30張PPT告訴你3D打印在醫療行業的應用和發展趨勢
隨著3D打印技術的發展和精準化、個性化醫療需求的增長，3D打印技術在醫療行業應用的廣度和深度方面都得到了顯著發展，同時成為醫療行業關注的熱點話題。通過30張PPT與參會的醫療器械廠商和醫生朋友分享了3D打印在醫療行業中的應用和發展趨勢。今天，將這些PPT 分享給網友們。
理解3D打印的價值
3D打印技術與傳統技術相比，最大的優勢在于對產品的復雜性不敏感。從圖表中可以看出兩個信息，首先是綠色曲線代表的傳統制造技術，其制造成本將隨著產品復雜性的增加而急劇增加，而藍色直線所代表的3D打印技術，其制造成本幾乎是不變的。另一點是兩種技術之間有一個復雜性平衡點，當產品復雜性在平衡點的左邊時，也就是在制造一些復雜性小的標準產品時，使用傳統制造技術的成本低于3D打印技術，而當產品復雜性在平衡點的右邊時，也就是在制造一些復雜性高的自由造型產品的時候，3D打印技術的成本明顯低于傳統制造技術。
可以利用3D打印技術探索一些突破固有設計思維的產品。
提到3D打印的效益，人們最直接關注的往往是節約材料、縮短交期等生產效益。但是3D打印所帶來的綜合效益容易被忽視。比如，3D打印骨科植入物的綜合效益是制造出表面的多孔結構，并且有效控制孔隙率和孔徑，這樣的結構有利于骨長入，讓病人得到更好的康復。
個性化定制的價值體現在制造和應用兩個方面。在制造方面，如果通過模具制造產品，制造的產品量越多，單件產品均攤的模具制造成本越低，簡單說就是量越大單件產品的價格越低。而3D打印技術是一種不需要模具的制造技術，在制造單件或少量產品的時候更具有優勢。
左邊的ACL 手術定位器，它的槽型是根據人體結構設計優化的，和解剖結構一樣的充滿復雜曲線；右邊圖片中的這個脊柱植入物，經過拓撲優化結構也很復雜并且表面充滿多孔結構。以上兩類復雜的產品只適合使用3D打印技術進行制造。
這是意大利的一家公司設計的脊柱籠產品，包括螺桿和齒輪等幾個部分，設計師將它設計成為一個整體的零件，并通過Concept Laser公司的SLM 技術一次性3D打印出來，避免了使用傳統技術時需要拆分制造，然后再裝配組裝的過程，并且有助于力高產品的精度和性能。
主要應用
主要應用案例
最早的時候只有骨科在應用，而現在越來越多的學科都在借助醫療模型進行復雜手術的預規劃。醫療模型它的意義是非常形象的將病情呈現給醫生，方便做手術規劃以及與患者溝通。除此之外，這些三維數據和手術規劃方案也可以作為解決醫療糾紛時所需要追溯的依據。
骨科臨床醫生對不同材料的3D打印導板進行了實驗和比較，各有優勢。
假肢和仿生手是康復器械的一個種類，通過3D打印的一個明顯的優勢是降低制造成本，降低佩戴者的經濟負擔。通過3D打印技術來接受個性化定制，添加一些喜歡的元素，這些能讓佩戴者情感融入進來，有助于克服心理障礙。
3D打印的植入物可以分為標準品和定制化的植入物，也可以分為不可降解的植入物和可降解的植入物。左圖中的植入物是Arcam 公司EBM 技術3D打印的標準化的髖臼杯植入物，左邊第二個是西安鉑力特根據醫生要求定制的胸骨植入物，使用的材料都是鈦合金，在植入體內之后就留在體內了。右圖中，Lithoz 3D打印的生物陶瓷植入物和最右邊的鈣磷粉材料的植入物，將在植入體內之后促進骨骼的生長，并逐漸在體內降解。
3D打印技術在個性化劑量的藥物、改變藥物釋放曲線等方面具有優勢。3D打印藥品的技術通過層層鋪粉，并讓藥粉粘合劑沉積到指定的區域，所以可以更好的控制藥物的結構。這里分享的例子是首個上市的3D打印藥品，用于治療癲癇癥。它可以速溶于少量的水，迅速釋放出高劑量的藥物。
生物3D打印的理想目標是打印出可移植的復雜人體器官。目前科學家們正在向這個目標努力。其中包括，比較接近臨床應用的是通過軟骨細胞3D打印的耳朵軟骨；實驗階段的3D打印血管；用于科研的生物腦組織，還有用于藥物測試的人工組織或器官等。
在制造金屬植入物以外的其他醫療設備的過程中，3D打印主要作用是進行新產品快速原型，從而快速驗證設計，以及快速制造注塑模具，然后通過模具制造出產品。
3D打印在口腔科的應用種類比較多，從牙科模型到手術導板，從種植牙、牙冠到矯正器等應用中都有3D打印技術的用武之地。以3D打印種植牙為例，金屬的牙冠可以通過SLM 金屬3D打印技術實現批量定制化的生產，在一次打印中可打印多組不同的牙冠，然后進行烤瓷等后處理，即可交付給客戶使用。隨著材料技術的發展，目前已經可以出現可制造永久牙冠的特殊光敏樹脂材料，通過DLP 或SLA 技術可直接打印出牙冠。
3D科學谷認為，3D打印技術帶給牙科行業的意義在于可以實現批量定制化生產，以及融入到數字化口腔技術中來，為口腔行業帶來精準、高效的解決方案。
發展趨勢
3D打印在醫療行業中的最初是用來制造醫療模型和植入物不具有生命的醫療器械，隨著技術的發展，3D打印技術與生命科學的結合成為必然的趨勢，從打印簡單的人體組織直到打印出復雜的人體器官。納米級的3D打印技術也將應用在醫療行業。
Nanoscribe的雙光子聚合3D打印技術用于打印納米級的三維支架，在進行三維器官培養的時，這些極為精密的支架作用是控制細胞的形狀。打印復雜的骨小梁結構也是該技術的一個應用方向。
未來，不僅僅是牙科產品，越來越多的定制化的醫療產品會放棄手工制作方式，擁抱數字化技術。例如足踝矯正器，在使用數字化技術之后，交期由2-4周最短可以減少到1天。同時由于數字化建模技術、仿真技術和3D打印的界入，產品將更加舒適、安全。
從最上方的張矯正鞋墊供應鏈圖中，我們可以看到用傳統的制造方式，由于需要依賴手工制造，所以不僅制造的流程繁瑣，而且佩戴者需要多次前往醫院進行調整試戴，整個供應鏈很長。但是在結合了數字化技術和3D打印之后，供應鏈的明顯的縮短了。例如，美國iMCustom公司推出的矯正鞋墊定制商業模式，用戶可以通過放在商店中的足底掃描儀將數據提交給iMCustom, 這些數據將通過軟件進行建模，然后發回給商店中的3D打印機，3D打印機使用柔性線材進行矯正鞋墊的3D打印，理想情況下用戶當天可以拿到鞋墊。
在增材制造技術的標準化工作中，3D打印的材料、工藝、設備都將逐漸規范，這對3D打印醫療器械，尤其是植入物的性能和安全性是一個保障。
相比傳統制造技術3D打印在生產小批量產品時才具有成本優勢，但是隨著材料成本的下降和打印技術的提升，3D打印將在生產更大批量產品的時候保持這種優勢。
新材料的出現將為醫療行業帶來更多的3D打印解決方案，顛覆人們對產品的設計和開發能力。
產業化方向
3D打印設備、材料、軟件等在醫療行業的市場規模如下：
隱形矯正器是典型的數字化口腔技術應用，設計師通過軟件模擬每個矯正階段牙齒的形態，并生成一些列的牙齒三維模型。在制造隱形矯正器時，首先通過3D打印機打印出和牙科模型，然后通過熱塑成形制造出全套矯正器�；颊咄ㄟ^定期更換佩戴不同的矯正器達到牙齒矯正的目的。從市場潛力方面來看，一方面整個牙科設備、產品和服務的市場總規模在2020年將達到4000億元。隱形矯正器的使用比例目前中國只有2%，而歐美國家是25%左右，這個應用存在增長潛力。
助聽器外殼的生產已實現數字化和3D打印批量定制化生產。助聽器的生產被瑞達聲、西門子等少數大品牌所壟斷。但是由于人口老齡化、后天性失聰等因素，全球助聽器的消耗量增加，預計到2018年市場規模達113億美元。該行業對3D打印機和打印材料的需求也將隨之增長。
國內首先通過CFDA 批準進入市場的是3D打印髖臼杯，這是一種標準植入物。其優勢在于通過3D打印才能夠制造出來的表面多孔結構，該結構有利于骨長入。相比通過涂層來實現的多孔結構，3D打印技術可以控制孔隙率和孔徑，并且不會像涂層一樣有脫落的風險。
進入到3D打印骨科植入物領域的制造商，在骨科產品領域經營多年，不論是產品的研發能力，還是申請食品藥品監督部門的審批，他們的經驗都非常豐富。
生物3D打印目前已經出現的商業化價值在于藥物研發領域。目前制藥行業開發一新藥品的平均研發成本高達12億美元，平均周期長達12年。隨著新藥品復雜程度的增加，研發成本和研發周期還會增加。制藥行業需要高效的藥物篩選解決方案來降低研發成本、加速研發周期以及降低藥物研發的風險。而生物3D打印的人體組織相比二維細胞學實驗更加接近人體真實情況，所以在用于藥物篩選的時候能夠提高篩選效率、提供更可靠的藥物測試結果，在藥物研發領域有應用前景。
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