3D打印技術避免了傳統工藝在利用去除法成型過程中出現的材料浪費問題，可節約成本。另外，數字化的打印製造過程，可提高產品的精確性。研究表明經3D打印出來的產品，其精度可控製在與原物體的±200μm左右。充分將3D打印的以上優點運用於口腔臨床操作，可真正實現口腔個性化製作服務。
1.3D打印技術成型的種類
3D打印技術的成型方式主要有熔融沉積成型(FusedDepositionModeling，FDM)、立體光固化成型(StereoLithographyAppearance，SLA)、選擇性激光燒結技術(SelectiveLaserSintering，SLS)、選擇性激光熔化技術(SelectiveLaserMelting，SLM)、分層實體製造技術(laminatedobjectmanufacturing，LOM)、立體噴墨印刷技術(Inkjetbasedsystem)、直接金屬燒結成型(DirectMetalLaserSintering，DMLS)技術等。FDM又叫熔融擠出成型，在1988年首次由美國學者提出，其基本原理是將絲狀的熱熔性材料加熱熔化，使材料層層堆積然後成型，這種成型方法的優點在於成本低，速度較快，機器的使用和維護簡單，模型可根據不同需求選擇不同的色區，缺點主要是精度低，複雜構件不易製造，需要支撐，所製作模型表麵質量差，可用於種植手術中導板的製作、各種血管管腔的成型、骨和軟組織重塑、成型包埋鑄造蠟型等。
SLA成型法也被叫做立體光刻成型，其利用光敏樹脂在紫外光的影響下會固化的原理得到實體原型或零件。這項技術的主要優點是方便、快捷和高度自動化，主要的缺點是光固化成型設備結構複雜，機器的維護成本較高，且使用材料的成本昂貴，此技術被廣泛應用於醫學和工業設計等領域。
SLS成型法利用離散和堆積成型的原理打印數字化設計的三維模型，該技術具有材料選擇範圍廣、材料價格便宜、成本低、製造工藝簡單、柔性度高、材料利用效率高、成型速度快等優點，主要缺點是產品的精度不高，目前，這項打印技術已被廣泛應用於機械模具設計、航空航天、醫學器材等領域。
SLM成型法是利用三維數字模型的分層切片數據，打印成依據數字模型所得的最終產品，此技術的優點是對各種材料的適應性較強，且能實現精密金屬零構件高精密度製造，並且高質、高效，主要的缺點是設備價格昂貴，後期的處理繁瑣且設備維護成品高。該技術目前已成功運用於航空航天領域及電子軍事領域，另外，此技術被廣泛應用於口腔領域，用於製作鎳鉻合金及純鈦金屬冠、固定橋、可摘局部義齒支架等。
2.常用的3D打印材料
塑料是最常用的3D打印材料，常用的種類是工程塑料，包括ABS塑料(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)、PLA(聚乳酸)、尼龍、PC(聚碳酸酯)等，這類材料常常被用做外殼材料和工業材料，運用這種材料打印的產物具有高強度、耐衝擊、耐熱、硬度強、抗氧化的優點，工程塑料是當前應用最為廣泛的一類3D打印材料;金屬材料，包括鈦合金、鈷鉻合金、鎳鉻合金，不鏽鋼材料等，因金屬易設計物體外形、力學強度及導電性強等優點，其在3D打印材料中應用前景最為廣闊，由於各種金屬材料的化學成分、物理性質不同，對金屬粉末的性能要求也更為嚴苛;光敏樹脂，常見的有SomosNext材料、Somos11122材料、Somos19120材料和環氧樹脂，光敏樹脂一般為液態，可用於製作高強度、耐高溫、防水的材料;另外常被運用的3D打印材料包括陶瓷材料、橡膠類材料、彩色石膏材料、人造骨粉、細胞生物原料等。
3.3D打印的設備
1988年，世界上第一家3D打印機研發生產公司3DSystems推出了第一台3D打印機，型號為SLA250，之後3D打印設備經曆了多次革新，令其性能更高，使用範圍更廣，且價格也更低。如今市場上各具特點的3D打印機玲琅滿目，3D打印機可打印的產品也日趨增多，如康奈爾大學成功研製了食物打印機;以色列的ziv-AvEngineering公司用SD300pm打印出了折疊自行車等，可根據打印需求選購到各種適合打印特定產品的3D打印機。
4.3D打印的數字建模設計軟件
3D打印過程中涉及的建模軟件主要分為兩大類。一類是藝術創作設計用軟件，主要包括MAYA、3DMAX、Modo、Zbrush等，這類軟件可通過調整點、線、麵等進行細微的勾勒，更加貼合的完成設計，此類軟件適合設計複雜的工藝結構圖形，能完美的展現出物體，且過渡非常圓潤;另一類是工業設計用軟件，主要包括Sketchup、SolidWorks、PROE、UG等，這類軟件通過參數化來對物體進行解析建模，操作方便，界麵直觀，且製作過程快速高效，適合初學者應用。
5.3D打印技術在口腔醫療中的應用現狀
3D打印技術原則上可製造出任何形狀的物體。在臨床醫學領域，可利用CT、MRI或激光掃描等獲取組織器官的圖像數據，經計算機圖形軟件處理，利用數字建模軟件設計並重建數字化三維模型，再經過3D打印機就能製造出組織或器官的模型。利用這項技術可輔助臨床診斷、幫助確定複雜手術方案、製作個性化贗複體、醫學教學等。將3D打印技術應用於口腔頜麵的治療，突破了傳統製作工藝繁鎖、費時、費人力、費材料的弊端，給口頜麵疾病的患者帶來了福音。3D打印技術應用於口腔頜麵疾病的治療過程，在我國正處於起步發展階段。
5.1在口腔頜麵外科的應用
3D打印可輔助口腔頜麵部手術設計和實施，並可將3D打印產品運用於頜麵部缺損處。在實施手術前先運用CT掃描顱麵部獲取圖像數據，在CT數據庫內重建連續分層影像。選定一個可明確區分骨組織和軟組織的範圍值，轉換成STL格式後在快速成型係統上重建三維模型，通過此模型配合3D打印出成品手術導板，手術固定裝置，或者術後頜麵部缺損修複體等可達到優化術前手術計劃，進行更加精確的手術操作，減少手術時間和手術風險，同時有利醫生和患者間交流，使患者更了解手術目的和局限性，並且這項技術若實現細胞水平的生物打印，再生器官組織，這對於對惡性腫瘤造成的頜麵部缺損患者來說是具有極大意義的。
Ciocca等利用3D打印技術打印修複成功下頜骨缺損病例一例，主要利用3D打印技術打印出缺損下頜骨模型，便於更直觀的設計手術方案，指導定位下頜骨切除部位及指導截取腓骨瓣的部位，最終成功修複缺損下頜骨。屈振宇等選用了32例下頜發育不良病例，利用3D打印輔助進行雙側下頜升支矢狀劈開接骨術，術前利用計算機掃描技術獲得三維數據模型，利用3D打印技術製作下頜骨升支內側水平骨切口的截骨導板，其中部分手術由年輕主治醫師使用或不使用截骨導板來完成，並記錄各位醫師完成手術花費的時間，術後複查CBCT評估療效。發現其中主治醫師不使用導板組的手術用時明顯高於使用導板組，從而可看出利用3D打印的技術可提高手術的效率，減少手術時間。
5.2在口腔修複的應用
3D打印技術在修複領域是運用最多的。將打印技術用於樁核、冠橋的製作：Sun等對預備後的牙體、樁道的內表麵進行掃描，並獲得三維數據後，根據對側同名牙和鄰牙的外形，並參照美學和功能的要求，利用計算機軟件設計出修複方案，然後使用3D打印機利用金屬材料或全瓷材料來製作冠橋或樁核。通過這種方法可以使完全依賴經驗獲得最終修複體的缺陷得以改善。配合反求工程及3D堆積成型技術製作樁核的研究顯示，常規製作的樁核和3D打印製作的樁核邊緣差異分別為47.99±9.26μm和45.95±8.09μm，二者比較無顯著性差異，P>0.05。
常規製作樁核和3D打印製作的樁核組織麵與代型之間間隙，在根管口處，分別為104.31±14.14μm和79.33±9.69μm，二者比較有顯著性差異，P<0.01;在根管中部，分別為83.91±12.86μm和80.68±10.74μm，二者比較無顯著性差異，P>0.05;在根管底部，分別為108.51±13.61μm和82.05±11.46μm，二者比較有顯著性差異，P<0.01。因此，3D打印技術製作個體化樁核優於臨床常規鑄造樁核，有良好的適應性。陳光霞等通過傳統方法取模並製作模型，經過計算機掃描係統采集數據後，計算機輔助設計並采用3D打印技術打印出了個性化可摘局部義齒支架。
通過精確測量分析後得出該打印成品的尺寸精度可達到±0.172mm。表麵粗糙度可達到±4.11-12.02μm。通過這種方法簡化了工序，且縮短了製作時間，節約生產材料，同時提高了生產精度。因此，利用3D打印技術製作可摘局部義齒支架是臨床的必然趨勢。王曉波等用純鈦粉、LRF-855激光快速成型係統及UG-NX2三維設計軟件已設計製作出純鈦全冠。利用牙體缺損的數據，根據一般全冠修複的要求，利用LRF-855激光快速成型係統及UG-NX2三維設計軟件來完成3D打印純鈦全冠。
由於光固化立體成型是一種層層疊加增材製造技術，因此最終的成品幾何性能受到每一層熔覆寬度和高度的影響，從而影響打印精度，因此打印時要設置好機器的參數。由於打印過程中采用的CO2激光發生器功率問題，使得打印過程中的單道寬度在1.3mm，單層高度在0.28mm左右，此參數不能滿足修複體製作要求，實驗最終得到的純鈦冠的高度及寬度要大於實際設計要求的數值。這個實驗說明在3D打印過程中，還存在著很多的不足，主要涉及打印設備，打印設計的問題，所以將3D打印技術應用在臨床，還有較多的難處需克服。
佟岱等利用上頜骨缺損患者12例，采集患者缺損區的三維數據，經計算機輔助設計軟件處理後，得到修複方案，利用3D打印技術得到缺損部位的樹脂模型，接著利用得到的樹脂模型製作個性化阻塞器，然後用磁件附著體連接可摘局部義齒和個性化的阻塞器。分析這12個病例的結果得出結論：由於阻塞器和可摘局部義齒是分次戴入患者的口內的，兩者就位情況、固位、穩定等臨床效果均較好，說明利用3D打印技術技術製取上頜骨缺損部位的模型是一種可行的方法;另外，這個過程結合了傳統製作過程和新型3D打印技術，使得製作贗複體的過程簡化，且在獲得同樣性能或更高性能前提下，可節約金屬材料，過去由於減材製造過程中產生大量難以再利用的廢屑，3D打印可提高利用率至60-95%，完成高性能低投入成形修複。利用掃描儀掃描超硬石膏模型，得到三維數據，使用CAD軟件進行全口義齒的基托設計：包括填倒凹，網狀支架，基托的伸展範圍，組織終止線，組織終止點，支撐杆，將三維數據輸送入義齒修複體打印機進行打印，完成全口上頜基托蠟型的製作。
5.3在種植修複中的應用
3D打印技術通過獲取的缺牙區的三維數據，實現骨支持、黏膜支持以及牙支持三種水平的種植手術術中導板，使得種植體的植入更為精確。Hakan等做的一項臨床試驗證明，雖然應用黏膜支持導板技術可給醫師帶來操作上的便利及給患者減去手術過程帶來的痛苦，但是由於術程視野受到影響，所以Hakan等通過CAD軟件和Aytasarim係統軟件最終得出結論，通過黏膜支持導板植入的種植體在牙冠部的偏差與設計的理想位置有平均1.12mm的差距，在根尖部的偏差與設計的理想位置有平均1.21mm的差距，在垂直方向的偏差與設計的理想位置有平均1.42mm的差距，種植體與理性的位置重疊後越能產生平均約為4.71度的偏差，這些偏差可能最終導致種植手術的失敗，並最終得出結論，黏膜支持導板技術需要進一步的理論及技術支持。
此外，利用3D打印技術還可製作除了成品種植體之外的個性化的種植體，通過CT、MRI掃描或激光數字化掃描，運用3D打印技術可加工出多種價格合理、更加精確、適合患者個性化頜骨解剖情況的種植體，這項技術若成熟應用後可大大減小手術難度，並可縮短手術的時間。
5.4正畸治療中的應用
目前研究較熱門的是利用3D打印製作隱形矯治器，通過3D打印獲得更高精度的透明塑料矯治器，這不僅擺脫了傳統治療過程中的更換矯正弓絲的繁瑣步驟，且實現了計算機輔助設計並製作矯治器的過程，使正畸治療更方便高效;通過錐形束CT(CBCT)掃描儀和牙頜模型掃描儀獲得牙齒數據，在CAD軟件上設計個性化舌側托槽，然後采用SLM技術打印與患者牙齒的舌側麵精密吻合的舌側托槽，再通過轉換托盤直接將托槽粘接在預先設計的位置上，該技術可以消除傳統舌側托槽需要依賴粘接劑厚度補償的弊端。
在正畸治療的過程中，模型的製作、製取、保存起著診斷及治療的關鍵作用，但在正畸治療過程中，由於患者口內帶有矯治器，所以使用傳統的模型製取技術得到的石膏模型精度很難達到要求，以3D打印為基礎的數字模型能很好的解決這個難題，結合3D打印技術打印出的實體模型精確度可達到很高的水平，Joshua等通過對10例二類錯頜畸形患者模型進行3D打印出模型並對比其與普通石膏模型之間的精確度發現，3D打印模型因其可操作性、價格、精確度可取代傳統石膏模型在正畸治療中的應用，其精確度和傳統模型之間的差異小於0.5mm。另外，在治療OSHAS(阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征)患者過程中結合3D打印技術，利用三維頭模設計可模擬牽引成骨術中截骨的位置及牽引器的安放，避免了重要解剖結構的損傷;若配合應用3D打印的個體化模板引導，則可以提高下頜骨牽引成骨術截骨及牽引器安放的精確性，縮短手術時間，降低手術難度及風險。
5.5在牙體牙髓病、牙周病治療中的應用
3D打印技術在牙體牙髓病、牙周病治療過程中的價值現階段並不能直接體現，可通過三維影像重建根管係統的形態，並運用3D打印技術將重建的模型實體化，模擬根管治療，指導臨床操作，並可應用於牙體牙髓治療的教學。另外，利用3D打印技術可打印出承載具有引導牙周組織再生的材料，進而實現牙周組織再生，但由於技術3D打印技術和牙周再生技術當前階段均未完全成熟，現階段這一技術仍處於研究階段。
將3D打印應用於口腔頜麵治療的製作過程，主要涉及三個重要環節：打印設備、數字建模設計軟件及打印材料。目前，打印設備、設計軟件技術已經基本具有可行性，打印材料由於製備困難，且國內大部分應用於打印的材料都依賴進口，所以材料創新是降低3D打印難度、實現3D打印的關鍵技術。如果能克服材料問題對3D打印的挑戰，能促進3D打印成功的速度。材料的改革將給3D打印帶來大的突破與進展，如將矽和氧化鋅摻雜在的利用3D打印成型的磷酸三鈣生物工程支架的打印粉末中，可增加其機械強度，並可促進支架的促進骨組織再生能力。
將生物細胞融入3D打印材料，利用人牙髓細胞共混物三維生物來打印的技術，為三維生物打印技術應用於牙再生奠基礎，同時，可為直接打印人體組織器官提供進一步的研究方向。3D打印技術對於口腔頜麵的治療是一種革命性的變革，是口頜麵疾病常規治療方法之外的又一選擇。盡管該技術在口頜麵治療中的應用還較少，且3D設備價格高昂，難以實現普通醫院及門診常規配備，但隨著人們廣泛關注和深入研究，相信3D打印對於未來口腔醫學的發展將起到更為重要的作用，成為口腔數字化製造技術的主流。
來源：口腔頜麵修複學雜誌2016年5月第17卷第3期
