡單的三維物體具有較高的掃描速率和較好的精度，但是對于復雜的三維物體，由于投影區域存在一定的重合，使其激光掃描儀采集數據時存在一定的盲區，從而導致掃描數據存在較大的偏差，因此該方法一般適用于模型相對簡單的物體。機械式掃描是根據機械探針來獲取物體所占空間的大小，隨著機械探針的自由度增加，達到三維物體盲區的減小，該方法掃描精度高，但是掃描速率較低，價格成本也偏高，主要在復雜的模型中應用。

在醫學口腔領域中，隨著計算機技術的不斷進步，通過斷層掃描和核磁共振技術開始在醫學中應用，使得3D打印技術越來越先進，準確度也越來越高，尤其是放射學診斷技術，能夠得到高分辨率的三維圖像數據，使得在數秒內就可以獲得理想的三維數據。

（2）數據處理

通過第一步獲取的三維數據直接導入至三維重建軟件，達到重建三維物體的真實效果，整個過程都需要依靠高性能的計算機來處理數據。不妨以CT掃描出來的數據為例進行說明，將CT掃描的DICOM格式的數據導入軟件Mimics中，此時軟件讀取DICOM格式的數據，通過設置不同密度組織的閾值，構建出形態曲面，達到重建真實物體的三維模型。

與此同時，將處理的數據保存為STL格式，處理之后即為真實物體的三角形的“碎片”，處理的數據越多得到三角形“碎片”越多，如果每塊三角形“碎片”越小，將使得重建模型越精細，圖形越平滑的拼接出來，將所有的數據處理完成后，將其碎片在三維重建模型中進行拼接，驗證其是否與實際物體一直，如果正確，可以將其打印出來。

（3）3D打印

3D打印是將采集的數據經過多次處理后，從而進行打印。其打印實體模型，屬于快速成型技術。關于3D打印的制造方法可以分為很多種，例如：光固化成型、選擇性激光燒結、熔融沉積成型、分層實體制造和噴墨打印技術等。

其中，光固化成型是使用光聚合物通過紫外激光照射來固化;選擇性激光燒結是用小顆粒的熱塑性材料粉末用高功率激光來融合;熔融沉積成型是噴出熔融的熱塑性材料或共晶金屬粉末，立即使其凝固;分層實體制造是使用膠水把紙張或塑料膜粘在一起，然后用激光塑形。

2. 3D打印技術在口腔醫學中的應用與發展

3D打印技術在口腔醫學中可以用于打印頜面缺損部位修復體、手術個性化導板、手術固定裝置等。3D打印技術可以將復雜的金屬零件進行制造和加工，再將其植入硬組織中，達到非常理想的效果，例如：口腔頜面部的缺損，可以通過3D打印技術將頜骨、下頜骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等實際物體進行打印，與真實物體接近等。具體可以在口腔修復、口腔種植、口腔正畸等方面得到極大的應用，現將各個部分進行闡述如下：

（1）3D打印技術在口腔修復領域的應用與發展

3D打印技術在口腔修復中主要是制造不同的修復體，通過選擇理想的材料去制造接近真實物體的修復體，從而滿足人們口腔的需求。該方式與計算機輔助設計與制造（CAD/CAM）技術有著巨大的不同，CAD/CAM主要是以材料的切削達到真實物體的效果，這種方式會浪費材料，對加工的精度要求較高，成本也比較昂貴。而3D打印是在計算機軟件對真實物體的掃描，對數據經過多次的處理，達到修復體的目的，可以對復雜、批量的修復體進行制造和加工。

（2）3D打印技術在口腔種植領域的應用與發展

3D打印技術在口腔種植領域中可用于種植外科導板的制作，具有操作簡便、定位精準等優點?？谇坏姆N植牙也可以通過3D打印技術來進行生產和制造，種植牙是指以植入骨組織的下部結構為基礎來支持、固位上部牙修復體的缺牙修復方式，為了進一步提高種植牙的尺寸、植入位置和角度，就不得不將制造的精度做出一定的要求。而3D打印剛好可以滿足這一需求，能夠打印出具有個性化設計特征的種植導板。

（3）3D打印技術在口腔正畸領域的應用與發展

3D打印技術在口腔正畸領域中可用于打印個性化舌側托槽。由于口腔的發育受著外界條件的限制和制約，會存在畸形的生產，此時需要正畸治療，也就是依靠各種矯正裝置來調整面部骨骼、牙齒以及頜面部的神經及肌肉之間的協調性，最終使患者的口頜系統平衡、穩定和美觀。因此對于3D技術的出現，能夠有效地制造出科學合理的修復體，達到矯正的目的。

3.總結

隨著3D打印技術的進步和發展，后期不僅僅可以用醫學，在精密儀器、特種零部件上也可以應用，制造個性化、特殊化的產品，最大限度地發揮材料的特性。該技術具有方便、快捷、原材料利用率高，能夠滿足復雜的個性化要求，并快速制作出成品。

參考文獻：

[1]盧承印，張來福，王朋濤，王孝輝.3D打印技術應用于骨缺損修復的研究進展[J].中國醫藥導刊，2021，23（02）：86-90.

[2]張海英，馮倩，郭固楠.3D打印技術在口腔解剖生理學實驗教學中的應用[J].現代醫藥衛生，2020，36（24）：4016-4018.

[3]羅磊，許彪.3D打印技術在頜面部缺損修復中的應用[J].醫學綜述，2020，26（23）：4694-4698.

[4]王蘇平.3D打印技術在口腔正畸中的應用進展[J].保健文匯，2020（10）：133-134.

[5]白銀，張孝霞.3D打印技術在口腔醫學領域中的應用[J].科技與創新，2020（17）：98-99.

[6]周洋.3D打印技術在口腔頜面外科的應用[J].醫學信息，2020，33（17）：40-43.

[7]李學盛，張明.3D打印頜骨技術在口腔頜面外科臨床教學中的應用效果評價[J].中國美容醫學，2020，29（03）：143-145.

基金項目：

重慶市科學技術局新型高端研發機構專項[CSTC2018（C）XXYFJG0004]

作者簡介：

楊江，男，1985-06-08，貴州，苗族，本科，中級工程師，研究方向：3D打印醫療器械研發。

鄭玲玲，女，1997-03-25，重慶，漢，本科，初級工程師，研究方向：3D打印醫療器械研發。

許松，男，1976-10-03，江蘇，漢，碩士，中級工程師，研究方向：數字化設計與拓撲優化。

（作者單位：重慶工港致慧增材制造技術研究院有限公司）