3D打印如何成就隱形牙套？
車間里一排排聯泰光固化3D打印機無聲而緊張地運行著，每10個小時就有一盤排得密密匝匝的牙齒模型“出爐”，隨后進入到透明牙套的加工環節……這里是位于嘉興某工業園區的一個隱形牙套生產基地，每天，有成千上萬個3D打印牙齒模型在這里面世，為全國各地的患者實現迅捷精確的隱形牙套訂制服務。
本期，探訪了中國最大的隱形牙套生產商之一——上海正雅齒科科技有限公司(以下簡稱“正雅”)，為你揭秘3D打印個性化技術如何挖掘口腔正畸這座“富礦”。
隱形牙套：為3D打印而生
正雅的生產車間仿佛一個忙碌的集散中心。貨架上陳列著全國各地口腔醫院和診所寄來的患者口腔印模，經過一系列精密的加工處理流程，做好的隱形牙套又從這里啟程被發往醫生手中。
正雅總經理姚峻峰向我們介紹，整個隱形牙套的生產流程大致分為“印模-掃描-3D建模-數字化模擬矯正設計-3D打印牙模-牙套加工-清洗消毒”幾大環節。3D打印在整個流程中，主要承擔著批量定制不同矯正階段牙齒模型的功能。牙齒模型制作后，再利用熱塑成型工藝將透明膜片包裹在模型上，從而制作出適合患者的隱形牙套。“通過對患者口腔數據的分析，我們醫學部的專業人員會結合軟件進行排牙設計，例如每次每顆牙齒移動0.2-0.3毫米，或者扭轉3-5度等，從而得到不同矯正階段的口腔模型數據，再利用3D打印技術一次批量打印出來。”
通常，一個患者需要更換30-40副左右的隱形牙套，通過對牙齒持續形成的輕力，達到矯正的效果。30-40副隱形牙套意味著需要打印30-40個矯正牙齒模型，每個模型之間只有非常細小的差別。“如果采用傳統加工方式，根本無法在短時間內為患者量身定做和批量化生產矯正模型。3D打印作為一種數字化成型技術，能將任何數字化的設計轉化為實物，而SLA 3D打印技術恰恰滿足了個性化和批量生產這兩種條件。可以說，隱形牙套是一個因3D打印而生的行業。”姚峻峰解釋。
十多年前，他的企業和國外同行同時起步，隨著國內口腔正畸市場的方興未艾，他的企業也正在迎來春天。
10年長跑，方興未艾
2004年，姚峻峰從英國留學回國。當時他的父親是國內一家專業生產定制型人工關節的企業負責人，已經開始采用3D打印進行個性化關節的打樣，這也讓他對這個技術有著天然的親近感。那一年，全球最大的隱形牙套生產商隱適美(invisalign)正在大洋彼岸興起。姚峻峰敏銳察覺到這個市場的巨大潛力，鎖定了利用3D打印制作隱形牙套這個方向，并將父親獲得國家科技進步二等獎的《CAD/CAM個性化假體制造技術》做二次研發，引入到口腔正畸領域的器械產品中來。
從2004年到2009年，姚峻峰率領他的團隊從零起步，和當時國內的一些3D打印服務商合作積累臨床應用。2010年，正雅在大量臨床案例基礎上成功申報醫療機械生產證，并開始小規模在市場銷售。2013年，是3D打印正式進入公眾視野的一年，也就是在這一年，正雅獲得一筆天使投資，開始引入上海聯泰的光固化3D打印設備并擴大生產規模。2015年，公司獲得A輪投資，嘉興的工廠擴大至2500平米，員工人數達到190人。目前，正雅的病例達到一年7000-8000例，銷售額近5000萬，成為國內為數不多的佼佼者之一。盡管產品銷量在國內隱形正畸市場占有率已經達到25%，但姚峻峰謙虛地表示，相比已經占全球正畸市場四成份額的隱適美和它每年60萬例病例的體量，正雅“現在還只是他的零頭，量還很小”。
軟件和設備：缺一不可
隱形矯正是一種數字化醫療，如何實現精確地“數字化”?軟件和設備支持缺一不可。姚峻峰特別提到了公司的醫學部。具體來說，醫學部需要根據數字化患者牙頜數據，以及患者的面相、口內照、全口X光片、頭顱側位光片等，來評估患者口腔狀況，并做模擬矯正設計。
“和傳統矯正方式不一樣，隱形矯正有一個數字化轉化的過程。醫學部需要和臨床醫生及患者進行充分溝通，幫助醫生確定方案，將醫生的想法變為現實。所以醫學部設計人員既要懂得口腔正畸的技術，也要了解矯正的原理。這個團隊可以說是正雅最核心的部門。”
目前，公司擁有一支由20多人組成的軟件研發團隊，其開發的多項核心軟件技術獲得國家軟件著作權登記。自主研發軟件包括數字化正畸設計、顱骨影像測量、個性化托槽設計等三款軟件產品。截止目前，公司擁有各類知識產權近100件，其中，發明、實用新型、外觀設計專利或專利申請數70余件，計算機軟件著作權登記近10件。
在打印設備的選擇上，由于需要高強度持續運轉，打印效率和穩定性無疑是最關鍵的。姚峻峰介紹，公司最早購買的以色列的Object二手機，但打印噴頭容易勞損，維護成本非常高。通過各種比較，最終他們選擇了聯泰的光固化3D打印機。“光固化3D打印層厚精度可以達到0.1毫米，完全能滿足牙齒模型的打印要求。成型面尺寸較大，一次可以打印一百多個牙齒模型。光敏樹脂材料相對成本較低，強度較高，基本沒有毒性。無論從成本、精度、效率、穩定性和安全性來看，SLA都是不二選擇。國外的龍頭企業隱適美采用的也是類似的光固化技術。”他尤其提到了3D打印設備的服務，“設備在出現故障時及時維護，并根據我們的反饋進行各種改進，對于企業生產穩定及產品性能提升很重要。”
風頭正勁的3D打印齒科應用
根據一份市場報告，2015年3D打印在牙科行業的市場規模為7.21億美元，主要應用于制造牙冠、牙橋、牙科模型和隱形矯正器。預計到2016年，3D打印在牙科行業的市場規模將達到9.78億美元，2020年將超過23億美元。
這個趨勢在姚峻峰所在的企業也得到了驗證。他認為，隨著社會生活水平的提升，口腔正畸需求量正在快速增長。如全國最大的民營口腔連鎖拜博通過聯想投資，短短兩年時間規模達到了200家。相比傳統正畸方法，隱形牙套因為佩戴美觀舒適便利，受到青少年、白領等人群歡迎。同時，因為降低了醫生對臨床技術的要求及維護成本，也受到醫生的認可。
“國內市場才剛剛起步。”姚峻峰舉了個例子：“美國青少年口腔正畸比例30-40%，而中國一個班上50個學生可能只有1個會去做，比例非常低。從我們接觸的醫生群體來看，正畸的患者數量這兩年是逐年翻倍的。同時透過隱適美在全球的銷量，以及正雅和國內其他同行的銷量來看，近年來業務量也是100%增長。隨著國民生活水平的提高，我們預計隱形矯正市場將迎來爆發式增長。”
除了隱形矯正外，用3D打印技術制作牙冠、牙橋、義齒等也正在齒科領域興起。
3D打印未來將扮演什么角色?
姚峻峰認為，要滿足未來大批量的快速生產，一定要改變企業勞動密集型的現狀，提高整個生產流程包括3D打印的自動化水平。“3D打印是一種個性化生產，而個性化生產沒有統一規格，因為每個患者的牙間距離都是不同的。要提高生產效率、保證質量、壓縮成本，就要求我們在生產過程中盡量標準化和自動化，排除人為因素。”目前公司新引進的一批機器人正在調試中，他的目標是一年后，實現人員減少一半、產能一倍。
“隱適美基本上全部實現了自動化，從3D打印出來后到矯治器加工到清洗包裝已經全部自動化。80年代我們看國外彩電、汽車生產線，覺得很高大上，這些年我們自己已經將這些變成了現實。隱形牙套也可以做到。”
他坦言，目前利用3D打印技術生產隱形牙套整個過程還是比較繁瑣，如果3D打印材料足夠先進，可以直接打印透明材料，將是“最終方向和最理想的狀態”。但這需要材料既能滿足3D打印需求，又能滿足生物相容性、彈性等要求，對材料的要求將非常高。而材料作為一門基礎學科，國內現階段還比較薄弱，這也是制約3D打印行業發展的一塊短板。
據介紹，目前整套矯正器的成本為萬元以內，面向終端消費者大概在2-3萬左右。美國臨床收費大概5000-7000美元，相當于當地一個白領兩個月工資。相對傳統托槽式矯正器萬元左右的售價，隱形牙套價格在中國相對而言還較高。“一方面是3D打印作為一種新技術使用成本比較高，另一方面是醫生執醫成本高，需要長時間的服務周期和人力成本。但是我相信隨著技術進步、材料價格的下降，價格一定會有下降空間。”
臨床終端消費大約在3-5萬之間，美國臨床終端收費大約在5000-7000美元，相當于當地一個白領兩個月工資。他相信作為一項新興技術，3D打印本身在效率提升上還有很多文章可以做。“牙模是中空打印，但因為目前光敏材料在打印薄壁模型時強度不夠，所以打得比較厚。如果材料足夠堅硬，打一毫米就夠了，可以節約大量成本和時間。”“現在交貨周期在6個工作日，如果能通過3D打印速度的提升及整個流程自動化的提升，降低到5個小時、3個小時，實現今天取模，明天交貨，就可以最大程度壓縮患者等待周期。”
與此同時，他也在思索，如何通過提升軟件效率提高自動化程度。谷歌人工智能“AlphaGo”戰勝人類圍棋高手給了他很大啟發，人工智能是基于海量棋譜等大數據上的算法實現的。“矯正排牙設計是否能通過大量病例數據，找到和患者類似的方案做為參考，而減少人工干預，實現自動排牙呢?這個環節以后一定會實現。”
目前，隱形矯正在國內市場的份額還不到5%，而美國這個數字是20-25%，預計將來可達到50%。“參考美國，我們還有很多倍去翻，空間很大。”姚峻峰說道。
(責任編輯：admin)
創想三維：解析3D打印機制
深圳長朗科技將在Kickstar
華中科大基于粉床激光增材
3D打印無人機高效種植 快
立體易體驗活動之香港圣公
過節不收禮，猜下我們給廣
創想三維：FYT戰
創想三維：光固化
構造立體美學，3D
