3D打印在医疗器械领域的应用分析

张芹芹

摘 要：3D打印技术的诞生，实现了制造流程的创新，打破了传统产业链的运行模式，推进全球制造业经济发生新的变革。随着信息技术、数控技术、生物技术等的迅猛发展，以及多学科之间的密切配合，3D打印技术的开发与应用逐渐受到整个社会的高度重视。为推进医疗行业的发展进步，加大力度探讨3D打印在该领域的实际应用，具有一定现实意义。

关键词：3D打印；医疗器械；应用

随着现代科学技术的不断进步，一种新型制造技术-3D打印技术得以形成，并且以其自身多样化的成型技术，在航空航天、能源油气、医疗生物以及高端珠宝等领域内发挥着重要的作用。一下就3D打印在医疗器械领域内的应用情况开展具体分析。

1 3D打印及生物打印技术简介

所谓3D打印，即人们常提到的“快速成型技术”，该项技术是基于材料堆积法之上所形成的一种创新型制造技术，与传统去除材料加工技术相比，更具独特性。就其原理来看，主要是以三维CAD数据为支持，在快速成型机的作用下将材料堆积成实体，从而实现快速成型。在不同的系统条件下，3D打印原理一致，但所应用的成型材料、成型原理以及系统状态存在一定差异，可以将其看作是立体化的打印机。

在3D打印中，生物3D打印是比較先进的技术形式，广泛应用于细胞打印、组织器官打印、手术器械打印等，其中，手术器械打印相对成熟，而活体组织打印的难度较大，需要保证结构的生物活性。但随着科学技术的发展，基于高分辨率纳米打印技术的基础上，DNA打印得以开发，若能够实现DNA芯片的大批次生产，势必能够为癌症、遗传性疾病以及肝炎等的诊断和预防提供可靠的依据，为医学的发展做出不可磨灭的贡献。

2 3D打印在医疗器械领域的应用现状

3D打印以其自身精准度高、个性化和复杂成型等特点，受到医疗器械领域的高度关注，甚至与医疗器械一次性、量身定做等要求相符合，因而3D打印的出现，在医疗器械领域内引发了一场革命，个性化手术工具则是3D打印在医疗器械领域得以应用的最鲜明特征。

个性化手术工具以手术导板为典型代表，常见的关节类导板、脊柱导板等，与此同时，导向定位导板的之多，能够促进放射剂量分布不均等问题，对于医学上肿瘤残留和疾病复发等问题的克服具有重要意义。基于的3D打印的个性化手术工具能够在一定程度上简化手术操作，实现精确化控制，在提高手术效率以及减少患者感染与并发症几率方面具有重要优势，受到医疗领域的广泛关注。

就个性化的植入物来看，3D打印个性化的骨科植入物假体是目前3D打印技术在医学领域中最成功技术之一。在骨外科中，骨病损状态是形式多样、千差万别的，因此用于骨缺损修复的植入物也只能是个体化的，必须“量体裁衣，度身定做”。3D打印除了用于骨科，在整复外科、口腔科、眼科也能发挥出独特的作用。2011年比利时和荷兰的科学家成功为一个83岁的女性植入了3D打印的下颌骨，该人工下颌骨仅比生理下颌骨重30克，手术历时4小时，比传统的手术节约近16小时，且患者功能恢复良好。Hasselt大学预计，在未来，为患者量身定制的各种植入物将被广泛使用。在不远的未来，定制化植入物将成为常态。

就可视化手术规划来看，良好的术前策划是手术成功的关键，特别对于风险较大的手术，或新开展的手术，抑或诊断尚不十分清晰的手术，术前策划尤为重要。3D打印为术前策划提供了比CT、核磁等更为直观的手段，方便医师进行术前手术模拟和手术策划。可视化手术规划不仅方便术前会诊，利于选择最佳手术方案，而且还为年轻医生的培训提供了直观有效的手段。

就活体人造器官打印来看，3D打印可应用到的领域非常广阔，而活体人造器官的3D打印已经超出了大多数人的想象。美国康奈尔大学3D打印出一种人造耳，可以植入牛的身体，与牛的细胞结合在一起；英国普林斯顿大学科学家已经成功制造出能够接收无线电波的仿生耳，未来的仿生耳有望能够听到真正的声音；英国爱丁堡赫瑞-瓦特大学专家研发出的3D打印技术，可以用胚胎干细胞，并成功制造出首个3D打印微型人体肝脏。具有生命特征的活性人造器官的3D打印的发展有赖于生物材料、干细胞、组织培养等多学科的科技突破，目前的成果表明在不远的将来急需器官移植的的病人有可能轻易获得肝脏、心脏和其他器官；人类这一期待已久的技术突破已经不是遥不可及了。

3 3D打印应用于医疗器械领域所面临的挑战

3D打印自身具有准确、高效的优势，以其独特的制造能力满足了医疗器械领域的个性化需求，为人工组织器官制造以及人工假体等方面的制造创造了有利条件。但就3D打印在医疗器械领域的实际应用情况来看，仍面临着诸多挑战。

第一，材料研发难度较大。3D打印的原材料具有一定特殊性，不仅能够实现液化、丝化和粉末化，还应当能够实现重新结合，以满足3D打印的诸多要求，保证医疗器械制造的精准度与有效性。以金属粉末为例，粒度分布、松装密度、流动性等都是影响3D打印效果的重要因素。而对于活体器官来说，所选用的材料应当有助于维持细胞活性与功能，以满足医学需求，降低各类风险的发生。由此可知，3D打印在医疗器械领域的应用面临着严峻形势，尤其是材料研发难度大，3D打印开发具有一定特殊性。

第二，应用成本较高。3D打印设备本身造价相对昂贵，日常维护费用偏高；3D打印机的研制还需要围绕材料的特殊要求进行；目前3D打印材料大多由快速成型设备厂家直接提供，尚未实现第三方供应材料的模式，从而，再一次推高了原材料的价格，给3D打印的进一步普及应用带来了困难。

第三，精度、效率方面还不尽人意。3D打印的精度受到材料、工艺、设备能力等多方面限制，难以实现高精度零部件直接面向产品的制造，仍需要后期其它加工模式的补充与配合；打印精度与速度之间存在严重冲突。因此，如何在保证产品的表面质量、力学和物理性能的基础上，实现快速制造是设备开发商应解决的问题。

第四，多种不同特性和不同功能材料的复合打印技术有待突破，特别是在医疗3D打印方面这一需求是显而易见的，例如金属与陶瓷的复合打印、金属或陶瓷与高分子材料的复合打印，软硬组织的复合打印，不同功能的活性组织在细胞级别的打印组装等等，相信这些近似科学幻想的追求在不远的将来都将有实现的可能。

4 结束语

总而言之，信息技术、数控技术以及材料技术等的发展进步，为制造领域的发展奠定了坚实的基础，3D打印在医疗器械领域的应用也更为广泛，尤其是该项技术在应用效率、成本控制和精准度等方面的不断完善，3D打印势必能够在医疗器械领域内开创新的局面。

参考文献：

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