什么是3d打印技术-去美国做了3d打印种植牙

这个是可行的。国外已有实例。国内在北京、上海试点。

应对“第三次工业革命”，智能制造生物3D打印技术迎来产业化契机——

　　种牙，3D打印一次成型

本报讯（记者 童曙泉）种植牙前，先3D打印一颗与牙槽严丝合缝的牙模型；骨损伤手术前，先3D打印一个1：1的骨骼模型；利用活的细胞进行纳米级的3D打印，可以制造出心脏瓣膜、皮肤、耳朵……

在市科委新材料发展中心日前组织召开的北京生物三维（3D）打印前沿技术研讨暨成果对接会上，来自清华大学、北医三院等单位的生物制造技术专家，描述了“生物3D打印”智能制造的技术进展和广泛应用前景。依赖生物领域的3D打印技术，“制造业”将重回北京经济版图，以“智能制造”的形式成为新的经济增长点。

北大口腔医院主任医师唐志辉告诉记者，他们已经开始动物实验，用生物3D打印技术完成补种牙等口腔修复。对补种牙的人来说，这意味着可以获得一颗和之前几乎一模一样的牙齿。

传统补种牙手术前，需要先等上几个月，等患者牙槽骨伤口愈合，然后在牙槽骨上打一颗固定假牙用的“螺纹钉”，再过几个月才能在这个“螺纹钉”上安装假牙。整个过程患者至少需要跑三四趟医院，花费大约半年时间。如果需要填补修复牙槽骨，耗时会更长。

应用新的生物3D打印技术，患者如需要补种植牙，只需要在医院的口腔门诊拍摄X光片，3D数据可以同步传送到郊区的某个工厂，3D打印设备立刻就能用骨质材料进行打印，牙冠部分和原来一样，并与两边牙齿紧密结合。即使加上中间的运输等过程，患者也可以在几天内就种上新牙。

“更重要的是，3D打印的牙齿有自己的牙根，与牙窝严丝合缝，无需额外填补骨材料。”唐志辉介绍，也无需制备植牙孔固定，几乎没有新的创伤，患者会觉得重新“长”出一颗自己的牙。新的技术使手术更简单，种一颗牙的费用也有望从目前的1.5万元左右下降到5000元。

唐志辉透露，待国家有关部门批准后，这一技术将在人体上试用。半年内有望在小范围内试用，批量生产和应用大约还需要至少一年多时间。（下转第二版）

（上接第一版）这一生物3D打印技术可不光用在种植牙上，也可以用于制作个性化的人工膝关节、髋关节等。比3D打印牙齿更高级的，还有清华大学孙伟团队在国内率先实现的单个细胞生物3D打印，通过细胞组装，模仿天然组织和器官的结构。这样的活细胞3D打印，需要将打印喷头控制在纳米（十亿分之一米）级，通过细胞直接装配组织器官，或是在计算机控制下将干细胞等与基质材料、生长因子等一起构成微滴单元，装配成三维结构后，在实验室最终培养成所需的皮肤、心脏瓣膜等组织和器官。目前，这个团队已经成功制成兔桡骨、人工耳朵等产品。活性大段人工骨的3D打印技术，已经开始申报临床实验批号。

新材料发展中心主任肖澜告诉记者，目前北京的生物3D打印技术刚刚起步，研发与应用相对脱节，制约了技术、产业的发展进程。“希望通过搭建产、学、研、用的互动桥梁，促进各方紧密合作，推进相关产业快速发展。”据他估计，未来几年，这一产业规模有望达到数百亿元。

据了解，3D打印已列为美国重振制造业的三大支柱之一，美国政府不但建立了相应的国家创新研究所，还计划首期投入5亿美元用于研发和产业化。作为制造业迅速发展的一项新兴技术，以3D打印为代表的智能制造被誉为“第三次工业革命的重要标志之一”。大规模生产后，由于智能制造完全可用相对低廉的成本完成个性化生产，对现有制造业将形成极大冲击。

“3D打印牙” 费用减少2/3

　患者种一颗牙的费用从1.2万至2万元不等，传统技术的花费包括三部分：手术费、种植体成本、假牙冠成本。其中仅牙冠部分，以现在最流行的烤瓷牙为例，成本大约在2000元至3000元；镍铬（即不锈钢）牙冠也要1000多元。如果使用3D打印技术，总费用降低到约5000元。其中手术费变成诊疗费，大为降低，而且打印一颗牙加上材料费，成本只有50元左右。

　　本报讯（记者　雷嘉）做一次CT，回家等两天，牙医就会拿出一颗与你原来失去的牙一模一样的合金“3D打印牙”，无需麻醉和手术，往牙床里一塞，种牙就完成了——3D打印的科技浪潮已经进入口腔医学，也许在不久的将来取代现在复杂而昂贵的种牙技术。北大口腔医院主任医师唐志辉大夫已经把生物3D打印技术应用于补种牙等口腔修复，并进行到了动物实验阶段，2至3年后有望被批准应用于人体。

　　时间比较

　　传统补牙：要等约半年

　　现在采用的传统种牙技术，患者拔牙后要先等3个月，等牙槽骨愈合后，再在牙槽骨上种植进一颗椎柱状合金，即螺纹钉，以代替原来真牙的牙根，再等2到3个月，才能在螺纹钉上装上假牙冠。整个过程耗时约半年，其间患者要来医院三四次。

　　3D打印牙：最快只需3至4小时

　　患者拔牙后只要做一次“椎形束CT”，唐志辉就能获得三维牙根数据，再用电脑软件进行设计后，把数据传给生物打印的专业工厂，3D打印机就能用钛合金或氧化锆打印出与真牙一模一样的假牙。打印一颗钛合金牙需要半天到一天的时间，而氧化锆牙只需3至4小时。无需麻醉和手术，牙医把假牙往患者的牙床里使劲一塞，种牙就完成了，与左右牙齿严丝合缝。

　　技术比较

　　传统补牙：技术门槛高

　　唐志辉告诉记者，传统种牙技术是一种复杂的手术，需要无菌环境的手术室，更需要牙医掌握精密的技术，并积累一定经验，否则一旦人造牙冠与合金牙根之间留下缝隙，细菌就会轻易进入人体，如果假牙与左右牙齿结合得不紧密，患者也会不舒适。就是对牙医的技术和修复材料的技术要求都很高，国内一些小城市甚至至今不能做种牙，就连北京也不是每个医院的口腔科都能做的。

　　3D打印牙：简单培训就能掌握

　　而3D打印的假牙有牙根，是一个无缝的整体，无需以骨材料填补骨与植入体之间的空隙，在普通牙科诊室就能完成植入，普通牙医经过简单培训就能掌握这项技术。

　　成本比较

　　传统补牙：费用1.2万至2万元

　　患者种一颗牙的费用从1.2万至2万元不等，传统技术的花费包括三部分：手术费、种植体成本、假牙冠成本。其中仅牙冠部分，以现在最流行的烤瓷牙为例，需要3克黄金，成本大约在2000元至3000元；镍铬（即不锈钢）牙冠也要1000多元。

　　3D打印牙：总费用降到约5000元

　　如果使用3D打印技术，总费用降低到约5000元。其中手术费变成诊疗费，大为降低，而且打印一颗牙加上材料费，成本只有50元左右。

　　进展

　　3只比格犬已经装上“打印牙”

　　唐志辉的研究目前进行到了临床前研究的动物实验阶段。他带着几名学生已经给三只比格犬换上了3D打印的假牙，目前三只狗都适应良好，没出现不良反应。按照国家食品药品监管总局的规定，用于人体的植入物要经过动物实验，证明其安全性和有效性，同时植入物的生产厂家也要通过检查。一切顺利的话，2至3年后3D打印的假牙有望被批准用于人体。“但是现在已经有人强烈要求我给他们装3D打印牙了，”唐志辉说，“比如（与我合作的3D打印）工厂的人，他们都相信自己的材料和技术。”

　　3D打印的“部件”植入人体在国内外都已经有先例。北医三院骨科主任刘忠军的相关研究已进入临床观察阶段，为近40位患者植入了3D打印出的“骨骼”，用的也是钛合金材料。

　　新技术的广泛推广尚待时日。除了国家规定的安全实验环节，3D打印设备的发展也是重要一环。唐志辉他们使用的可不是普通几万元的3D打印机，而是价值数百万元的高端金属打印机，可用于国防军工制造业，国内尚不能生产。

　　摄/本报记者　耿蕾

3D打印产业链涉及到很多环节，包括3D打印机设备制造商、3D模型软件供应商、3D打印机服务商和3D打印材料的供应商。因此围绕3D打印的产业链会产生很多机会。在3D打印产业链里，除了出现大品牌的生产厂商外，也有可能出现基于3D打印提供服务的巨头。以下两个例子说明3D打印服务的创新

从中期来看，与传统的制造技术形成互补。相较于传统生产方式，3D打印技术的确是重大的变革，但目前和近中期还不具备推动第三次工业革命的本领，也不会是传统制造业的终结者。目前的3D打印技术在复杂构件、新产品开发、协同制造和实现创意方面较有优势，最理想的应用是在个性化或者定制化的领域。因此，近中期还不可能完全替代传统的制造技术，应该是优势互补。

3D打印技术虽然也许会重振部分发达国家制造业竞争力，但是短期内还难以颠覆整个传统制造业模式。理由有三：一是3D打印只是新的精密技术与信息化技术的融合，相比于机器化大生产，不是替代关系，而是平行和互补关系；二是3D打印原材料种类有限，决定了绝大多数产品打印不出来；三是个性化打印成本极高，很难实现传统制造方式的大批量、低成本制造。

综合3D打印产业的技术特点和发展现状，我们认为未来行业发展存在以下趋势特点：

1）3D打印个人消费保持高速增长

随着“个人制造”的兴起，在个人消费领域，3D打印行业预计仍会保持相对较高的增速。有助于拉动个人使用的桌面3D打印设备的需求；同时也会促进上游打印材料（主要以光敏树脂和塑料为主）的消费。

2）3D打印金属材料应用程度不断加深

在工业消费领域，由于3D打印金属材料的不断发展，以及金属本身在工业制造中的广泛应用。前瞻预计，以激光金属烧结为主要成型技术的3D打印设备，将会在未来工业领域的应用中，获得相对较快的发展。中短期内，这一领域的应用仍会集中在产品设计和工具制造环节。

3）产业链上的专业分工会进一步深化

现阶段，主要的3D打印企业一般以材料供应，设备制造和打印服务的综合形式存在。这是由产业发展初期技术推广和市场规模的限制所致。长期来看，产业链的各环节会产生专业化的分离：专业材料供应商和打印企业会出现，产品设计服务会独立或向下游消费企业转移。3D打印有望转化为一个真正意义上的工具平台。

4）国内3D打印市场前景广阔

国内3D打印技术的推广与应用尚在起步阶段，无论是工业应用，还是个人消费领域都存在广阔的发展前景。对于工业领域而言，国内在激光熔覆方面的技术具有一定优势，这有助于在以激光烧结为成型技术的3D打印设备制造和打印服务领域进行发展。对于个人消费领域，应用的推广速度取决于对于3D打印这一技术认知的提高，以及相关辅助平台，如软件设计，制作文件库的发展。

前瞻产业研究院发布的《2013-2017年中国3D打印产业市场需求与投资潜力分析报告》认为，从行业发展的角度来看，整个3D打印产业链都存在巨大的潜在发展空间。就未来的长期的需求增长而言，前瞻相对看好上游打印材料和个人3D打印设备的制造企业。就前者而言，在通用化的技术标准不断推广的基础上，专业化的材料供应企业的发展是大势所趋。从个人消费到工业制造，无论是哪个领域引来快速增长，对于耗材的需求都必不可少。

3D打印通常是采用数字技术材料打印机来实现的。常在模具制造、工业设计等领域被用于制造模型，后逐渐用于一些产品的直接制造，已经有使用这种技术打印而成的零部件。该技术在珠宝、鞋类、工业设计、建筑、工程和施工（AEC）、汽车，航空航天、牙科和医疗产业、教育、地理信息系统、土木工程、枪支以及其他领域都有所应用。

原理技术

3D打印机，已成功打印一辆F1赛车 [2]

日常生活中使用的普通打印机可以打印电脑设计的平面物品，而所谓的3D打印机与普通打印机工作原理基本相同，只是打印材料有些不同，普通打印机的打印材料是墨水和纸张，而3D打印机内装有金属、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是实实在在的原材料，打印机与电脑连接后，通过电脑控制可以把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。通俗地说，3D打印机是可以“打印”出真实的3D物体的一种设备，比如打印一个机器人、打印玩具车，打印各种模型，甚至是食物等等。之所以通俗地称其为“打印机”是参照了普通打印机的技术原理，因为分层加工的过程与喷墨打印十分相似。这项打印技术称为3D立体打印技术。

打印过程

三维设计

英国工程师“打印”出无人飞机 [9]

三维打印的设计过程是：先通过计算机建模软件建模，再将建成的三维模型“分区”成逐层的截面，即切片，从而指导打印机逐层打印。

设计软件和打印机之间协作的标准文件格式是STL文件格式。一个STL文件使用三角面来近似模拟物体的表面。三角面越小其生成的表面分辨率越高。PLY是一种通过扫描产生的三维文件的扫描器，其生成的VRML或者WRL文件经常被用作全彩打印的输入文件。

应用领域

海军舰艇

2014年7月1日，美国海军试验了利用3D打印等先进制造技术快速制造舰艇零件，希望借此提升执行任务速度并降低成本。

航天科技

2014年9月底，NASA预计将完成首台成像望远镜，所有元件基本全部通过3D打印技术制造。NASA也因此成为首家尝试使用3D打印技术制造整台仪器的单位。

医学领域

3D打印肝脏模型

日本筑波大学和大日本印刷公司组成的科研团队2015年7月8日宣布，已研发出用3D打印机低价制作可以看清血管等内部结构的肝脏立体模型的方法。据称，该方法如果投入应用就可以为每位患者制作模型，有助于术前确认手术顺序以及向患者说明治疗方法。

3D打印头盖骨

2014年8月28日，46岁的周至农民胡师傅在自家盖房子时，从3层楼坠落后砸到一堆木头上，左脑盖被撞碎，在当地医院手术后，胡师傅虽然性命无损，但左脑盖凹陷，在别人眼里成了个“半头人”。

3D打印脊椎植入人体

2014年8月，北京大学研究团队成功地为一名12岁男孩植入了3D打印脊椎，这属全球首例。据了解，这位小男孩的脊椎在一次足球受伤之后长出了一颗恶性肿瘤，医生不得不选择移除掉肿瘤所在的脊椎。不过，这次的手术比较特殊的是，医生并未采用传统的脊椎移植手术，而是尝试先进的3D打印技术。

3D打印手掌治疗残疾

2014年10月，医生和科学家们使用3D打印技术为英国苏格兰一名5岁女童装上手掌。

3D打印心脏救活2周大先心病婴儿

2014年10月13日，纽约长老会医院的埃米尔·巴查博士(Dr.Emile Bacha)医生就讲述了他使用3D打印的心脏救活一名2周大婴儿的故事。这名婴儿患有先天性心脏缺陷，它会在心脏内部制造“大量的洞”。在过去，这种类型的手术需要停掉心脏，将其打开并进行观察，然后在很短的时间内来决定接下来应该做什么。