口腔医学领域3D打印技术的应用

摘要：随着3D打印这一全新制造技术的出现，人类社会开始进入数字化时代，将3D打印技术运用到口腔医学治疗中，为医学教学与培训提供了解剖模型和定制面部修补构件与种植体。简单介绍了3D打印技术的原理和在口腔医学领域中的具体应用，并对3D技术的发展做了展望。

关键词：3D打印技术；口腔医疗；三维印刷；立体光固化成型

3D打印技术以数字模型文件为基础，使用粉末金属等材料，以计算机设计的数学模型为原型，通过逐层打印的方式来构造物体，是一种快速成型的制造技术。随着3D打印技术的成熟，被广泛运用于模型制造和工业设计。3D打印技术的应用领域越来越广泛，在口腔医疗等领域的运用有效促进了口腔修复、正畸、颔面外科的发展，为中国的口腔医学作出贡献。

13D打印技术概述

1.13D打印技术的成型方式

3D打印技术的成型方式根据原理和使用技术不同分为多类，应用与口腔医疗的成型方式有立体光固化成型（SLA）、熔融沉积成型（FDM）、三维印刷（3DP）、激光选区烧结（SLS）。SLA通常应用在制作手术导板和修复树脂熔模上，SLS可用来制作金属基底冠桥和种植体。

1.23D打印技术的打印材料

3D打印技术使用的材料多以粉末和液体为主。从化学角度可分为金属、高分子和无机非金属材料，根据用途不同和价格的可选择性可选择不同的材料进行3D打印制作，制作的限制较低，极大地满足了口腔患者的需要。比如用于制作全口义齿、可摘的局部义齿支架的材料涉及金属、陶瓷和树脂，生物的相容性较好，耐磨性好；种植体材料多使用纯钛，可以与周围的骨骼进行较好的骨结合。在进行CT或磁共振检测时，患者不会因种植体的材料而对放射影像造成干扰。中国的3D打印起步较晚，用于3D打印的医用级材料多依赖进口，成本较高的问题制约着3D打印技术在口腔医疗领域的发展与推广。

1.33D打印技术的工艺流程

3D打印技术运用的是一种“降维制造”的思想，即将三维的模型通过软件转化成二维层片，进行分层制造再逐层叠加形成三维实体。3D打印的工艺过程为：①产品三维模型的构建。使用CAD/CAM软件将需要的实体尺寸转化成电子三维模型或使用三维扫描反向建模。②打印模型格式生成。将模型格式转化成STL文件格式，建立模型与3D打印机之间的协作通道。通过改变三角面的大小来提高生成实体的分辨率。③对三维模型的切片处理。对成型方向和分层参数的确定。④成型加工。⑤模型的光整处理。

23D打印技术在口腔医疗领域的应用

2.13D打印技术在口腔颔面外科领域中的应用

3D打印技术应用于口腔颔面外科的打印颔面部的缺损的修复、个性化面部手术及口腔内部相关固定装置的制作。3D打印技术使用金属材料作为口腔内部制作材料的方法，有效促进了硬组织外科植入物的设计方案与制造水平的提高。3D打印技术满足患者的个性化要求，患者可根据需要选择适合自己的上颔、下颔、鼻骨等的形状，利用3D打印技术的个性化导轨进行定位。颔面部的创伤修复手术可全程通过3D打印技术实现，突破了传统的颔面部修复的方法，保证了手术的可靠性、安全性。在患者进行颔面部修复的过程中，用CT机对面部受伤的部位进行扫描，将数据输出信息保存之后导入到MIMICS中，技术人员对图像按照患者需要进行分割和可视化处理，设计成适合于受伤部位修补的形状模型，将设计好的模型导入3D打印机中即可打印制作，使用3D打印技术制作好的人体骨骼构件之间没有使用任何辅助连接的工具和材料，保证了修复构件的安全性和稳固性，为患者的口腔安全提供了保障。

2.23D打印技术在口腔修复领域中的应用

由于人与人之间牙齿形状有很大的不同，以往的设计方法需要花费较长的时间去设计制作，制作费用较高，患者的经济压力较大，而且牙模制作使用完只能丢弃，对资源的利用率不高。将3D打印技术运用到牙模等的制作上，将大大降低制作成本和缩短制作时间。中国在3D打印义齿方面的制作技术水平较高，从早期探索出制作义齿全冠的技术路线到可实现数字化设计及制作可摘局部义齿支架等，满足了患者对口腔修复的要求，目前的激光烧结技术提高了金属牙冠的制作精度，减小了牙体颔面与内冠间的厚度，患者使用无不良反应，与牙冠等的磨合度较好。另外，用于制作口腔义齿等的材料有金属、陶瓷、高级树脂等，不同的价位可面向不同人群，降低了人们的经济成本，从而能拥有健康的口腔。

2.33D打印技术在口腔种植领域中的应用

近年来，口腔种植通过即刻种植来保证留有最多的骨组织，维持软组织的原有形态，降低患者口腔种植带来的痛苦，但目前的口腔医疗技术存在种植体与拔牙窝的匹配程度低的问题，导致种植体与牙槽骨存在缝隙，骨结合较难形成，患者体验感差。借助3D打印技术可实现自定义种植体，对种植体的形状、大小和与拔牙窝的匹配度进行分析和设计，通过CAD等三维软件建模模拟留出安全距离后，生成种植体的三维设计模型，导入3D打印机便可创造出符合人体口腔构造的种植牙，将种植体与牙窝进行骨结合，为患者免去牙痛烦恼。目前，应用于口腔种植体的制作材料主要是纯钛和钛合金，因为钛的生物相容性和力学相容性较好，可使种植到患者口腔的外来物与患者口腔的骨骼较好相容，促进骨细胞的快速形成，提高种植体与骨结合的稳定性。3D打印还可对种植体的内部进行设计与制作，将内部结构设定一定的中空结构，降低种植体的质量和弹性模量。

2.43D打印技术在口腔正畸领域中的应用

传统的口腔正畸方法是通过照片、模型来实现，石膏模型在使用过程中容易出现损坏、开裂等问题，可操作性不强。3D打印技术制作的模型采用的是金属、陶瓷等不易磨损的材料，为口腔医生与病人之间的沟通交流提供数据模型，如果不便于携带，可通过3D打印机实现远距离传输等。3D技术还可用于舌托的个性化打印，在正畸治疗时稳定患者的下颔，使其保持平衡、美观。通过3D打印技术打印出来的舌托能与患者的牙齿舌侧高度匹配，弥补了传统手段制作的舌托靠粘结剂厚度补偿的缺点。

33D打印技术的展望

3D打印技术作为一种简单、有效的制作模型手段，在口腔医疗教学及科研、口腔手术辅助工具及医疗研发等方面得到了巨大的应用。据了解，3D打印在2016年的市场规模达到9.03亿美元，预计在2025年将达到34亿美元。3D打印技术的个性化设计为口腔医学的发展带来了福音，虽然目前的3D打印技术的成本使其普遍推广受到阻碍，且缺乏技术专家，但3D打印为口腔医疗带来新的医疗理念和医疗方法，为未来的口腔医疗发展指明了方向。在新的发展机遇下，以3D打印技术为契机，推动口腔医疗领域的先进化产业发展，不断推动新产品的研发与应用。口腔医疗也会因为3D技术的普及而加速进入数字化时代。将口腔种植术与3D打印技术的完美结合，提高种植牙的成活率，为患者的牙齿健康推动身体健康作出巨大贡献。

4结语

3D打印技术作为新时代的伟大发明，具有方便、快捷、材料利用率高、个性化设计等特点，能够充分利用材料的优质特点，针对不同的用户制造出符合用户需求的产品，满足口腔医学领域上各种复杂的修复要求，推动着口腔医学领域实现大发展、大变革。虽然目前该技术的应用成熟度还有待完善，对材料的种类、成分、特性有较高的要求，需要相关技术人员对材料的物理性能、化学性能等方面进行更深层次的探究与开发，但笔者相信，3D打印技术在未来一定能为口腔医疗提供更好的服务，推动口腔医疗的进步与发展。

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作者：白银 张孝霞 单位：西安外事学院