分析3D打印技术在口颌面治疗中的应用进展

亚洲工业网讯 3D打印（3D Printing）是20世纪80年代末产生和发展起来的一种新型制造技术，3D打印技术利用三维的计算机辅助设计数据，通过3D打印机，将材料一层层堆积，最终成为实体原型的技术，可直接、精确、自动、快速地将设计的虚拟物打印成为具有一定功能的原型或制造零件。3D打印技术避免了传统工艺在利用去除法成型过程中出现的材料浪费问题，可节约成本。另外，数字化的打印制造过程，可提高产品的精确性。研究表明经3D打印出来的产品，其精度可控制在与原物体的±200μm左右。充分将3D打印的以上优点运用于口腔临床操作，可真正实现口腔个性化制作服务。

1.3D打印技术成型的种类

3D打印技术的成型方式主要有熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）、立体光固化成型（Stereo Lithography Appearance，SLA）、选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering，SLS）、选择性激光熔化技术（Selective Laser Melting，SLM）、分层实体制造技术（laminated object manufacturing，LOM）、立体喷墨印刷技术（Ink jet based system）、直接金属烧结成型（Direct metal Laser Sintering，DMLS）技术等。FDM又叫熔融挤出成型，在1988年首次由美国学者提出，其基本原理是将丝状的热熔性材料加热熔化，使材料层层堆积然后成型，这种成型方法的优点在于成本低，速度较快，机器的使用和维护简单，模型可根据不同需求选择不同的色区，缺点主要是精度低，复杂构件不易制造，需要支撑，所制作模型表面质量差，可用于种植手术中导板的制作、各种血管管腔的成型、骨和软组织重塑、成型包埋铸造蜡型等。

SLA成型法也被叫做立体光刻成型，其利用光敏树脂在紫外光的影响下会固化的原理得到实体原型或零件。这项技术的主要优点是方便、快捷和高度自动化，主要的缺点是光固化成型设备结构复杂，机器的维护成本较高，且使用材料的成本昂贵，此技术被广泛应用于医学和工业设计等领域。

SLS成型法利用离散和堆积成型的原理打印数字化设计的三维模型，该技术具有材料选择范围广、材料价格便宜、成本低、制造工艺简单、柔性度高、材料利用效率高、成型速度快等优点，主要缺点是产品的精度不高，目前，这项打印技术已被广泛应用于机械模具设计、航空航天、医学器材等领域。

SLM成型法是利用三维数字模型的分层切片数据，打印成依据数字模型所得的最终产品，此技术的优点是对各种材料的适应性较强，且能实现精密金属零构件高精密度制造，并且高质、高效，主要的缺点是设备价格昂贵，后期的处理繁琐且设备维护成品高。该技术目前已成功运用于航空航天领域及电子军事领域，另外，此技术被广泛应用于口腔领域，用于制作镍铬合金及纯钛金属冠、固定桥、可摘局部义齿支架等。

2.常用的3D打印材料

塑料是最常用的3D打印材料，常用的种类是工程塑料，包括ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）、PLA（聚乳酸）、尼龙、PC（聚碳酸酯）等，这类材料常常被用做外壳材料和工业材料，运用这种材料打印的产物具有高强度、耐冲击、耐热、硬度强、抗氧化的优点，工程塑料是当前应用最为广泛的一类3D打印材料；金属材料，包括钛合金、钴铬合金、镍铬合金，不锈钢材料等，因金属易设计物体外形、力学强度及导电性强等优点，其在3D打印材料中应用前景最为广阔，由于各种金属材料的化学成分、物理性质不同，对金属粉末的性能要求也更为严苛；光敏树脂，常见的有Somos Next材料、Somos11122材料、Somos19120材料和环氧树脂，光敏树脂一般为液态，可用于制作高强度、耐高温、防水的材料；另外常被运用的3D打印材料包括陶瓷材料、橡胶类材料、彩色石膏材料、人造骨粉、细胞生物原料等。

3.3D打印的设备

1988年，世界上第一家3D打印机研发生产公司3DSystems推出了第一台3D打印机，型号为SLA250，之后3D打印设备经历了多次革新，令其性能更高，使用范围更广，且价格也更低。如今市场上各具特点的3D打印机玲琅满目，3D打印机可打印的产品也日趋增多，如康奈尔大学成功研制了食物打印机；以色列的ziv-Av Engineering公司用SD300pm打印出了折叠自行车等，可根据打印需求选购到各种适合打印特定产品的3D打印机。

4.3D打印的数字建模设计软件

3D打印过程中涉及的建模软件主要分为两大类。一类是艺术创作设计用软件，主要包括MAYA、3DMAX、Modo、Zbrush等，这类软件可通过调整点、线、面等进行细微的勾勒，更加贴合的完成设计，此类软件适合设计复杂的工艺结构图形，能完美的展现出物体，且过渡非常圆润；另一类是工业设计用软件，主要包括Sketchup、SolidWorks、PROE、UG等，这类软件通过参数化来对物体进行解析建模，操作方便，界面直观，且制作过程快速高效，适合初学者应用。

5.3D打印技术在口腔医疗中的应用现状

3D打印技术原则上可制造出任何形状的物体。在临床医学领域，可利用CT、MRI或激光扫描等获取组织器官的图像数据，经计算机图形软件处理，利用数字建模软件设计并重建数字化三维模型，再经过3D打印机就能制造出组织或器官的模型。利用这项技术可辅助临床诊断、帮助确定复杂手术方案、制作个性化赝复体、医学教学等。将3D打印技术应用于口腔颌面的治疗，突破了传统制作工艺繁锁、费时、费人力、费材料的弊端，给口颌面疾病的患者带来了福音。3D打印技术应用于口腔颌面疾病的治疗过程，在我国正处于起步发展阶段。

5.1在口腔颌面外科的应用

3D打印可辅助口腔颌面部手术设计和实施，并可将3D打印产品运用于颌面部缺损处。在实施手术前先运用CT扫描颅面部获取图像数据，在CT数据库内重建连续分层影像。选定一个可明确区分骨组织和软组织的范围值，转换成STL格式后在快速成型系统上重建三维模型，通过此模型配合3D打印出成品手术导板，手术固定装置，或者术后颌面部缺损修复体等可达到优化术前手术计划，进行更加精确的手术操作，减少手术时间和手术风险，同时有利医生和患者间交流，使患者更了解手术目的和局限性，并且这项技术若实现细胞水平的生物打印，再生器官组织，这对于对恶性肿瘤造成的颌面部缺损患者来说是具有极大意义的。

Ciocca等利用3D打印技术打印修复成功下颌骨缺损病例一例，主要利用3D打印技术打印出缺损下颌骨模型，便于更直观的设计手术方案，指导定位下颌骨切除部位及指导截取腓骨瓣的部位，最终成功修复缺损下颌骨。屈振宇等选用了32例下颌发育不良病例，利用3D打印辅助进行双侧下颌升支矢状劈开接骨术，术前利用计算机扫描技术获得三维数据模型，利用3D打印技术制作下颌骨升支内侧水平骨切口的截骨导板，其中部分手术由年轻主治医师使用或不使用截骨导板来完成，并记录各位医师完成手术花费的时间，术后复查CBCT评估疗效。发现其中主治医师不使用导板组的手术用时明显高于使用导板组，从而可看出利用3D打印的技术可提高手术的效率，减少手术时间。