3D打印鈦及鈦合金醫療器械的優勢及臨床應用研究

引言

隨著口腔醫學技術的進步和發展，傳統的牙科治療手段已無法滿足臨床需求，而 3D 打印技術的出現為口腔醫學提供了新的發展思路，其具有以下優勢：①滿足個性化醫療需求，通過 3D 打印可以獲得精確的個性化牙模，使患者得到更好的治療效果；②可將復雜結構進行分解，使之變為簡單、易加工、易保存的產品，使患者獲得更好的體驗；③通過 3D 打印可以對材料進行精確加工和優化，以實現復雜結構在更短時間內制作完成，從而縮短生產周期。然而，3D 打印技術仍存在一些局限性：①打印精度較低；②對材料性能

要求較高；③對于復雜結構的打印往往無法實現。

基于以上問題，本研究采用 3D 打印技術打印鈦及鈦合金醫療器械，并將其應用于口腔醫學中。經過臨床觀察和對比發現：3D 打印鈦及鈦合金醫療器械與傳統金屬醫療器械相比具有以下特點：①生產效率高、周期短、成本低；②材料密度小，生物相容性好，無明顯的過敏反應；③與其他金屬相比，抗腐蝕性能好。

此外，本研究還對 3D 打印鈦及鈦合金醫療器械在口腔醫學中的應用效果進行了觀察和對比研究。綜上可知：3D 打印鈦及鈦合金醫療器械具有較高的臨床價值和廣闊的發展前景，為口腔疾病治療提供了新方法和思路。

1 、3D 打印技術的發展

自 20 世紀 50 年代以來，隨著計算機技術、材料科學等領域的快速發展，3D 打印技術也不斷得到改進和完善，使其在多個領域得到廣泛應用。目前，3D 打印技術主要用于醫療器械的制作，并可以根據不同需求進行個性化設計。

快速成型技術（rapid process）是一種通過逐層堆積成形的方法，常用于制造復雜的零件。傳統制造工藝的復雜性和成本相對較高，因此 3D 打印技術在很大程度上彌補了傳統制造工藝的不足。快速成型技術主要分為 3 種類型：

（1）選擇性激光燒結（Selective laser basedmelting, SLA）：通過激光掃描后選擇性地將金屬粉末燒結成實體，但由于其工藝復雜，制備周期長，不適合用于小批量生產。

（2）熔融沉積（Fused deposition）：將熔融金屬通過噴嘴噴出到承印物表面后進行冷卻凝固成型；打印時，金屬粉末被加熱至熔融狀態，并在噴嘴處擠出，通過逐層堆積的方式形成實體。

（3）選擇性激光燒結（Selective laser basedsmelting, SLS）：通過逐層激光掃描將粉末狀金屬加熱至熔融狀態并進行冷卻凝固成型。

數字光處理技術（Digital Light Processing, DLP）是一種將光固化技術與數字控制相結合的 3D 打印技術。

光敏樹脂固化后的固化程度、光學特性和機械性能都可通過調節光強和波長來控制。DLP 技術被廣泛應用于醫療領域。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。

金屬打印技術（Metal printing technology）是一種將金屬粉末和其他材料通過逐層堆積的方式制備成實體的方法。金屬打印技術在醫療領域的應用主要集中在牙齒修復和骨骼成形兩個方面。

2、 口腔疾病的治療

鈦及鈦合金作為一種新型的金屬材料，在口腔醫學領域中具有廣闊的應用前景。采用 3D 打印技術制作的義齒，不僅具有良好的力學性能、抗腐蝕性和生物相容性等優點，而且還能夠制作出與人體牙齒相似的外觀和功能，極大地滿足了患者個性化需求，使得義齒更加舒適美觀。

3D 打印義齒在臨床上的應用主要是針對牙齒缺失、牙列不齊、口腔頜面部畸形等問題進行修復。隨著 3D打印技術的不斷發展，其在義齒制作中也取得了突破性進展，目前已能實現鈦及鈦合金義齒制作的全自動化生產，大大提高了生產效率。3D 打印技術還能夠將不同形狀和大小的義齒進行快速、精準制作，為患者提供更加優質、高效的服務。

綜上所述，3D 打印技術在口腔醫學中的應用研究已取得了一定進展，但仍存在一些問題。目前 3D 打印鈦及鈦合金醫療器械在口腔醫學中的應用主要集中于制作固定義齒、活動義齒等方面。但隨著對其研究的深入和對其材料、結構、性能等方面的不斷改進，其在口腔醫學中必將發揮出更大的作用。

2.1 固定義齒

固定義齒是指利用基托、固位體、牙槽骨以及粘膜等作為支撐結構，利用金屬或陶瓷等修復體與天然牙列的缺失，并進行固位的全口義齒。傳統義齒制作方法包括模壓法、鑄造法以及金屬鑄造等，其缺點在于制作時間長，效率低，并且不易與天然牙列進行美學融合。隨著 3D 打印技術的發展，其在固定義齒制作中的應用日益廣泛。3D 打印技術不僅可以使義齒實現快速制造，還可以根據患者牙槽骨的高度、寬度以及解剖結構等制作出適合患者需求的義齒。李少玉等在進行 3D 打印固定義齒后，進行了臨床治療效果研究，發現 3D 打印固定義齒治療后患者牙槽骨吸收量與傳統修復方式相比較小，并且對患者口腔頜面部美觀無影響。目前 3D 打印固定義齒已廣泛應用于臨床中，其治療效果良好，為口腔醫學領域發展提供了新思路。但由于其在制作過程中需要對牙體進行加工處理，且由于制作材料的不同，使得其臨床應用效果存在差異。

因此對于 3D 打印固定義齒的臨床應用還需進一步深入研究。

2.2 活動義齒

在義齒修復中，活動義齒是一種常見的修復方式。

通過固定、可摘、活動等多種方式，可以解決牙齒缺失的問題，恢復患者咀嚼功能和美觀。由于活動義齒屬于定制類修復，無法通過傳統方法進行精確制作，因此常常需要采用 3D 打印技術進行個性化制作。在義齒制作中，3D 打印技術主要用于個性化定制以及個性化義齒的制作。在種植牙領域，3D 打印技術已經可以實現人工牙、種植體的快速精準制作。同時，通過 3D打印技術制作的人工牙，其形態和功能與天然牙非常接近。3D 打印義齒可以實現精確的三維復制，使患者獲得更好的使用體驗。在固定義齒修復領域中，3D 打印技術也發揮了重要作用。

一些研究發現，采用 3D 打印技術制作的可摘局部義齒相比傳統義齒更舒適、更美觀、更穩定。因此在固定義齒修復中采用 3D 打印技術可大大提高義齒修復效果和患者滿意度。

近年來，隨著計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助制造（CAM）技術的不斷發展及 3D 打印技術在臨床中的應用，使得活動義齒也能夠采用 3D 打印技術進行精準定制。目前 3D 打印技術已被廣泛應用于金屬鑄模內冠、人工牙、種植體的制作中。這不僅大大提高了活動義齒修復效率，而且使患者獲得更加舒適美觀的義齒。

2.3 種植義齒

目前 3D 打印鈦及鈦合金義齒已廣泛應用于臨床。

在口腔種植領域，3D 打印鈦及鈦合金種植體的臨床應用主要體現在以下兩個方面：（1）制作多顆牙缺失的種植體，以恢復缺失牙的咀嚼功能；（2）制作多顆牙缺失的全口無牙頜的種植體，以恢復患者的美觀和功能。

3D 打印鈦及鈦合金種植體具有良好的生物相容性和力學性能，可以很好地與骨組織融合，較傳統鈦材具有更好的骨結合強度。而其在口腔外科手術中應用，不僅能夠提升手術效率，而且還可以減少并發癥和后遺癥的發生。在口腔科領域中，3D 打印鈦及鈦合金種植體可以制作出各種形狀、大小、功能多樣的種植體，以滿足不同患者的需求。3D 打印義齒在牙槽嵴吸收、齲病、牙體牙髓病和牙周病等方面也具有良好的治療效果。但是由于其價格昂貴、操作復雜等因素，目前尚未在口腔科領域中得到廣泛應用。

隨著 3D 打印技術不斷發展和成熟，其在口腔科領域中將會發揮出更大的作用。但目前 3D 打印義齒仍然存在一些問題和挑戰，如打印材料和工藝不夠成熟、3D 打印義齒的穩定性不強、價格較高等，這些都有待于進一步研究。

3、 3D 打印鈦及鈦合金醫療器械在口腔臨床中的應用

正畸固定矯治器是指利用各種方法（包括活動矯治器）固定牙及牙列某一部分，以恢復患者咬合關系、功能和美觀的一種治療方法。采用 3D 打印技術可實現復雜形態的個性化定制，同時能夠降低對患者的痛苦。目前，隨著技術的發展，3D 打印固定矯治器逐漸應用于臨床，并取得了較好的效果。戴麗莉等采用 3D 打印技術制作了一種可摘局部矯治器，用于治療前牙列擁擠、后牙列前突、個別牙反牙合、深覆合等。該研究采用數字化制作軟件將 3D 打印鈦及鈦合金材料制作成一個金屬框架，用于固定矯治器和牙列。結果表明，

該材料制作的固定矯治器能有效控制前牙傾斜度，并能防止后牙反合。因此，該研究表明 3D 打印鈦及鈦合金材料可用于正畸固定矯治器的制作。

種植修復是一種將人工材料植入牙槽骨內以重建牙槽骨結構、恢復牙列完整性和咬合關系的修復方法。采用 3D 打印技術可以快速而精確地打印出三維模型，并利用該模型來輔助種植體植入手術，可以極大地提高手術效率和成功率。王倩等通過 3D 打印技術打印出可用于種植手術的三維模型，并將其與 3D 打印鈦及鈦合金材料制作的種植體植入患者口腔內進行對照研究。

結果表明：3D 打印鈦及鈦合金材料制作的種植體與傳統種植體相比具有更好的固位力，并且種植體與患者口腔內骨組織結合更加緊密。由此可見，采用 3D 打印技術能夠為患者提供更好的修復效果和安全性。

假牙修復是利用義齒制作技術將義齒材料經數字化加工后制成，然后通過義齒修復技術將義齒修復到患者口腔內。與傳統義齒相比，3D 打印鈦及鈦合金材料制作的假牙更能滿足患者的要求。結果表明：3D 打印鈦及鈦合金材料制作的可摘局部矯治器與傳統義齒相比具有更好的固位力、更強的穩定性、更高的穩定性和更好的生物相容性。因此，3D 打印鈦及鈦合金材料制作的可摘局部矯治器作為一種新方法能提高義齒修復質量和臨床效果。

牙齒美白是通過對患者進行定期潔牙、刮治等措施將牙齒上堆積的色素沉積去除，從而使牙齒變得潔白如新。傳統美白方法需要將患者帶離原來生活環境和工作場所，在一定程度上存在一定安全隱患。而采用 3D 打印技術制作的牙貼面、全瓷冠等可實現牙齒美白等功能，還可以通過 3D 打印技術進行個性化定制。

由此可見，3D 打印技術在牙齒美白方面具有良好的應用前景和發展潛力。未來還需進一步完善和改進 3D 打印技術在牙齒美白中的應用。

4 、存在問題及展望

雖然 3D 打印技術在口腔醫療中的應用日益廣泛，但是目前 3D 打印的醫用鈦及鈦合金材料仍存在一些問題，如材料表面粗糙度較高、生物相容性差、加工精度不高、抗腐蝕性能差等。此外，目前 3D 打印技術打印的醫用鈦及鈦合金材料缺乏統一標準，導致不同廠家、不同品牌的醫用鈦及鈦合金材料存在差異，臨床療效也不盡相同。今后可進一步研究 3D 打印醫用鈦及鈦合金材料表面處理技術，優化表面功能化處理方法；同時研究與開發適用于口腔臨床手術要求的、個性化、可調控的醫用金屬材料；加強醫用金屬材料與生物相容性材料之間的相容性研究。

4.1 表面功能化處理技術

鈦及鈦合金是一種優良的生物材料，但因其自身的脆性而限制了在口腔修復中的應用。近年來，研究者們開展了很多研究來改善 3D 打印鈦及鈦合金醫療器械的性能，其中最具代表性的是表面改性技術，包括化學沉積、電泳沉積、氣相沉積、磁控濺射沉積、微弧氧化等。目前，表面改性技術在牙科領域已經得到廣泛應用，但由于其是一個較新的研究方向，在口腔種植方面的研究較少。此外，通過表面功能化處理技術，可使金屬材料表面性能發生改變。因此，未來可進一步研究表面功能化處理技術，如對鈦及鈦合金進行化學或物理改性以及微弧氧化等方法制備具有良好生物活性和耐磨耐腐蝕性能的復合涂層。

4.2 個性化、可調控的醫用金屬材料

因此，研究與開發適用于口腔臨床手術要求的、個性化、可調控的醫用金屬材料，對于提高臨床治療效果具有重要意義。此外，隨著 3D 打印技術的發展和成熟，將會出現更多用于個性化、可調控醫用金屬材料的開發和應用。例如，將 3D 打印技術與個性化定制化、可調控材料相結合，有望開發出適合口腔臨床手術要求的、個性化可調控的醫用金屬材料，以實現更加精確的治療。這對改善患者術后生活質量具有重要意義。

綜上所述，在我國，隨著經濟水平的不斷提升，口腔疾病治療已經成為了我國居民健康的重點內容。而在傳統口腔診療中，醫生使用的口腔診療設備相對較為落后，難以滿足現代口腔疾病治療的要求。因此，3D 打印技術的出現為口腔疾病治療提供了新的思路和方法。隨著我國科技水平的不斷提升，3D 打印技術也將會應用于口腔醫療中，有效改善患者的治療效果。

同時，3D 打印技術也將為患者提供更為人性化、個性化、精準化的診療方案，推動我國口腔醫療事業發展。

參考文獻

[1]張晟.3D 打印多孔鈦支架的設計制備? 材料表征及生物學活性初探[D].南昌:南昌大學,2022.

[2]韓澤奎,張亮,謝菲,鄭曉曉,陳瑩瑩,王心彧.SLM3D打印鈦網表面聚氨酯涂層的涂覆及表面性能的研究

[J].中國口腔種植學雜志,2022,27(01):16-21.

[3]王靜,楊九菊,王寧寧,劉超.改性 3D 打印鈦支架對脂肪間充質干細胞成骨分化的影響[J].中國組織工程研究,2022,26(27):4265-4271.

[4]王靜,潘福勤,楊九菊.3D 打印鈦在口腔領域的應用研究與進展[J].智慧健康,2021,7(04):37-39.

[5]紀琦,喻正文,張劍.3D 打印金屬基生物材料工藝和臨 床 應 用 的 問 題 與 趨 勢 [J]. 中 國 組 織 工 程 研究,2021,25(16):2597-2604.

[6]張耀升,張鍇,陳欣慰,牟海彰,丁旺旺,秦明禮,張善勇,龔勤林,陳剛,徐偉峰,虞科恩,姜艷梅.3D 打印個體化鈦網的機械力學性能及生物相容性分析[J].上海口腔醫學,2020,29(03):250-256.

基金項目：滄州市重點研發計劃自籌項目（213107003）。