3D打印技術在口腔醫學領域中的應用

白 銀，張孝霞

（西安外事學院，陜西 西安710077）

3D打印技術以數字模型文件為基礎，使用粉末金屬等材料，以計算機設計的數學模型為原型，通過逐層打印的方式來構造物體，是一種快速成型的制造技術。隨著3D打印技術的成熟，被廣泛運用于模型制造和工業設計。3D打印技術的應用領域越來越廣泛，在口腔醫療等領域的運用有效促進了口腔修復、正畸、頷面外科的發展，為中國的口腔醫學作出貢獻。

1 3D打印技術概述

1.1 3D打印技術的成型方式

3D打印技術的成型方式根據原理和使用技術不同分為多類，應用與口腔醫療的成型方式有立體光固化成型（SLA）、熔融沉積成型（FDM）、三維印刷（3DP）、激光選區燒結（SLS）。SLA通常應用在制作手術導板和修復樹脂熔模上，SLS可用來制作金屬基底冠橋和種植體。

1.2 3D打印技術的打印材料

3D打印技術使用的材料多以粉末和液體為主。從化學角度可分為金屬、高分子和無機非金屬材料，根據用途不同和價格的可選擇性可選擇不同的材料進行3D打印制作，制作的限制較低，極大地滿足了口腔患者的需要。比如用于制作全口義齒、可摘的局部義齒支架的材料涉及金屬、陶瓷和樹脂，生物的相容性較好，耐磨性好；種植體材料多使用純鈦，可以與周圍的骨骼進行較好的骨結合。在進行CT或磁共振檢測時，患者不會因種植體的材料而對放射影像造成干擾。中國的3D打印起步較晚，用于3D打印的醫用級材料多依賴進口，成本較高的問題制約著3D打印技術在口腔醫療領域的發展與推廣。

1.3 3D打印技術的工藝流程

3D打印技術運用的是一種“降維制造”的思想，即將三維的模型通過軟件轉化成二維層片，進行分層制造再逐層疊加形成三維實體。

3D打印的工藝過程為：①產品三維模型的構建。使用CAD/CAM軟件將需要的實體尺寸轉化成電子三維模型或使用三維掃描反向建模。②打印模型格式生成。將模型格式轉化成STL文件格式，建立模型與3D打印機之間的協作通道。通過改變三角面的大小來提高生成實體的分辨率。③對三維模型的切片處理。對成型方向和分層參數的確定。④成型加工。⑤模型的光整處理。

2 3D打印技術在口腔醫療領域的應用

2.1 3D打印技術在口腔頷面外科領域中的應用

3D打印技術應用于口腔頷面外科的打印頷面部的缺損的修復、個性化面部手術及口腔內部相關固定裝置的制作。3D打印技術使用金屬材料作為口腔內部制作材料的方法，有效促進了硬組織外科植入物的設計方案與制造水平的提高。3D打印技術滿足患者的個性化要求，患者可根據需要選擇適合自己的上頷、下頷、鼻骨等的形狀，利用3D打印技術的個性化導軌進行定位。頷面部的創傷修復手術可全程通過3D打印技術實現，突破了傳統的頷面部修復的方法，保證了手術的可靠性、安全性。在患者進行頷面部修復的過程中，用CT機對面部受傷的部位進行掃描，將數據輸出信息保存之后導入到MIMICS中，技術人員對圖像按照患者需要進行分割和可視化處理，設計成適合于受傷部位修補的形狀模型，將設計好的模型導入3D打印機中即可打印制作，使用3D打印技術制作好的人體骨骼構件之間沒有使用任何輔助連接的工具和材料，保證了修復構件的安全性和穩固性，為患者的口腔安全提供了保障。

2.2 3D打印技術在口腔修復領域中的應用

由于人與人之間牙齒形狀有很大的不同，以往的設計方法需要花費較長的時間去設計制作，制作費用較高，患者的經濟壓力較大，而且牙模制作使用完只能丟棄，對資源的利用率不高。將3D打印技術運用到牙模等的制作上，將大大降低制作成本和縮短制作時間。中國在3D打印義齒方面的制作技術水平較高，從早期探索出制作義齒全冠的技術路線到可實現數字化設計及制作可摘局部義齒支架等，滿足了患者對口腔修復的要求，目前的激光燒結技術提高了金屬牙冠的制作精度，減小了牙體頷面與內冠間的厚度，患者使用無不良反應，與牙冠等的磨合度較好。另外，用于制作口腔義齒等的材料有金屬、陶瓷、高級樹脂等，不同的價位可面向不同人群，降低了人們的經濟成本，從而能擁有健康的口腔。

2.3 3D打印技術在口腔種植領域中的應用

近年來，口腔種植通過即刻種植來保證留有最多的骨組織，維持軟組織的原有形態，降低患者口腔種植帶來的痛苦，但目前的口腔醫療技術存在種植體與拔牙窩的匹配程度低的問題，導致種植體與牙槽骨存在縫隙，骨結合較難形成，患者體驗感差。借助3D打印技術可實現自定義種植體，對種植體的形狀、大小和與拔牙窩的匹配度進行分析和設計，通過CAD等三維軟件建模模擬留出安全距離后，生成種植體的三維設計模型，導入3D打印機便可創造出符合人體口腔構造的種植牙，將種植體與牙窩進行骨結合，為患者免去牙痛煩惱。目前，應用于口腔種植體的制作材料主要是純鈦和鈦合金，因為鈦的生物相容性和力學相容性較好，可使種植到患者口腔的外來物與患者口腔的骨骼較好相容，促進骨細胞的快速形成，提高種植體與骨結合的穩定性。3D打印還可對種植體的內部進行設計與制作，將內部結構設定一定的中空結構，降低種植體的質量和彈性模量。

2.4 3D打印技術在口腔正畸領域中的應用

傳統的口腔正畸方法是通過照片、模型來實現，石膏模型在使用過程中容易出現損壞、開裂等問題，可操作性不強。3D打印技術制作的模型采用的是金屬、陶瓷等不易磨損的材料，為口腔醫生與病人之間的溝通交流提供數據模型，如果不便于攜帶，可通過3D打印機實現遠距離傳輸等。3D技術還可用于舌托的個性化打印，在正畸治療時穩定患者的下頷，使其保持平衡、美觀。通過3D打印技術打印出來的舌托能與患者的牙齒舌側高度匹配，彌補了傳統手段制作的舌托靠粘結劑厚度補償的缺點。

3 3D打印技術的展望

3D打印技術作為一種簡單、有效的制作模型手段，在口腔醫療教學及科研、口腔手術輔助工具及醫療研發等方面得到了巨大的應用。據了解，3D打印在2016年的市場規模達到9.03億美元，預計在2025年將達到34億美元。3D打印技術的個性化設計為口腔醫學的發展帶來了福音，雖然目前的3D打印技術的成本使其普遍推廣受到阻礙，且缺乏技術專家，但3D打印為口腔醫療帶來新的醫療理念和醫療方法，為未來的口腔醫療發展指明了方向。在新的發展機遇下，以3D打印技術為契機，推動口腔醫療領域的先進化產業發展，不斷推動新產品的研發與應用。口腔醫療也會因為3D技術的普及而加速進入數字化時代。將口腔種植術與3D打印技術的完美結合，提高種植牙的成活率，為患者的牙齒健康推動身體健康作出巨大貢獻。

4 結語

3D打印技術作為新時代的偉大發明，具有方便、快捷、材料利用率高、個性化設計等特點，能夠充分利用材料的優質特點，針對不同的用戶制造出符合用戶需求的產品，滿足口腔醫學領域上各種復雜的修復要求，推動著口腔醫學領域實現大發展、大變革。雖然目前該技術的應用成熟度還有待完善，對材料的種類、成分、特性有較高的要求，需要相關技術人員對材料的物理性能、化學性能等方面進行更深層次的探究與開發，但筆者相信，3D打印技術在未來一定能為口腔醫療提供更好的服務，推動口腔醫療的進步與發展。