基于3D打印的个性化定制假体

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1SPPC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。


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”。

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