3D打印技术在医疗器械中的应用

3D打印是一种计算机控制，基于数字模型文件，通过计算机辅助设计或断层扫描数据，按照逐层叠加的原理，通过打印材料构建出三维立体精细的模型，近年来，3D打印技术发展迅速，在传统医药行业市场中，工厂批量生产的生物材料不能满足病人需求，新生3D打印技术具有个性化、小批量和高精度等优势，可以解决健康产业个性化需求与生产规模之间的矛盾。目前，3D个性打印已在牙科、骨科等领域得到应用。

3D打印的分类

1、光固化立体印刷（SLA）

简称光造型术，是目前最广泛的3D打印工艺。通过液体光敏聚合物经紫外照射处理来描绘物体，从而达到建模的目的。在光固化材料中低聚物是最基础的材料，包括聚富马酸二羟丙酯（PPF）、脂肪族聚酯、聚碳酸酯以及蛋白质、多糖等天然高分子。为了降低系统的黏度，避免由于喷嘴的高黏度导致堵塞，需要在反应体系中加入双键的小分子溶剂，即稀释剂。稀释剂可以参与整个固化反应，在光敏树脂体系中十分重要。SLA具有成型速度快、精度高的特点，但也存在制作成本较高、清洗杂质时可能会影响原形状等缺点。

2、熔融沉积成型（FDM）

也被称为熔融堆积法。选用热熔喷头，将半流动状态的材料在指定的位置凝集，逐层堆积后形成器件。该工艺主要选用热塑性材料，包括石蜡、塑料、尼龙丝和低熔点金属、陶瓷等。该方法适用于制备中小型规模（中等复杂度）零件，不适合制造大型零件。

3、选择性激光烧结（SLS）

即利用红外激光束烧结粉末。具有加工速度快的优点，但是成型产品表面较粗糙，处理过程中会产生粉尘或毒气，高温也会造成一部分材料变性或降解。

3D打印技术在医疗器械领域的应用

1、构建个体化3D模型，模拟或指导手术过程

传统手术治疗的医学模式主要是通过X射线等影像学检查获得的二维数据，根据医生的经验确定手术方案，不能满足个体化需求。3D打印可对复杂几何形状物体建模，并与已有的二维数据相结合，得到科学准确的病人病变部位模型，为医生手术治疗提供精准指导。

2、3D打印人工骨支架

骨组织主要由米羟基磷灰石和胶原组成，成分简单，构建骨组织工程得到了广泛关注，并取得飞速发展。传统的支架技术，不能在微观上对支架的孔径进行调控，而3D打印技术可以模仿天然骨复杂多孔的结构，使构建精细骨组织支架成为了可能。

3、3D打印人工器官和血管

相比较传统的人造器官，3D生物打印制造的器官更容易被人体接受，可降解，并且可以代替损伤的器官。但如何保持组织工程里细胞的活性也是目前器官打印的难点。

4、软骨组织工程方面的应用

软骨组织是由胶原、一部分细胞以及水份组成。由于软骨组织中软骨细胞的代谢活性较低，且无血管分布，所以软骨组织损伤后自我修复能力有限。虽然，目前软骨组织工程仍处在实验阶段，距离有效临床应用尚有距离，但其发展速度和临床应用前景已被广泛关注。

小结

3D打印技术在满足个体独特性方面具有其他技术无法竞争的优势，如结合种子细胞形成骨科支架材料，修复骨缺损；为新型器官移植提供了技术保障；辅助构建软骨组织，满足临床上软骨再造手术的精细化要求。

但打印材料的种类依然有限，是阻碍3D打印技术的主要瓶颈。目前可用的材料主要有塑料、树脂和金属等；而且现有的3D打印设备，只能打印中小尺寸物件，并且精密度随着物件的增大而降低。