3D 打印是通过计算机辅助技术模拟设计3D 结构，并用各种材料逐层堆积成真实的物体，是一种增材制造技术。与传统失蜡铸造法和计算机减材制造法相比，3D 打印具有工艺优势，能够缩短供应链，降低成本，通过产生更少的废物实现可持续的过程，但在表面质量、机械性能和尺寸精度等方面，3D 打印技术有待提高。
在口腔正畸领域，数字化3D 打印技术(简称3D打印技术)已经得到广泛运用，3D 打印技术继承错颌畸形的矫治理念，摒弃传统诊断、设计、制作方法，利用计算机辅助诊断、个性化设计、数字化成型技术，根据口腔内复杂情况快速制作个性化矫治器，能够提高患者舒适度以及治疗效率，同时推动正畸治疗向个性化与精准化转变，为正畸治疗带来了极大的便利。本文将综述3D 打印技术在口腔正畸领域中的运用。
1.3D 打印技术概述
目前在口腔正畸领域常用的3D 打印技术有立体光刻(stereolithography，SLA)、数字光处理(digital light processing，DLP)、选择性激光烧结(selective laser sintering，SLS)、选择性激光熔化(selective laser melting，SLM)。
1.1 SLA 技术：SLA 技术以液体光敏树脂为原料，用特定波长与强度的激光聚集到光固化原料表面，使之由点到线，由线到面次序固化，完成一个层面的绘图作业，然后升降台在笔直方向移动一个层片的高度，再固化另一个层面，这样层层叠加构成一个三维实体。SLA技术主要使用光固化树脂、陶瓷、水凝胶材料进行打印，其成形速度较快，精度较高，但需要支撑结构，并且固化进程中材料会发生收缩，因此会发生应力或导致形变，主要用于牙科种植导板、咬合垫、矫治器等的制作。
1.2 DLP 技术：DLP 技术与SLA 技术类似，但DLP 技术是采用数字微镜系统即时光照至整个打印层的横截面，因此打印速度较SLA 技术快。DLP 打印机一个微镜对应一个像素点，但微镜数量有限，因此打印平台一旦增大，就会导致其打印精度降低。DLP 技术所使用的材料与SLA 技术一致，其成型效率高，成本较低，在相同打印面积下换用高分辨率的芯片打印精度更高，主要用于模型打印以及手术导板的制作。
1.3 SLS 技术：SLS 技术是将打印的粉末材料放置在打印平台上，用刀片或滚轮将粉末铺展成薄层。随着打印平台的降低，激光束选择性地烧结粉末使其凝固。一旦一层打印完成，成型活塞下降，在最近烧结层上方继续平铺一层新的粉末材料，这一过程逐层进行，直至打印完毕。
SLS 技术使用聚合物进行打印，最常见的聚合物是尼龙，它具有质量轻而强度高的特点。其他一些聚合物包括聚醚酮、聚芳醚酮、聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、聚苯乙烯和热塑性弹性体聚氨酯。SLS 应用材料广泛，适用于中小型件，但成型速度慢，后处理较为复杂，适用于排牙模型的制作。
1.4 SLM 技术：SLM 技术在SLS 技术的基础之上发展而来，区别在于SLS 以完全融化的方式连接粉末，而SLM 则是部分熔融。SLM 技术可使用金属粉末，包括铝、金、铂、钯和纯钛等纯金属以及钴铬、钛合金和不锈钢等金属合金。利用SLM 技术可快速打印复杂器件，与传统工艺相比，其打印的器件力学性能优异、精确度高，通常用来制作金属托槽。
2. 3D 打印技术在正畸领域的应用
2.1 数字模型的制作：牙颌模型是正畸治疗中不可替代的诊断依据，也是保护医生自身权益的法律工具。传统牙颌模型存在制作时间长、舒适性差、储存难、易变形等问题。随着3D 打印技术在正畸领域的应用，数字化模型应运而生，目前临床上使用树脂材料进行3D 打印的数字模型逐渐取代石膏模型，该方式克服了传统制备方法的缺点并能够进行资源共享。
此外，数字模型的取模可以提高患者舒适度，能够自由选择口腔取模的起止点，对于患有牙周疾病的患者，还可降低对牙周组织的损伤。在模型精度方面，Baciu 等使用三维扫描仪扫描石膏模型获取STL 文件，通过AsigaComposer 软件1.2 版将文件导入DLP 快速成型设备打印数字模型，最后将其与石膏模型进行对比测量，研究结果发现二者精度相当。
3D 打印技术在牙颌模型方面的应用使得数字模型可以与影像学检查相结合，帮助医生进行病因诊断和矫正方法的设计，预测矫正方案带来的牙齿变化，并打印出排牙或阶段模型，有效保障临床治疗的准确性、安全性以及有效性，也为正畸咨询及多专家联合诊断与治疗提供了新的可能。
2.2 3D 打印技术在矫治器制作的应用：3D 打印矫治器的制作需要利用口腔扫描设备获取患者口腔模型数据，三维设计软件(如Mimics 软件)设计所需矫治器，再将得到的计算机辅助设计(computer-aided design，CAD)数据转化为STL 格式，并利用分层切片软件将其进行分层处理并导入3D 打印设备，最后打印成品。
与传统工艺相比，3D 打印技术可根据患者情况进行设计并制作出复杂且精度高的矫治器，从而节省医生椅旁操作时间以及提高患者的舒适度。此外，在设计过程中3D 打印技术可直接使用计算机对矫治器进行精细优化调整，将其数据保存在数据库中，需要时即可直接打印，节省时间和人力成本；在制造过程中，3D 打印技术可实现批量制作，缩短生产周期，通过数字设计后直接3D 打印的步骤有限以及不需打印树脂模型，因此减少了材料浪费。
2.2.1 唇侧托槽的制作：目前临床所用的唇侧托槽都是基于正常牙齿平均数值，采用直丝弓矫治技术预调矫治器进行设计，再经过失蜡铸造法加工而成。然而，不同患者的唇侧牙面解剖形态存在差异，无法适用于所有人的牙齿，因此对个别人群而言，粘接强度、治疗效果以及所需时间有所不同。
随着3D 打印技术在唇侧托槽制作的应用，可根据患者口内不同的情况进行设计并打印个性化唇侧托槽，提高医生工作及治疗效率。目前使用3D 打印技术制作唇侧托槽的热点聚焦于美学，在此方面常用的材料主要有树脂和陶瓷并使用立体光固化技术(包括SLA、DLP)制作，树脂材料由于内源性与外源性色素的影响导致其不足以满足美学正畸的需要，而陶瓷材料能够满足正畸治疗的美学要求，但由于其较高的弹性模量，容易导致托槽断裂以及去除托槽时易出现牙釉质断裂。
同时，3D 打印的成本及技术难度也导致了目前还未出现成熟的个性化陶瓷托槽制造技术。3D 打印个性化唇侧托槽的出现使得患者所接受的正畸治疗逐渐向个性化、精准化转变，但是，3D 打印唇侧托槽的技术及材料需进一步改进，并且还需更多的研究来证明其临床疗效和安全性。
2.2.2 无托槽隐形矫治器的制作：无托槽隐形矫治器因其美观舒适被越来越多的患者接受，逐渐流行并成为主流矫治技术。其制作方法是利用计算机将患者数字化模型进行个性化排牙生成各个阶段虚拟模型后使用3D 打印技术打印成型，再结合相应系列的隐形矫治器材料进行热成型，最后修剪、抛光完成。然而，此过程耗时、耗力、耗材，成本高昂，亟需改善。
随着3D 打印技术在正畸领域的应用，可在每个预测阶段的虚拟模型表面直接设计隐形矫治器并将其分解成很薄的二维截面后转化成STL 格式文件，再导入DLP 快速成型设备，最后使用相应材料层层打印出成品，该制作方法不仅可以个性化设计其不同部位的厚度从而影响机械性能，而且大大减少制作时间和成本。
为了对比3D 打印技术与热成型两种不同方法所制作的无托槽隐形矫治器之间的精准度，Koenig等进行了体外研究，研究结果发现利用3D 打印技术所成型的无托槽隐形矫治器精准度更胜一筹，但复杂的口腔生理环境将会使3D 打印所使用的材料发生溶解及尺寸变化。而目前能够满足3D 打印制作无托槽隐形矫治器相关生物相容性标准、半透明性和合适的机械性能的材料只有Tera Harz TC-85 树脂(Graphy，韩国首尔)，但能否应用还需进一步临床实验。
未来，3D 打印技术无疑是制造无托槽隐形矫治器的合适方法，与传统的热成型工艺相比具有多种优势。此外，3D 打印技术能够提供更加高效、个性化的设计过程，进一步提高无托槽隐形矫治器的质量和效率。然而，研发适合3D 打印无托槽隐形矫治器的材料仍是今后需要继续探索的方向。
2.2.3 舌侧托槽的制作：与唇侧和无托槽隐形矫治技术相比，舌侧矫治技术是能够维持生物力学效率以及保持美观的最佳矫治技术。舌侧托槽是采用传统失蜡铸造法批量标准生产，存在费时费力、成本昂贵、粗糙且不精密、需要补偿粘接剂等问题，从而容易刺激牙周组织以及引发舌体肿痛、发音障碍等不良反应。
随着3D 打印技术在正畸领域中的应用，可个性化设计并3D 打印舌侧托槽。与传统舌侧托槽相比，个性化设计的舌侧托槽能够与患者牙齿解剖形态高度吻合，使用少量的粘接剂便可得到强大的粘接力，可以大大降低患者的不适感。
目前国内外学者常用的成型材料为合金及316L 不锈钢粉末，2016 年林泽等常规获取患者的牙颌模型数据，使用计算机排牙并在其上设计个性化舌侧托槽，通过分层切片软件把舌侧托槽的CAD 数据转化成STL 格式文件，再采用SLM 快速成型设备使用合金材料进行分层制造获得个性化舌侧托槽，最后使用其治疗错颌畸形，发现该托槽临床效果更好，并发症更少，患者体验舒适。
随着3D打印技术的进一步革新发展，2022 年房兵等的1 例病例报告发现3D 打印的个性化舌侧托槽及其槽沟使牙列排齐的三维数据更加精确，矫正完牙根的位置与基骨更加契合，牙冠的倾斜度更符合唇颊软组织美学的要求。尽管利用3D 打印技术制作的舌侧托槽优势巨大，但现有的3D 打印制作工艺水平有待提高，成本仍需降低，并且相关临床试验需要进一步完善。
2.2.4 活动矫治器的制作：传统活动矫治器制作需要获取患者口腔模型，再根据石膏模型弯制固位体以及施力部分，整个制作时间与医生椅旁工作时间较长。随着3D 打印技术在正畸领域的发展，2017 年Graf 等根据患者数字化模型设计hyrax 矫治器并使用金属材料进行3D 打印制作，完成后应用于临床取得了良好疗效；而后在2020 年Koizumi 等使用3D 打印技术使用钴铬合金改进并打印hawley 保持器，该保持器容易清洁且耐用，并使患者说话的便利性及舒适性大大提高。但此类活动矫治器所用合金材料硬度高，制作完成后难以调整，并且矫治器不同部位如果需要不同材料，只能在后处理阶段手动铸造或焊接，从而较为费力。
此外，2022 年Graf 等通过3D 打印技术使用生物相容的IIa 类丙烯酸树脂制作twin-block矫治器治疗2 例II 类错合患者，取得良好疗效，但Graf认为还需进一步的研究来评估该矫治器疗效、材料的性能以及无卡环的固位成功率。3D 打印技术在活动矫治器制作的应用大大提高了患者的舒适度、治疗效率以及矫治器精准度，但是用于其制作的材料有限，并需要进一步的实验来验证材料的性能。因此，未来还需要进一步探索和完善3D打印技术在活动矫治器制作中的应用，从而推动精准化正畸向前发展。
2.3 3D 打印技术在微种植体支抗导板制作的应用：微种植体在正畸治疗中能够辅助矫治器对牙齿进行更好的三维方向上移动和控制，被广泛应用于临床。但是，传统的微种植体植入主要依靠医生的个人经验和对全口曲面断层片的理解，同时需要精确确定植入位点和设计植入路径，因此植入难度较大，容易导致邻牙牙根、神经等重要解剖结构损伤，所以微种植体植入时的定位、角度和部位显得十分重要。
锥形束CT(cone beam computer tomography，CBCT)的应用使得医生对于植入部位的判断更精确，避免了二维平片放大、失真、扭曲、重叠等误差。此外，随着3D 打印技术在正畸领域应用的成熟，朱房勇等在2022 年将CT 数据和口内扫描数据相结合设计并3D 打印成型微种植体支抗导板，发现使用导板进行微种植体植入更加精确、可控，提高了微种植体植入后的安全性、稳定性和成功率。然而，由于目前3D 打印技术成本较高，导板的成本也相应增加，因此降低导板成本仍然是需要解决的难题。
2.4 3D 打印技术在间接粘接托槽转移托盘制作的应用：托槽粘接定位于牙齿正确的位置十分重要，而定位的不准确会增加患者就诊次数和矫治时间。为了确保精准定位粘接，临床上常采用间接粘接技术，使用转移托盘来提高粘接的准确性和降低医生椅旁工作时间。
过去使用间接粘接技术粘接托槽常用的转移托盘有硅胶托盘、真空成型托盘。硅胶托盘与真空成型托盘是在患者石膏牙颌模型上定位并粘接托槽，完成后进行模型扫描并3D 打印得到物理模型，然后利用硅胶材料或者牙科膜片制作转移托盘。
随着3D 打印技术在正畸领域的应用，可使用计算机在数字化模型表面虚拟定位托槽、设计数字化转移托盘，最后3D 打印成型。在所需制作时间方面，2020 年Plattner 等证实3D 打印转移托盘制作流程更方便、制作时间更短；在转移托盘的精度方面，有研究证明真空成型托盘的精度最低，而3D 打印转移托盘的精度与硅胶转移托盘基本一致；但在垂直向的定位，3D 打印转移托盘的精度略低于硅胶转移托盘。
数字化3D 打印技术的发展将进一步简化制造3D打印转移托盘的步骤，带来效率提升使其更有利于应用。3D 打印转移托盘未来将为口腔正畸治疗流程的数字化、个性化提供更加便捷和高效的解决方案。
3.展望
随着3D 打印技术不断发展和完善，其在正畸领域中的应用也变得更加广泛和深入。从个性化矫治器的制造到数字化正畸治疗流程的完善，3D 打印技术为正畸治疗提供了前所未有的机会和可能性。虽然3D 打印技术优势巨大，但仍存在一些限制，3D 打印机等设备价格相对较高，而且此类设备以及材料的技术还在快速发展改进之中，因此生产成本相对较高，难以推广应用；同时，3D 打印机材料的选择与其他相关消耗品的选择相对有限，严重限制我们在正畸治疗中打印出具有出色机械性能的矫治器。
然而，随着3D 打印技术的不断发展和完善，我们可以期待更多的正畸矫治器能够通过3D 打印技术进行制造，从而实现更加精准和高效的正畸治疗。同时，新的材料和成型方法的研究与开发也会进一步拓展3D 打印在正畸领域的应用场景，并为正畸治疗与矫治器的个性化定制提供更多选择。在未来，该技术将能够更好地应用于口腔正畸行业，以帮助患者获得更好的治疗效果和生活质量。
