3D打印技术在医学领域的应用

132013北华大学(吉林省吉林市)

1993年，美国麻省理工学院的Scans EM和Cima MJ等人对3D打印技术申请了专利，真正确立了3D打印技术[1]。经过近30年的发展，3D打印技术迅速发展，在消费电子、航空以及汽车制造等行业，3D打印技术能够以较低的成本和较高的效率完成复杂而精细的造型。近几年3D打印在医学领域得到了越来越多的关注[2，3]，例如医疗模型、康复辅具、假肢等[4，5]。

3D打印技术的原理和概念

3D打印技术的概念：3D打印技术不同于传统的加工工艺，是以数字化、智能化制造与材料科学相结合为核心的一种快速型技术，是一种与传统的材料去除加工方法相反并基于三维数字模型的技术。3D打印主要是通过计算机的控制，采用分层加工和层层叠加的方式来制造产品，是一种一次打印成型的技术。

3D打印技术的原理：3D打印技术首先要设计和构思需要产品的三维图纸，并制作出所对应的三维数据模型，随后将这些转换为3D打印机可以识别的数据，再导入到准用的打印机之中，之后通过粉末状的金属或者塑料等一些可黏合材料作为原料，通过反复交替、叠加成型的方式将产品准确地一次打印成型。

3D打印面对传统加工工艺的优势和劣势

3D打印的优势：3D打印所使用的原料和传统的加工工艺不同，使用的是粉末状的金属和塑料等一些可黏合材料作为原料，所以在生产中不会产生废弃的边角材料，很大程度上节省了原材料。3D打印几乎可以制作出所有可以在计算机中设计出来的产品，所以在制作的类型和种类上，大大超越了传统的加工工艺。3D打印在制作产品的精细程度和制作速度上也远远超过传统的加工工艺，3D打印技术只要计算机中有需要制作产品的设计图，就可以通过专业的打印机数小时内将产品制作出来，而且精细程度也比传统的加工工艺要高上不少。

3D打印的劣势：虽然3D打印技术制作的大多数产品的精细程度都比传统的加工工艺要高，但是由于3D打印技术对产品的制作原材料有很大的局限性，所以有一些需要用特殊材料制作的产品无法通过3D打印技术制作出来。虽然理论上计算机上能设计出来的物品3D打印技术都能打印出来，但是一些如军事、航空、汽车等需要的大型的零部件以现在的3D打印技术还不能够完成制作。所以面对传统的加工工艺，3D打印技术制作产品的范围可以说是最大的短板。

3D打印技术在医学领域的应用

3D打印技术在医学模型方面的应用：随着3D打印技术的发展和逐渐完善，医学领域也开始引进这种技术，尤其是医学模型的制造。医学模型在医学领域中的医生教学和临床试验等方面的使用量大、用途广泛，是医学领域中相当重要的医学用具。医学模型复杂多样，不同的年龄、性别等特征都会使得其的医学模型不同，使用传统加工工艺方法制造的医学模型原料多为石膏等材料，很容易在临床试验和日常的医学活动中受到损坏。而使用了3D打印技术制造医学模型和模具，使用的是塑料和粉末状金属等可黏性材料，会很大程度上提升医学模型的质量和抗损坏程度，还会加快模型模具制造的速度，提高制造出的医学模型精细程度，还可以满足在临床试验教学中的个性化需求，增强医护人员的应变能力，来应对不同特征和情况的患者。3D打印技术在医学模型制造方面的应用会对医护人员和患者带来许多便利。

3D打印技术在个性化医疗器材中的应用：由于自身数字化的优势，3D打印技术可以满足医疗器材对于个性化的需求，现在3D打印技术在义齿、义眼、假肢、支架、骨科植入物等方面都有应用。以义齿为例，目前我国大众绝大部分人都有着不同程度和级别的牙齿问题，安装义齿和拔除废弃牙齿等一些操作虽然看似简单，但一个高水准的牙医每次在做这些事情时也不能说毫无压力，何况我国目前的高水平牙医数量也并不多。使用3D打印技术制作手术导板，牙医在操作时利用手术导板，牙医可以很轻松地将义齿植入和将废齿拔除，而不像以前一样全凭自身的经验和手法。3D打印技术还可以应用到制造义齿上，3D打印技术可以制造出更适合每一名患者的义齿。3D打印技术在义齿和牙医手术导板上的应用一定程度上减少了成为高水平牙医的难度，减轻患者在接受治疗时所受的痛苦。3D打印技术在个性化医疗器械中的应用会很大程度上减轻医护人员的压力和工作量，也为患者带来了很大的便利。

3D打印技术在组织工程学上的应用：3D生物打印是在组织工程中是3D打印技术研究的前沿领域，是极具意义和价值的一项技术，可以完成人造器官的制造，代替人体组织器官，从而缓解目前我国人体组织器官匮乏的问题。虽然我国的3D生物打印技术发展得较晚，有很多的难题需要解决和研究，但是发展势头很迅猛，已经很接近国际的最高水平。现在国际上已经开始研究3D生物打印来制造人造皮肤、人造血管等人体组织器官，这也表明3D打印技术成功制造出可以完美植入人类身体的人造器官的未来不再遥远。3D打印在目前组织工程学中应用最好的是打印组织工程支架，现在3D打印支架已经获得很好的效果，以前使用传统的方式很容易导致制造出的支架的结构的孔径不适合、细胞体积不匹配等问题，3D打印技术制造出的支架由于细胞黏附性、组织扩展性都很强，能很好地解决了上述的问题。

3D打印技术在药物的测试和研发中的应用：现在医药行业的药物测试大多都是通过对动物进行实验来完成，这样对药物进行测试并不严谨，动物的很多细胞结构和身体接受能力也和人类有很多区别，使得对药物的很多特性得不到充分了解。而通过3D打印制造出仿人类器官，可以模拟出药物在真实人体中的反应，从而对药物进行更充分的了解，做出相应的改变，也可以很大程度上减少药物研制方面的花销，将经费用到有利于新药研制创新的过程中。