近年來(lái)残炮，制造業(yè)發(fā)展迅速半等，縮短產(chǎn)品研發(fā)及制造周期蜈缤、提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力越來(lái)越得到醫(yī)療器械生產(chǎn)廠家的高度重視拾氓。3D打印作為縮短產(chǎn)品研發(fā)周期的重要加工方式開始受到醫(yī)療器械廠商青睞。美國(guó)劫樟、德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視3D打印技術(shù)并把此技術(shù)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)積極推廣痪枫。不少專家認(rèn)為，以數(shù)字化叠艳、個(gè)性化奶陈、定制化為特點(diǎn)的3D打印技術(shù)為代表的新制造技術(shù)將推動(dòng)第三次工業(yè)革命。傳統(tǒng)的加工工藝采用“減材制造”附较，而3D打印則采用“增材堆積”的措施實(shí)現(xiàn)零件生成吃粒。即根據(jù)最終尺寸要求在一塊基板上進(jìn)行材料的堆積，堆積成型的零件直接使用拒课，或者成型零件的表面進(jìn)行微量加工徐勃，提高表面光潔度后即可使用。金屬零件3D 打印技術(shù)作為整個(gè)3D打印體系中最前沿和最有潛力的技術(shù)早像，是先進(jìn)制造技術(shù)的重要發(fā)展方向益侨。

金屬3D打印技術(shù)簡(jiǎn)介

3D打印技術(shù)，就是在計(jì)算機(jī)中將3D CAD模型分成若干層著平，通過(guò)3D打印設(shè)備在一個(gè)平面上按照3D CAD層圖形积碍，將塑料、金屬甚至生物組織活性細(xì)胞等材料燒結(jié)或者黏合在一起枝捷，然后再一層一層地疊加起來(lái)蚌斑。通過(guò)每一層不同的圖形的累積，最后形成一個(gè)三維物體金屬零件宽藏。金屬3D打印技術(shù)打印的主要材料是金屬材料慰适，打印材料主要包括不銹鋼、鈦闺撩、鈷鉻合金及工具鋼等饺斧。

圖1 金屬3D打印的鈦合金肩胛骨

金屬3D打印廠商和設(shè)備

目前，金屬3D打印實(shí)現(xiàn)方式主要有兩種：分別是燒結(jié)式和熔覆式娩鬼。采用激光燒結(jié)成型工藝的3D打印典型的國(guó)外公司包括德國(guó)的EOS读囤、concept峻胞、SLM等公司，英國(guó)的雷尼紹公司关带，日本matsuura公司；中國(guó)的華中科技大學(xué)濱湖機(jī)電公司沼撕、華南理工大學(xué)宋雏。采用電子束燒結(jié)成型工藝的瑞典的ARCAM公司，中國(guó)的北京航空制造研究所（625所）务豺，這類產(chǎn)品主要優(yōu)點(diǎn)是成型的精度較高磨总，缺點(diǎn)是成型速度低，成型尺寸限制在300mm左右笼沥，主要應(yīng)用于醫(yī)療和小型模具制造蚪燕。

采用激光熔覆成型工藝的3D打印典型企業(yè)包括美國(guó)POM公司和OPTOMEC公司，中國(guó)的北京航空航天大學(xué)天地激光公司奔浅、西北工業(yè)大學(xué)西安鉑利特公司馆纳、沈陽(yáng)新松機(jī)器人自動(dòng)化股份有限公司，電子束熔覆成型工藝3D打印典型企業(yè)包括美國(guó)的Sciaky公司汹桦、中國(guó)的北京航空制造研究所（625所）鲁驶。這類產(chǎn)品的主要優(yōu)點(diǎn)是冶金質(zhì)量好、成型速度快舞骆、成型尺寸大憾顿，但精度較低，需后續(xù)機(jī)加工相彼，典型應(yīng)用是航空高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件豺研、葉片制造、各種金屬模具的直接成型阔踢。

金屬3D打印優(yōu)缺點(diǎn)

金屬3D打印作為一種嶄新的制造技術(shù)允逝，有著傳統(tǒng)制造業(yè)所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：制造復(fù)雜物品不增加成本钩氓。對(duì)于傳統(tǒng)工藝而言诸谨，物體形狀越復(fù)雜，制造成本越高织刹，而3D打印則不存在這個(gè)問(wèn)題颖脸；材料總體利用率高，基本上沒(méi)有廢料佛岛；無(wú)需開模翩赐，制造工序少，周期短键袱；可制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件燎窘，如內(nèi)部隨形流道摹闽。

但是在大規(guī)模生產(chǎn)上，3D打印目前仍無(wú)法獲得規(guī)模經(jīng)濟(jì)褐健，在成本上和效率上不具優(yōu)勢(shì)付鹿。因此，3D打印主要被應(yīng)用于個(gè)性化蚜迅、小批量和高精度的產(chǎn)品制造上舵匾。

在醫(yī)療器械行業(yè)的應(yīng)用案例

金屬零件的3D打印主要應(yīng)用領(lǐng)域是航空、航天谁不、軍工坐梯、模具制造及醫(yī)療領(lǐng)域。這些領(lǐng)域共同特點(diǎn)就是個(gè)性化刹帕、小批量的快速制造吵血。相對(duì)來(lái)說(shuō)，醫(yī)療行業(yè)3D打印的應(yīng)用發(fā)展速度較快偷溺，主要原因是醫(yī)療領(lǐng)域充分利用了3D打印個(gè)性化制造的特點(diǎn)蹋辅，對(duì)3D打印產(chǎn)品的機(jī)械強(qiáng)度和效率等要求不是特別高。下面以牙科和骨科為例等介紹其在行業(yè)的發(fā)展婚廷。

骨科

3D打印的鈦合金“骨骼”有兩大優(yōu)勢(shì)叶刮。一是想做什么形狀的“骨骼”都可以，根據(jù)每一個(gè)需要的形狀不同藏苫，個(gè)性打印搓捅。二是該類植入物帶有可供骨頭長(zhǎng)入的孔隙，相鄰骨頭在生長(zhǎng)的過(guò)程中會(huì)進(jìn)入孔隙信炬，使真骨與假骨之間結(jié)成一體铆性。金屬3D打印工藝可以直接獲得幾乎任意形狀、具有完全冶金結(jié)合移蔼、高精度的近乎致密金屬零件跨溺，因此被廣泛地應(yīng)用到醫(yī)療上，用以成型具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)且與生物體具有良好相容性的植入體备饭。包括個(gè)性化骨科手術(shù)模板惩投、個(gè)性化股骨植入體，人工髖關(guān)節(jié)的臼杯幼健、頸椎椎間融合器和頸椎人工椎體兄存。

骨科植入物究竟是怎樣“打印”出來(lái)的呢？第一步把采集到的骨頭大小卑雁、形狀等數(shù)據(jù)通過(guò)3D技術(shù)打印出完全吻合的模型募书。第二步根據(jù)模型設(shè)計(jì)出手術(shù)方案，在模型上標(biāo)注手術(shù)的螺釘孔测蹲，實(shí)現(xiàn)手術(shù)精準(zhǔn)化莹捡。最后為病人進(jìn)行手術(shù)鬼吵，將鈦合金植入物植入患者體內(nèi)。

深圳市第二人民醫(yī)院利用3D打印技術(shù)制備出與患者肩胛骨完全匹配的鈦合金假體篮赢，打造了一個(gè)新的“鐵肩”齿椅。北京大學(xué)第三醫(yī)院骨科主任劉忠軍教授為近40位患者植入了3D打印出來(lái)的鈦合金“骨骼”。

圖2 金屬3D打印牙齒

牙科

牙科启泣，制作牙床媒咳、貼面、假牙和植入物之類的都屬于定制工作种远。因?yàn)闆](méi)有兩個(gè)人的口腔是相同的。通過(guò)金屬3D打印顽耳，醫(yī)生將可以個(gè)性化地訂制適合每個(gè)患者的牙齒坠敷，牙冠等。比如牙科醫(yī)生要為患者安裝一顆假牙今捕，那么只需要通過(guò)掃描獲得患者所需牙齒的數(shù)據(jù)数屁，就可以直接通過(guò)金屬3D打印設(shè)備打印出相匹配的假牙，省去了很多中間環(huán)節(jié)希咒，這樣打印出的產(chǎn)品會(huì)非常精確透格。因?yàn)殁伨哂辛己玫纳锵嗳菪裕遭伂F(xiàn)在已經(jīng)成為醫(yī)療上常用的人體骨骼替代材料顺良。例如用作假牙等韭拙，其制作方法也與骨科植入物一致。

金屬3D打印技術(shù)具有個(gè)性化些栅，效率高等特點(diǎn)祥扒，在醫(yī)療行業(yè)也開始得到應(yīng)用，例如骨科至沸、牙科鼻蟆。隨著金屬3D技術(shù)的不斷發(fā)展，相信更多的醫(yī)療產(chǎn)品采用這種新的制造工藝盖扔。這種新的制造技術(shù)也一定加快醫(yī)療器械產(chǎn)品的研發(fā)和制造匀油，降低產(chǎn)品研發(fā)創(chuàng)新成本，并縮短研發(fā)周期勾笆，從而推動(dòng)醫(yī)療器械整體發(fā)展敌蚜。

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