【解析】3D打印技術(shù)在齒科行業(yè)的應(yīng)用

醫(yī)療領(lǐng)域的3D打印大致可分為兩類：非生物3D打印與生物3D打印。相對(duì)于生物3D打印而言，非生物3D打印的原理相對(duì)較為簡(jiǎn)單，所需材料也相對(duì)易得，因此在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛。而齒科則是非生物3D打印中最有前景的領(lǐng)域之一。3D打印技術(shù)在齒科修復(fù)領(lǐng)域中的應(yīng)用主要包括可摘義齒、矯正器和種植牙。齒科是目前最有希望可以規(guī)模化應(yīng)用的3D打印技術(shù)的醫(yī)療領(lǐng)域，根據(jù)Smartech市場(chǎng)研究報(bào)告中的預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)到2020年，3D打印在牙科行業(yè)的市場(chǎng)規(guī)模將超過23億美元。

1. 種植牙
種植牙是指以手術(shù)方法在口腔牙槽骨組織中植入人工牙根（種植體）作為支持，并在人工牙根上進(jìn)行牙冠修復(fù)的一種鑲牙方法。在種植牙時(shí)如采用傳統(tǒng)的錐柱狀種植體，需要經(jīng)歷微創(chuàng)拔牙、預(yù)備植牙孔、植入骨粉、覆蓋膠原膜、埋入式愈合、二期手術(shù)、牙冠制作及戴入等步驟，治療周期大約需要6到8個(gè)月，醫(yī)生操作時(shí)間大約為8小時(shí)，費(fèi)用約為一萬(wàn)元以上。對(duì)于復(fù)雜情況，時(shí)間和費(fèi)用還會(huì)進(jìn)一步增加。同時(shí)這種方式還存在不少缺點(diǎn)，包括因?yàn)橹踩氲姆N植牙與拔牙窩不密合，拔牙后即刻種植時(shí)需要植骨、難以即刻修復(fù)等。

種植牙示意圖

3D打印種植牙可直接形成含牙根的整個(gè)牙體，僅需微創(chuàng)拔牙、植入種植體和牙冠修復(fù)等步驟，可實(shí)現(xiàn)與原有牙槽無(wú)縫結(jié)合，減少患者痛苦，椅旁治療周期為一到兩個(gè)小時(shí)，醫(yī)生操作時(shí)間僅半個(gè)小時(shí)，且費(fèi)用大幅度降低，有望控制在一萬(wàn)元以內(nèi)。

2013年，北京大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院教授唐志輝團(tuán)隊(duì)給三只比格犬換上了3D打印的假牙，三只狗都適應(yīng)良好，沒出現(xiàn)不良反應(yīng)。按照國(guó)家食品藥品監(jiān)管總局的規(guī)定，用于人體的植入物要經(jīng)過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，證明其安全性和有效性，同時(shí)植入物的生產(chǎn)廠家也要通過檢查。如進(jìn)展順利，2到3年后3D打印種植牙可應(yīng)用到人體實(shí)際治療中。

德國(guó)口腔產(chǎn)品制造商N(yùn)atural Dental Implants公司早在10年前就開始探索怎樣為患者提供定制化的種植牙產(chǎn)品，目前已經(jīng)開發(fā)出3D打印的種植牙產(chǎn)品原型，種植牙的鈦金屬牙根和氧化鋯基臺(tái)是由3D打印制造的。在2017年之內(nèi)Natural Dental Implants將對(duì)3D打印的種植牙進(jìn)行廣泛的測(cè)試。

Natural Dental Implants開發(fā)的種植牙產(chǎn)品（圖片來(lái)源：3D科學(xué)谷）

在口腔種植領(lǐng)域中，純鈦金屬(或合金)因其良好的生物相容性，力學(xué)性能和抗腐蝕性能，而得到廣泛應(yīng)用。種植體的材料包括金屬種植體、陶瓷類種植體、碳素類種植體、高分子聚合物種植體、復(fù)合材料等；牙冠材料包括黃金、鈷鉻合金、鎳鉻合金、陶瓷合金等金屬材料，以及二氧化鋯全瓷、樹脂等。種植體和金屬牙冠的打印技術(shù)多以SLM（選擇性激光熔化）為主，牙冠、牙橋鑄造模型的打印技術(shù)以SLA（光固化成型）、DLP（數(shù)字光處理）為主。

2. 可摘義齒

全口義齒與局部義齒

傳統(tǒng)的義齒加工離不開牙科技師們制作蠟?zāi)：丸T造牙冠的手工技能，這樣的制作方式導(dǎo)致了居高不下的義齒返工率，不僅降低牙科技工所的工作效率，還降低了患者佩戴義齒的舒適度。相比高度依賴人工的傳統(tǒng)義齒加工方式，數(shù)字化牙科技術(shù)以掃描、軟件、自動(dòng)化加工設(shè)備替代了大量手工勞動(dòng)，

傳統(tǒng)加工方式：人工為主導(dǎo)

傳統(tǒng)加工方式

通過傳統(tǒng)手工技術(shù)制造義齒金屬內(nèi)冠，首先是根據(jù)患者的口腔印模灌注出石膏模型，然后根據(jù)石膏模型制作出烤瓷牙的蠟型。接下來(lái)進(jìn)入到金屬內(nèi)冠的失蠟鑄造工藝，主要包括鑄道安裝、包埋、失蠟、鑄造四個(gè)步驟。最后，經(jīng)過表面處理、飾面工藝最終完成烤瓷牙的制作。

制造蠟型的蠟在加工過程中容易收縮變形，在接下來(lái)的金屬內(nèi)冠鑄造工藝中，由于是熱加工，金屬會(huì)產(chǎn)生變形。由于這些因素導(dǎo)致的偏差，將會(huì)給佩戴者帶來(lái)不舒適感。一旦需要返工，則將增加加工成本和患者的椅旁時(shí)間。傳統(tǒng)的義齒加工過程主要依靠牙科技師個(gè)人技能和經(jīng)驗(yàn)，屬于一種勞動(dòng)密集型工作。

傳統(tǒng)加工方式流程圖（以烤瓷牙金屬牙冠的生產(chǎn)為例）：

CNC加工：適合多種材料

CNC加工

CNC 加工技術(shù)讓義齒加工進(jìn)入到了數(shù)字化制造技術(shù)階段。從下面的流程圖中我們可以看到，使用CNC加工技術(shù)制造義齒金屬冠沒有經(jīng)過人工制造蠟型和失蠟鑄造牙冠的過程，取而代之的是數(shù)字化口腔模型掃描、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）和自動(dòng)化的牙冠切削流程。

在這一過程中，控制產(chǎn)品精度的任務(wù)將全部交給數(shù)字化的掃描、設(shè)計(jì)和加工設(shè)備，人工不需要做過多的判斷和考慮。由此，金屬牙冠的精度得到保障，讓患者擁有一顆高度定制的、舒適的烤瓷牙成為現(xiàn)實(shí)。在加工材料方面，CNC 設(shè)備除了加工鈦、鈷鉻合金等金屬材料之外，還可用于加工氧化鋯、玻璃陶瓷等牙科材料。

CNC加工方式流程圖（以烤瓷牙金屬牙冠的生產(chǎn)為例）：

金屬3D打�。焊卟牧侠�用率

3D打印的金屬義齒（圖片來(lái)源：華曙高科）

CNC機(jī)床在加工金屬牙冠時(shí)，需要使用刀具在一塊金屬坯件上將金屬牙冠銑削出來(lái)。相比CNC加工，金屬3D打印技術(shù)在牙冠生產(chǎn)成本和效率上的優(yōu)勢(shì)更為突出。目前，包括CNC加工技術(shù)和3D打印技術(shù)在內(nèi)的數(shù)字化牙科技術(shù)正成為義齒加工的主流技術(shù)。3D打印蠟?zāi)；蛘哂糜谔娲�蠟�(zāi)５?D打印樹脂模型也被應(yīng)用在牙冠的鑄造中，這些技術(shù)也帶有數(shù)字化的特點(diǎn)。
3D金屬打印流程圖（以烤瓷牙金屬牙冠的生產(chǎn)為例）：

3. 矯正器
3D打印技術(shù)在牙齒矯正器的應(yīng)用主要為舌側(cè)矯正器和隱形透明矯正器。舌側(cè)矯正器的3D打印技術(shù)多為SLM（選擇性激光熔化）技術(shù)，利用SLM技術(shù)打印的金屬舌側(cè)矯正器，與傳統(tǒng)的熔模鑄造方法相比，可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化托槽的直接成型，避免空穴、空洞等鑄造缺陷。

隱形透明矯正器多為SLA（光固化成型）技術(shù)、DLP（數(shù)字光處理）技術(shù)。隱形矯治技術(shù)是全球最早實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)的3D打印商品，3D打印技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)不同矯正階段牙齒模型的批量定制化生產(chǎn)。

隱形矯正器的生產(chǎn)流程：

就目前的技術(shù)來(lái)看，醫(yī)療機(jī)構(gòu)在拿到病患案例后，24小時(shí)內(nèi)可以出方案，15～20天左右患者可以拿到成品。但隨著數(shù)據(jù)的積累以及技術(shù)能力的進(jìn)一步突破，我們預(yù)想，未來(lái)可能只要直接掃描患者的牙齒，將其傳到電腦后便能自動(dòng)形成矯治方案，5分鐘后3D打印的牙�？赡芫鸵呀�(jīng)拿在手上了。

透明隱形矯正器

來(lái)源：3D打印文化博物館延伸閱讀：

干貨：3D技術(shù)在齒科（牙科）行業(yè)的應(yīng)用