【解析】3D打印技術在齒科行業(yè)的應用

醫(yī)療領域的3D打印大致可分為兩類：非生物3D打印與生物3D打印。相對于生物3D打印而言，非生物3D打印的原理相對較為簡單，所需材料也相對易得，因此在醫(yī)療領域的應用已經(jīng)比較廣泛。而齒科則是非生物3D打印中最有前景的領域之一。3D打印技術在齒科修復領域中的應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)模化應用的3D打印技術的醫(yī)療領域，根據(jù)Smartech市場研究報告中的預測，預計到2020年，3D打印在牙科行業(yè)的市場規(guī)模將超過23億美元。

1. 種植牙
種植牙是指以手術方法在口腔牙槽骨組織中植入人工牙根（種植體）作為支持，并在人工牙根上進行牙冠修復的一種鑲牙方法。在種植牙時如采用傳統(tǒng)的錐柱狀種植體，需要經(jīng)歷微創(chuàng)拔牙、預備植牙孔、植入骨粉、覆蓋膠原膜、埋入式愈合、二期手術、牙冠制作及戴入等步驟，治療周期大約需要6到8個月，醫(yī)生操作時間大約為8小時，費用約為一萬元以上。對于復雜情況，時間和費用還會進一步增加。同時這種方式還存在不少缺點，包括因為植入的種植牙與拔牙窩不密合，拔牙后即刻種植時需要植骨、難以即刻修復等。

種植牙示意圖

3D打印種植牙可直接形成含牙根的整個牙體，僅需微創(chuàng)拔牙、植入種植體和牙冠修復等步驟，可實現(xiàn)與原有牙槽無縫結合，減少患者痛苦，椅旁治療周期為一到兩個小時，醫(yī)生操作時間僅半個小時，且費用大幅度降低，有望控制在一萬元以內。

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

德國口腔產(chǎn)品制造商Natural 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是由3D打印制造的。在2017年之內Natural Dental Implants將對3D打印的種植牙進行廣泛的測試。

Natural Dental Implants開發(fā)的種植牙產(chǎn)品（圖片來源：3D科學谷）

在口腔種植領域中，純鈦金屬(或合金)因其良好的生物相容性，力學性能和抗腐蝕性能，而得到廣泛應用。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模和鑄造牙冠的手工技能，這樣的制作方式導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)字化牙科技術以掃描、軟件、自動化加工設備替代了大量手工勞動，

傳統(tǒng)加工方式：人工為主導

傳統(tǒng)加工方式

通過傳統(tǒng)手工技術制造義齒金屬內冠，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。接下來進入到金屬內冠的失蠟鑄造工藝，主要包括鑄道安裝、包埋、失蠟、鑄造四個步驟。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，在接下來的金屬內冠鑄造工藝中，由于是熱加工，金屬會產(chǎn)生變形。由于這些因素導致的偏差，將會給佩戴者帶來不舒適感。一旦需要返工，則將增加加工成本和患者的椅旁時間。傳統(tǒng)的義齒加工過程主要依靠牙科技師個人技能和經(jīng)驗，屬于一種勞動密集型工作。

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 加工技術讓義齒加工進入到了數(shù)字化制造技術階段。從下面的流程圖中我們可以看到，使用CNC加工技術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、計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）和自動化的牙冠切削流程。

在這一過程中，控制產(chǎn)品精度的任務將全部交給數(shù)字化的掃描、設計和加工設備，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。在加工材料方面，CNC 設備除了加工鈦、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打印：高材料利用率

3D打印的金屬義齒（圖片來源：華曙高科）

CNC機床在加工金屬牙冠時，需要使用刀具在一塊金屬坯件上將金屬牙冠銑削出來。相比CNC加工，金屬3D打印技術在牙冠生產(chǎn)成本和效率上的優(yōu)勢更為突出。目前，包括CNC加工技術和3D打印技術在內的數(shù)字化牙科技術正成為義齒加工的主流技術。3D打印蠟模或者用于替代蠟模的3D打印樹脂模型也被應用在牙冠的鑄造中，這些技術也帶有數(shù)字化的特點。
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打印技術在牙齒矯正器的應用主要為舌側矯正器和隱形透明矯正器。舌側矯正器的3D打印技術多為SLM（選擇性激光熔化）技術，利用SLM技術打印的金屬舌側矯正器，與傳統(tǒng)的熔模鑄造方法相比，可實現(xiàn)個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、DLP（數(shù)字光處理）技術。隱形矯治技術是全球最早實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的3D打印商品，3D打印技術能夠實現(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：

就目前的技術來看，醫(yī)療機構在拿到病患案例后，24小時內可以出方案，15～20天左右患者可以拿到成品。但隨著數(shù)據(jù)的積累以及技術能力的進一步突破，我們預想，未來可能只要直接掃描患者的牙齒，將其傳到電腦后便能自動形成矯治方案，5分鐘后3D打印的牙模可能就已經(jīng)拿在手上了。

透明隱形矯正器

來源：3D打印文化博物館延伸閱讀：

干貨：3D技術在齒科（牙科）行業(yè)的應用