基于3D打印的个性化定制假体

摘要：个性化定制假体由于高昂的成本严重限制了其临床应用，浙江大学三维打印课题组基于桌面式3D打印技术开发了超低成本的假体制造技术，为定制假体的大规模临床应用提供了可能。

  目前，假体已经广泛应用于人体颌面部损伤的修复中，耳、鼻、眼等假体的应用，能够重塑患者的形象，帮助他们走出伤病的阴影。传统个性化定制假体周期长，价格昂贵，严重制约了其在临床上的应用推广。英国一家公司开发了基于3D打印的假体制造技术，由于使用了昂贵的工业级打印机，其制造的成本和传统技术不相上下，单件的假耳或鼻子成本仍需4000美元，使得该技术缺乏竞争力。

目前桌面级3D打印技术发展已经非常成熟，价格已经和个人电脑不相上下，打印成本也极其低廉。但由于其精度低，表面台阶效应严重，使其应用多局限在教学、发烧友等民用领域，如不能找到工业方面的应用，桌面式3D打印技术的发展也将会遭遇瓶颈。

浙江大学机械工程学院傅建中教授带领的三维打印课题组独辟蹊径，提出了一种基于桌面级3D打印机的低成本制造假体方法：SPPC (Scanning Printing PolishingCasting)，大幅降低了假体制造成本，同时也拓展了桌面式3D打印技术的应用。SPPC充分利用了桌面级3D打印技术的低成本，通过抛光技术去除掉打印模具的台阶效应，制造出表面粗糙度Ra低于1μm的光滑模具，浇铸出具有光洁表面的人工假体，成功解决了个性化定制软假体制作周期长，成本高，难度大的问题，使其成本从4000美元/件降至30美元/件。同时由于采用了桌面级3D打印机，病人或医生可以在自己的家中或实验室制造个性化假体，这无疑大大降低假体制造门槛，从根本上解决了成本过高束缚了假体在临床上的应用问题。该技术除可在定制假体上广泛应用外，所打印的高表面质量模具也可直接应用于化妆特效、面具及组织工程等个性化定制需求强烈的领域。

 图1. SPPC方法制造个性化假体的典型流程（扫描、打印、抛光、浇注）  

图2 直接浇铸与SPPC成型制造的假体效果对比，a为原始模具，b为处理后模具，c为未处理模具浇注效果，d为抛光后模具浇注效果，e为最终成品

课题组对打印后制品的抛光效果进行大量的研究，研究结果显示，抛光时间在10-15分钟内最合适。不同层高的打印件表面质量随抛光时间的变化的趋势是一致的，但是层高小的打印件更容易得到表面质量更加光洁的表面。

图3 不同层高的打印件的表面质量随抛光时间的变化

目前该成果已在Nature旗下的Scientific Reports期刊发表，题为“Fabrication of low cost soft tissueprostheses with the desktop 3D printer”。