杨江 郑玲玲 许松
【摘 要】本文通过对3D打印技术的背景、技术分类及基本原理进行介绍和分析，并阐述了3D打印技术在口腔医学领域的应用和发展状况。该技术与传统的机械加工技术制造存在较大的差异，随着该技术的不断进步和发展，必将在口腔医学、精密制造等领域发挥重要的作用。
【关键词】3D打印技术;口腔医学;应用
引言
随着科学技术与经济的飞速进步和发展，诞生了许多前沿技术，3D打印技术就是其中之一。3D打印技术，亦称“增材制造（Additive Manufacturing）”，是基于数字模型文件，通过借助于信息技术、精密机械来完成制造和加工，从而满足工业的需求。
3D打印的主要过程如下：通过计算机辅助设计软件建立目标物体的三维模型，并对目标模型进行分层设计，再将其模型输入值打印设备中，通过一层一层的叠加，实现了现实三维的“打印”。该打印技术与传统的机械加工技术有着显著的区别，传统的机械加工技术，属于冷加工，主要采用切削的方式制造出于图纸一致的零件，对于复杂的零部件存在一定的局限性，而3D打印技术可以有效的避免这个缺陷，尤其是难以加工或者复杂的零件，3D打印技术的先进性就可以凸显出来，此技术能够广泛地应用于医疗、智能生活，精密仪器等行业。
1. 3D打印技术的基本概述
1.1 3D打印技术的概述
3D打印的成型方式有很多，例如分层实体制造（LOM）、聚合物喷射成型（Po1y Jet）、立体光国化成型（SLA）等等。根据不同的需求选择相应的成型方式，以此能够达到明显的效果和目的。
对于3D打印的材料选择也有很多种，例如：粉末材料、块体材料、液态材料和丝状材料;而材料可以有金属和非金属以及高分子等材料，同样也是根据不同的行业需求，应用的场所来选择合适的材料。
1.2 3D打印的基本原理
3D打印的过程可以分为数据采集、数据处理和3D打印等步骤，具体每一个步骤分析如下：
（1）数据采集
对于目标物体的打印，首选需要对三维物体的数据进行采集，采集的方式有很多，主要有软件设计、光学扫描、机械式扫描和放射学扫描等多种方法，通过软件对实际物体的模型进行采集，包括物体的尺寸、方位、形状等特征。其中，光学扫描的方法是利用三维激光扫描、投影光栅测量等方式对实际物体进行扫描，对于简单的三维物体具有较高的扫描速率和较好的精度，但是对于复杂的三维物体，由于投影区域存在一定的重合，使其激光扫描仪采集数据时存在一定的盲区，从而导致扫描数据存在较大的偏差，因此该方法一般适用于模型相对简单的物体。机械式扫描是根据机械探针来获取物体所占空间的大小，随着机械探针的自由度增加，达到三维物体盲区的减小，该方法扫描精度高，但是扫描速率较低，价格成本也偏高，主要在复杂的模型中应用。
在医学口腔领域中，随着计算机技术的不断进步，通过断层扫描和核磁共振技术开始在医学中应用，使得3D打印技术越来越先进，准确度也越来越高，尤其是放射学诊断技术，能够得到高分辨率的三维图像数据，使得在数秒内就可以获得理想的三维数据。
（2）数据处理
通过第一步获取的三维数据直接导入至三维重建软件，达到重建三维物体的真实效果，整个过程都需要依靠高性能的计算机来处理数据。不妨以CT扫描出来的数据为例进行说明，将CT扫描的DICOM格式的数据导入软件Mimics中，此时软件读取DICOM格式的数据，通过设置不同密度组织的阈值，构建出形态曲面，达到重建真实物体的三维模型。
与此同时，将处理的数据保存为STL格式，处理之后即为真实物体的三角形的“碎片”，处理的数据越多得到三角形“碎片”越多，如果每块三角形“碎片”越小，将使得重建模型越精细，图形越平滑的拼接出来，将所有的数据处理完成后，将其碎片在三维重建模型中进行拼接，验证其是否与实际物体一直，如果正确，可以将其打印出来。
（3）3D打印
3D打印是将采集的数据经过多次处理后，从而进行打印。其打印实体模型，属于快速成型技术。关于3D打印的制造方法可以分为很多种，例如：光固化成型、选择性激光烧结、熔融沉积成型、分层实体制造和喷墨打印技术等。
其中，光固化成型是使用光聚合物通过紫外激光照射来固化;选择性激光烧结是用小颗粒的热塑性材料粉末用高功率激光来融合;熔融沉积成型是喷出熔融的热塑性材料或共晶金属粉末，立即使其凝固;分层实体制造是使用胶水把纸张或塑料膜粘在一起，然后用激光塑形。
2. 3D打印技术在口腔医学中的应用与发展
3D打印技术在口腔医学中可以用于打印颌面缺损部位修复体、手术个性化导板、手术固定装置等。3D打印技术可以将复杂的金属零件进行制造和加工，再将其植入硬组织中，达到非常理想的效果，例如：口腔颌面部的缺损，可以通过3D打印技术将颌骨、下颌骨、眼眶骨、鼻骨、耳骨等实际物体进行打印，与真实物体接近等。具体可以在口腔修复、口腔种植、口腔正畸等方面得到极大的应用，现将各个部分进行阐述如下：
（1）3D打印技术在口腔修复领域的应用与发展
3D打印技术在口腔修复中主要是制造不同的修复体，通过选择理想的材料去制造接近真实物体的修复体，从而满足人们口腔的需求。该方式与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）技術有着巨大的不同，CAD/CAM主要是以材料的切削达到真实物体的效果，这种方式会浪费材料，对加工的精度要求较高，成本也比较昂贵。而3D打印是在计算机软件对真实物体的扫描，对数据经过多次的处理，达到修复体的目的，可以对复杂、批量的修复体进行制造和加工。
（2）3D打印技术在口腔种植领域的应用与发展
3D打印技术在口腔种植领域中可用于种植外科导板的制作，具有操作简便、定位精准等优点。口腔的种植牙也可以通过3D打印技术来进行生产和制造，种植牙是指以植入骨组织的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式，为了进一步提高种植牙的尺寸、植入位置和角度，就不得不将制造的精度做出一定的要求。而3D打印刚好可以满足这一需求，能够打印出具有个性化设计特征的种植导板。
（3）3D打印技术在口腔正畸领域的应用与发展
3D打印技术在口腔正畸领域中可用于打印个性化舌侧托槽。由于口腔的发育受着外界条件的限制和制约，会存在畸形的生产，此时需要正畸治疗，也就是依靠各种矫正装置来调整面部骨骼、牙齿以及颌面部的神经及肌肉之间的协调性，最终使患者的口颌系统平衡、稳定和美观。因此对于3D技术的出现，能够有效地制造出科学合理的修复体，达到矫正的目的。
3.总结
随着3D打印技术的进步和发展，后期不仅仅可以用医学，在精密仪器、特種零部件上也可以应用，制造个性化、特殊化的产品，最大限度地发挥材料的特性。该技术具有方便、快捷、原材料利用率高，能够满足复杂的个性化要求，并快速制作出成品。
参考文献：
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基金项目：
重庆市科学技术局新型高端研发机构专项[CSTC2018（C）XXYFJG0004]
作者简介：
杨江，男，1985-06-08，贵州，苗族，本科，中级工程师，研究方向：3D打印医疗器械研发。
郑玲玲，女，1997-03-25，重庆，汉，本科，初级工程师，研究方向：3D打印医疗器械研发。
许松，男，1976-10-03，江苏，汉，硕士，中级工程师，研究方向：数字化设计与拓扑优化。
（作者单位：重庆工港致慧增材制造技术研究院有限公司）
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