3D打印钛及钛合金医疗器械的优势及临床应用研究

引言

随着口腔医学技术的进步和发展，传统的牙科治疗手段已无法满足临床需求，而 3D 打印技术的出现为口腔医学提供了新的发展思路，其具有以下优势：①满足个性化医疗需求，通过 3D 打印可以获得精确的个性化牙模，使患者得到更好的治疗效果；②可将复杂结构进行分解，使之变为简单、易加工、易保存的产品，使患者获得更好的体验；③通过 3D 打印可以对材料进行精确加工和优化，以实现复杂结构在更短时间内制作完成，从而缩短生产周期。然而，3D 打印技术仍存在一些局限性：①打印精度较低；②对材料性能

要求较高；③对于复杂结构的打印往往无法实现。

基于以上问题，本研究采用 3D 打印技术打印钛及钛合金医疗器械，并将其应用于口腔医学中。经过临床观察和对比发现：3D 打印钛及钛合金医疗器械与传统金属医疗器械相比具有以下特点：①生产效率高、周期短、成本低；②材料密度小，生物相容性好，无明显的过敏反应；③与其他金属相比，抗腐蚀性能好。

此外，本研究还对 3D 打印钛及钛合金医疗器械在口腔医学中的应用效果进行了观察和对比研究。综上可知：3D 打印钛及钛合金医疗器械具有较高的临床价值和广阔的发展前景，为口腔疾病治疗提供了新方法和思路。

1 、3D 打印技术的发展

自 20 世纪 50 年代以来，随着计算机技术、材料科学等领域的快速发展，3D 打印技术也不断得到改进和完善，使其在多个领域得到广泛应用。目前，3D 打印技术主要用于医疗器械的制作，并可以根据不同需求进行个性化设计。

快速成型技术（rapid process）是一种通过逐层堆积成形的方法，常用于制造复杂的零件。传统制造工艺的复杂性和成本相对较高，因此 3D 打印技术在很大程度上弥补了传统制造工艺的不足。快速成型技术主要分为 3 种类型：

（1）选择性激光烧结（Selective laser basedmelting, SLA）：通过激光扫描后选择性地将金属粉末烧结成实体，但由于其工艺复杂，制备周期长，不适合用于小批量生产。

（2）熔融沉积（Fused deposition）：将熔融金属通过喷嘴喷出到承印物表面后进行冷却凝固成型；打印时，金属粉末被加热至熔融状态，并在喷嘴处挤出，通过逐层堆积的方式形成实体。

（3）选择性激光烧结（Selective laser basedsmelting, SLS）：通过逐层激光扫描将粉末状金属加热至熔融状态并进行冷却凝固成型。

数字光处理技术（Digital Light Processing, DLP）是一种将光固化技术与数字控制相结合的 3D 打印技术。

光敏树脂固化后的固化程度、光学特性和机械性能都可通过调节光强和波长来控制。DLP 技术被广泛应用于医疗领域。常用的 3D 打印材料包括：聚酯（Polyester）、聚酰胺（Polyamide）、聚乙烯（Polyethylene）、聚丙烯（Polypropylene）等。

金属打印技术（Metal printing technology）是一种将金属粉末和其他材料通过逐层堆积的方式制备成实体的方法。金属打印技术在医疗领域的应用主要集中在牙齿修复和骨骼成形两个方面。

2、 口腔疾病的治疗

钛及钛合金作为一种新型的金属材料，在口腔医学领域中具有广阔的应用前景。采用 3D 打印技术制作的义齿，不仅具有良好的力学性能、抗腐蚀性和生物相容性等优点，而且还能够制作出与人体牙齿相似的外观和功能，极大地满足了患者个性化需求，使得义齿更加舒适美观。

3D 打印义齿在临床上的应用主要是针对牙齿缺失、牙列不齐、口腔颌面部畸形等问题进行修复。随着 3D打印技术的不断发展，其在义齿制作中也取得了突破性进展，目前已能实现钛及钛合金义齿制作的全自动化生产，大大提高了生产效率。3D 打印技术还能够将不同形状和大小的义齿进行快速、精准制作，为患者提供更加优质、高效的服务。

综上所述，3D 打印技术在口腔医学中的应用研究已取得了一定进展，但仍存在一些问题。目前 3D 打印钛及钛合金医疗器械在口腔医学中的应用主要集中于制作固定义齿、活动义齿等方面。但随着对其研究的深入和对其材料、结构、性能等方面的不断改进，其在口腔医学中必将发挥出更大的作用。

2.1 固定义齿

固定义齿是指利用基托、固位体、牙槽骨以及粘膜等作为支撑结构，利用金属或陶瓷等修复体与天然牙列的缺失，并进行固位的全口义齿。传统义齿制作方法包括模压法、铸造法以及金属铸造等，其缺点在于制作时间长，效率低，并且不易与天然牙列进行美学融合。随着 3D 打印技术的发展，其在固定义齿制作中的应用日益广泛。3D 打印技术不仅可以使义齿实现快速制造，还可以根据患者牙槽骨的高度、宽度以及解剖结构等制作出适合患者需求的义齿。李少玉等在进行 3D 打印固定义齿后，进行了临床治疗效果研究，发现 3D 打印固定义齿治疗后患者牙槽骨吸收量与传统修复方式相比较小，并且对患者口腔颌面部美观无影响。目前 3D 打印固定义齿已广泛应用于临床中，其治疗效果良好，为口腔医学领域发展提供了新思路。但由于其在制作过程中需要对牙体进行加工处理，且由于制作材料的不同，使得其临床应用效果存在差异。

因此对于 3D 打印固定义齿的临床应用还需进一步深入研究。

2.2 活动义齿

在义齿修复中，活动义齿是一种常见的修复方式。

通过固定、可摘、活动等多种方式，可以解决牙齿缺失的问题，恢复患者咀嚼功能和美观。由于活动义齿属于定制类修复，无法通过传统方法进行精确制作，因此常常需要采用 3D 打印技术进行个性化制作。在义齿制作中，3D 打印技术主要用于个性化定制以及个性化义齿的制作。在种植牙领域，3D 打印技术已经可以实现人工牙、种植体的快速精准制作。同时，通过 3D打印技术制作的人工牙，其形态和功能与天然牙非常接近。3D 打印义齿可以实现精确的三维复制，使患者获得更好的使用体验。在固定义齿修复领域中，3D 打印技术也发挥了重要作用。

一些研究发现，采用 3D 打印技术制作的可摘局部义齿相比传统义齿更舒适、更美观、更稳定。因此在固定义齿修复中采用 3D 打印技术可大大提高义齿修复效果和患者满意度。

近年来，随着计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）技术的不断发展及 3D 打印技术在临床中的应用，使得活动义齿也能够采用 3D 打印技术进行精准定制。目前 3D 打印技术已被广泛应用于金属铸模内冠、人工牙、种植体的制作中。这不仅大大提高了活动义齿修复效率，而且使患者获得更加舒适美观的义齿。

2.3 种植义齿

目前 3D 打印钛及钛合金义齿已广泛应用于临床。

在口腔种植领域，3D 打印钛及钛合金种植体的临床应用主要体现在以下两个方面：（1）制作多颗牙缺失的种植体，以恢复缺失牙的咀嚼功能；（2）制作多颗牙缺失的全口无牙颌的种植体，以恢复患者的美观和功能。

3D 打印钛及钛合金种植体具有良好的生物相容性和力学性能，可以很好地与骨组织融合，较传统钛材具有更好的骨结合强度。而其在口腔外科手术中应用，不仅能够提升手术效率，而且还可以减少并发症和后遗症的发生。在口腔科领域中，3D 打印钛及钛合金种植体可以制作出各种形状、大小、功能多样的种植体，以满足不同患者的需求。3D 打印义齿在牙槽嵴吸收、龋病、牙体牙髓病和牙周病等方面也具有良好的治疗效果。但是由于其价格昂贵、操作复杂等因素，目前尚未在口腔科领域中得到广泛应用。

随着 3D 打印技术不断发展和成熟，其在口腔科领域中将会发挥出更大的作用。但目前 3D 打印义齿仍然存在一些问题和挑战，如打印材料和工艺不够成熟、3D 打印义齿的稳定性不强、价格较高等，这些都有待于进一步研究。

3、 3D 打印钛及钛合金医疗器械在口腔临床中的应用

正畸固定矫治器是指利用各种方法（包括活动矫治器）固定牙及牙列某一部分，以恢复患者咬合关系、功能和美观的一种治疗方法。采用 3D 打印技术可实现复杂形态的个性化定制，同时能够降低对患者的痛苦。目前，随着技术的发展，3D 打印固定矫治器逐渐应用于临床，并取得了较好的效果。戴丽莉等采用 3D 打印技术制作了一种可摘局部矫治器，用于治疗前牙列拥挤、后牙列前突、个别牙反牙合、深覆合等。该研究采用数字化制作软件将 3D 打印钛及钛合金材料制作成一个金属框架，用于固定矫治器和牙列。结果表明，

该材料制作的固定矫治器能有效控制前牙倾斜度，并能防止后牙反合。因此，该研究表明 3D 打印钛及钛合金材料可用于正畸固定矫治器的制作。

种植修复是一种将人工材料植入牙槽骨内以重建牙槽骨结构、恢复牙列完整性和咬合关系的修复方法。采用 3D 打印技术可以快速而精确地打印出三维模型，并利用该模型来辅助种植体植入手术，可以极大地提高手术效率和成功率。王倩等通过 3D 打印技术打印出可用于种植手术的三维模型，并将其与 3D 打印钛及钛合金材料制作的种植体植入患者口腔内进行对照研究。

结果表明：3D 打印钛及钛合金材料制作的种植体与传统种植体相比具有更好的固位力，并且种植体与患者口腔内骨组织结合更加紧密。由此可见，采用 3D 打印技术能够为患者提供更好的修复效果和安全性。

假牙修复是利用义齿制作技术将义齿材料经数字化加工后制成，然后通过义齿修复技术将义齿修复到患者口腔内。与传统义齿相比，3D 打印钛及钛合金材料制作的假牙更能满足患者的要求。结果表明：3D 打印钛及钛合金材料制作的可摘局部矫治器与传统义齿相比具有更好的固位力、更强的稳定性、更高的稳定性和更好的生物相容性。因此，3D 打印钛及钛合金材料制作的可摘局部矫治器作为一种新方法能提高义齿修复质量和临床效果。

牙齿美白是通过对患者进行定期洁牙、刮治等措施将牙齿上堆积的色素沉积去除，从而使牙齿变得洁白如新。传统美白方法需要将患者带离原来生活环境和工作场所，在一定程度上存在一定安全隐患。而采用 3D 打印技术制作的牙贴面、全瓷冠等可实现牙齿美白等功能，还可以通过 3D 打印技术进行个性化定制。

由此可见，3D 打印技术在牙齿美白方面具有良好的应用前景和发展潜力。未来还需进一步完善和改进 3D 打印技术在牙齿美白中的应用。

4 、存在问题及展望

虽然 3D 打印技术在口腔医疗中的应用日益广泛，但是目前 3D 打印的医用钛及钛合金材料仍存在一些问题，如材料表面粗糙度较高、生物相容性差、加工精度不高、抗腐蚀性能差等。此外，目前 3D 打印技术打印的医用钛及钛合金材料缺乏统一标准，导致不同厂家、不同品牌的医用钛及钛合金材料存在差异，临床疗效也不尽相同。今后可进一步研究 3D 打印医用钛及钛合金材料表面处理技术，优化表面功能化处理方法；同时研究与开发适用于口腔临床手术要求的、个性化、可调控的医用金属材料；加强医用金属材料与生物相容性材料之间的相容性研究。

4.1 表面功能化处理技术

钛及钛合金是一种优良的生物材料，但因其自身的脆性而限制了在口腔修复中的应用。近年来，研究者们开展了很多研究来改善 3D 打印钛及钛合金医疗器械的性能，其中最具代表性的是表面改性技术，包括化学沉积、电泳沉积、气相沉积、磁控溅射沉积、微弧氧化等。目前，表面改性技术在牙科领域已经得到广泛应用，但由于其是一个较新的研究方向，在口腔种植方面的研究较少。此外，通过表面功能化处理技术，可使金属材料表面性能发生改变。因此，未来可进一步研究表面功能化处理技术，如对钛及钛合金进行化学或物理改性以及微弧氧化等方法制备具有良好生物活性和耐磨耐腐蚀性能的复合涂层。

4.2 个性化、可调控的医用金属材料

因此，研究与开发适用于口腔临床手术要求的、个性化、可调控的医用金属材料，对于提高临床治疗效果具有重要意义。此外，随着 3D 打印技术的发展和成熟，将会出现更多用于个性化、可调控医用金属材料的开发和应用。例如，将 3D 打印技术与个性化定制化、可调控材料相结合，有望开发出适合口腔临床手术要求的、个性化可调控的医用金属材料，以实现更加精确的治疗。这对改善患者术后生活质量具有重要意义。

综上所述，在我国，随着经济水平的不断提升，口腔疾病治疗已经成为了我国居民健康的重点内容。而在传统口腔诊疗中，医生使用的口腔诊疗设备相对较为落后，难以满足现代口腔疾病治疗的要求。因此，3D 打印技术的出现为口腔疾病治疗提供了新的思路和方法。随着我国科技水平的不断提升，3D 打印技术也将会应用于口腔医疗中，有效改善患者的治疗效果。

同时，3D 打印技术也将为患者提供更为人性化、个性化、精准化的诊疗方案，推动我国口腔医疗事业发展。

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基金项目：沧州市重点研发计划自筹项目（213107003）。