3D打印的手掌模型
工作中的3D打印机统筹：汪万里
文/广州日报全媒体记者陈治家、童丹、汪万里
图 /广州日报全媒体记者石忠情
或许就在并不遥远的未来，当3D打印可以直接打印心脏、角膜、卵巢时，还有什么不能实现？唯一令人遗憾的是，诸多3D生物打印的产物，现在仍只是在体外实验获得成功，还无法真正应用到人体。
“目前，3D打印技术主要还是在手术规划和风险评估、手术导板和辅助器械，以及在康复医疗中有较多应用。”华南理工大学博士、华南协同创新研究院副院长郑华德这样说。
值得一提的是，广东省在生物医疗3D打印方面处于全国领先地位，尤其以华南理工大学王迎军院士领衔的国家人体组织功能重建工程技术研究中心，运用3D打印技术的个性化精准修复技术已在多家医院临床应用，完成数千例难治病症。
实际上，3D打印除了在航空航天、军工、医学等领域应用外，在日常生活中，也不鲜见。3D打印别墅、3D打印鞋子、3D打印醒狮……未来，小型3D打印机一旦普及，人们在家里便可自行打印所需的任何产品。
未来：3D打印人体器官
8月7日上午，东莞松山湖，华南协同创新研究院。郑华德前一天刚从长沙回到广州的家，7日清晨6时多，他又匆匆起床，赶着开车回到了研究院。对于他和他的团队而言，“恨不能一天有48小时”，有太多的事情要忙碌了。
“华南协同创新研究院依托国家人体组织功能重建工程技术研究中心，首期投入2000万元建设了3D打印材料创新中心，第二期又将投入5000万元进一步加强个性化医疗产品相关平台的建设。作为国家工程中心的产业化基地，我们就是要向医疗机构提供口腔修复、种植、正畸、医学模型定制加工和3D打印技术咨询及培训服务等工作。”郑华德说。而未来，他们还有更多的事情要做。
“我们刚刚研发了氧化锆粉体的新的合成方法。”郑华德难掩兴奋地说。氧化锆陶瓷具有高强、高韧、生物相容性好和耐腐蚀等特性，已被广泛应用于临床上对骨修复、颌面及口腔修复。“这个方法一旦成功实施，对于提高国产氧化锆产品品质，解决临床用氧化锆产品依赖进口的问题，提高硬组织修复精准度、提升病患生活质量都非常有意义。”
谈到3D打印技术目前在国内医学领域的应用，他说，常常见诸报道的3D打印人体器官目前还停留在实验阶段，真正应用到人体或许还得10年、20年甚至更久，“但这是我们努力的方向，到那时，医院就成了‘工厂’，人生病了就跟汽车维修更换零件一样，将非常方便”。
辅助：设计最佳手术路径
广东省人民医院、广东省心血管病研究所成立的国内首个心血管医学3D打印医研企联合实验室，正是3D打印在复杂手术规划和风险评估的典型应用。他们已为数十位心血管病人打印了心血管模型，在多个极其复杂的先天性心脏病病种上实施3D模型辅助手术。
广东省人民医院院长、心血管专家庄建，也是华南理工大学医学院的院长。“3D打印出复杂先天性心脏畸形实体中空结构模型，将视觉二维/三维影像，转换成可触、可拆、可切、可任意角度观察的实体模型，清晰立体地呈现出病变部位的解剖特征以及与周围结构的毗邻关系，为术前手术方案的制定提供了更佳的参考依据。”庄建说。
庄建指出，“尽管当前不少学者对3D打印技术应用于心血管领域的价值尚有一定争议，诸如图像信息丢失、不能提供额外解剖发现等。但需注意的是，3D打印所提供的实体模型在其可触、可切、可测方面的价值是当前影像手段所不具备的，而且对于医学教育和临床操作练习方面的价值更是无法替代的”。
南方医科大学的医生韩咏同样认为，“个性化的3D打印心脏模型可以用来辅助医生进行手术规划与预演，设计最佳手术路径，这对部分复杂的结构性心脏病的外科治疗以及一些特殊患者的经导管介入治疗尤为重要”。
韩咏等人期盼，“今后随着研究的推进及技术的发展，将来如果能3D打印出具有完全生物活性的瓣膜、带瓣支架、生物血管支架，儿科心脏病患者就无需再次瓣膜置换或有可能延长需要置换瓣膜的时间，给这些孩子的治疗带来新的希望”。
植入：精细化再生修复是方向
3D打印应用于骨科植入物之前，通常的做法是根据患者的需要采用数控加工或者铸造等材料成型的方法制造出植入物，植入物的生产周期长、能源消耗大、浪费材料且不环保。高昂的植入物器材费和相应的辅助医疗费用使得很多患者难以负担，而且，骨折后植入的钢板，之后还得取出来，患者又得多承受一次痛苦。
而如今，3D打印植入物在医学上已经有了更为广泛的应用。像椎间盘融合器，以前做这样的手术，非常麻烦，效果也不一定好，现在，直接把椎间盘的其中一节打掉，换上一个3D打印的，效果非常好，在髋关节、膝关节等骨科领域，3D打印技术显著提高了疾病诊断准确率和手术成功率。
除此之外，3D打印技术在口腔领域也应用很广。“像3D打印义齿、牙冠等，现在用得非常多，我们之前就和深圳的一家义齿工厂有合作，专门3D打印义齿。”郑华德说。而他们刚刚研发了新合成方法的氧化锆粉体，其中一个作用就可以用来做义齿、牙冠。“现在，齿科用氧化锆原料是进口的，还限量供应，价格非常高”。
“3D打印技术让牙科医生可以直接将牙齿三维数字化模型打印出来用于牙齿医疗，使得牙齿重建、义齿制作、牙冠制作、矫形设备的制造越来越简单化，大大提高了医疗效率，具有很强的社会效益。”东莞一家高档牙科的负责人说。
暨南大学口腔医学院教授、博导赖仁发指出，目前3D打印在口腔颌面部应用较为局限，主要是纯生物材料的3D打印。但他相信，“随着新型生物材料的更新和细胞支架材料制造技术的发展，以组织器官的再生修复为目标的3D生物为颌面部组织的精细化修复是必然发展方向，前景广阔”。
期盼：政策扶持做个性化医疗器械
对于国内众多从事3D打印医疗领域的企业和研发机构而言，设备及材料成本高昂，特殊打印材料的研发缓慢，从获取数据到建模再到打印出模型耗时长，甚至打印的精度问题，随着医学的进步和3D打印技术的发展，都将迎刃而解。
更为困扰他们的是，3D打印在医学过快发展的同时，缺少与之相应的医疗行业技术标准和相关国家政策支持，有些医疗领域还存在法律、伦理风险，不具备普遍化应用机制。“比如，我们3D打印制作出来的医疗产品，想要拿到注册证太难了，而没有证就无法广泛应用。”华南协同创新研究院副院长郑华德说。
“很多医生知道3D打印产品对患者是重大利好，无奈医院本身又没有这个产品，只能向患者推介，让患者自己决定是否自费购买。”
目前国家对于3D打印医学产品是允许走流程申办许可证的，但是这个流程的时间实在太过漫长。“希望把我们这样的研发机构作为个性化医疗器械生产的示范基地，国家给予一定的政策扶植，尽快地让患者用上这样的产品，减少他们的痛苦，也帮助医生更好地开展治疗。”郑华德说。
经典手术：
脊椎侧弯90度他有望挺直腰杆
丁焕文是中国人民解放军广州总医院骨科主任医师，是目前国内开展骨科手术三维数字化设计、个性化手术导航模板和手术器械引导骨科手术研究最早、案例最多的人，15年来已开展数字化精准骨科手术750余例。
今年39岁的患者欧先生，让人印象深刻。欧先生8岁时双膝疼痛，逐渐出现腰部、颈部、双髋活动受限；2012年时确诊强直性脊柱炎，半年前，欧先生还进行了双侧全髋关节置换术。丁焕文接诊后诊断，欧先生得的是强直性脊柱炎、脊柱侧弯与驼背畸形、双髋关节强直畸形。
从照片看，欧先生整个人朝右侧歪了过去，非常难受。“他整个人的脊柱都往右侧歪，差不多呈90度角了。”丁焕文说。对于这样一个患者，要把他的脊柱矫正过来，让他重新站直，在过去几乎不可想象，手术太复杂，难度太大，弄不好人上得了手术台却下不来。
但借助3D打印技术，反复模拟，丁焕文决定试一试。接下这个手术后，医生和技术人员多次协商。术中，气管插管设备是根据患者的特殊情况3D打印制作的；医生切开显露与椎弓根，截骨模板引导个性化三维精准截骨，安装内固定棒、截骨间隙逐步精确闭合、矫正畸形，手术成功了。
如今，欧先生还在漫长的恢复期，尽管还没能马上站立，但在这段痛苦的恢复期过后，他将迎来崭新的人生，第一次站直。
3D打印在医学生物行业中的应用
近年来，3D打印技术在医药生物行业呈爆发式增长，2017年医用3D打印在其各行业应用中所占市场份额达到12.8%。记者了解到，基于差异化需求的3D打印技术能完整地解决医学生物行业的各种问题，其具体应用主要有以下几个方面。
1。在手术规划与风险评估中的应用
复杂而难度高的手术通常需要在术前进行风险评估，评出手术的成功率和意外情况的应对措施。通过3D打印技术，医生可以根据不同的病况将手术需要的相关辅助设备先行打印出来，以便手术专家们讨论或确定最佳进刀（针）点。
2。在手术辅助工具中的应用
手术辅助工具是做手术时辅助医生术前术中确定最佳的进针、落刀点的。目前，医学领域在脊柱椎弓根导航板、儿童先天性骨移植导航板、骨关节导航板以及口牙齿辅助矫形设备等区域应用比较成熟。
3。在口腔医学中的应用
通过3D打印技术，牙科医生在不需要牙科技师的条件下直接将牙齿的三维数字化模型打印出来用于牙齿医疗，大大提高了医疗效率。
4。在康复医疗中应用
3D打印在义肢、假肢、辅助行走器、助听器等模型制作上具有制作时间快、制作成本低、环保无害化等天然优势，并且可根据不同的要求采用不同的材料进行打印。
5。在制药中的应用
相较现有的药物压片方法，3D打印技术制作的药物缓释设备具有无法比拟的优势。3D打印不但能实现多种药材的精准成形和制药时的局部微细控制，制成的药具还有复杂的内部结构可达到预期的药物释放。
3D畅想：
在家打印
所需产品
记者了解到，3D打印除了在航空航天、军工、医学等领域应用外，目前，在日常生活中，也不鲜见。2015年，江苏出现了3D打印的别墅，一套别墅用3D打印机，很快就建成了；在东莞一次展会上，亮眼的水晶鞋，也是3D打印出来的。
3D打印的技术不断发展，一旦应用到日常生活，“那实在是太小儿科了”，东莞从事3D打印的企业不少，多名企业主告诉记者，“比如说给运动员特制鞋子，那就会非常方便，也非常合脚”，各种个性化的产品，各种高难度的设计，都可以轻松地实现。
在国外，3D打印技术的发展，还出现了自行在家打印手枪的情况。对此，几乎所有的3D打印从业人员都有一致的共识，“将来这也是法律要跟上的地方，对于枪支、弹药、刀具等管制物品，应该被禁止3D打印”。
湾区广角
3D批量打印 挑战传统制造业
不久前，全球首个3D打印批量化定制中心在佛山大沥对外开放。3D打印作为一项全新的制造技术，在及时制造、复杂制造、个性化制造、特殊环境下制造、任意制造等方面具有自身的独特优势。而随着3D打印技术的进步，3D批量打印将成为可能。
此次落地广东佛山的3D打印批量化定制中心拥有十多台最先进的惠普工业3D打印机和其他品牌的工业3D打印机，是目前世界上3D批量打印设备最多的机构，3D 打印速度是传统3D打印设备的10倍。
3D批量打印作为一种新兴技术，未来将是传统制造业转型升级的重要途径，而广东作为国家制造业规模最大的身份，大量制造业也面临着艰难转型的困境。未来粤港澳大湾区战略中产业转型升级需求迫切，这正是3D批量打印产业存在的空间。
自3D打印批量化定制中心建设以来，目前已和新能源汽车、眼镜、医疗康复、家用电器等行业合作，更有来自欧美等国家的合作订单，3D 打印已成为传统制造业的正面竞争对手。
3D打印方兴未艾 综合型人才紧缺
中国的3D打印产业仍处于起步发展阶段，其瓶颈集中体现在专业人才、应用和投入缺乏三个方面。湾区3D打印产业链在整体配套上，需要进一步加强材料和应用的开发，同时湾区3D打印综合型人才还非常缺乏。
为使广东的增材制造业位居全国前列，必须突出创新能力的拉动，培养和支持核心3D打印业务企业做强做大，广东在制定3D打印专项扶持政策时，可考虑支持、培养具有创新能力的核心企业为龙头核心，利用产业重大专项资金，用对专利、标准奖励重点倾斜的方式支持企业加强技术创新能力。
同时，在现有政策基础上，重点鼓励此领域企业积极申请各类专利、参与国际标准、国家标准的编制，占领行业制高点，提升广东3D打印产业的核心竞争力和区位优势；将打印设备、耗材、处理软件、应用服务、人才培训、科技金融等资源有机结合，打造良好的3D打印产业生态链。
此外，还可以从技术创新（专利、标准等）、质量保障（ISO9000/QC080000/CQC等）、产品安全（FCC/EMC/CE/ROHS/WEEE/REACH等）、商业模式（电商、O2O、3D打印+）等方面建立门槛和标准，避免同质化和单纯拼价格的低端竞争。