快速成型(Rapid Prototyping—RP)技術是采用離散/堆積成型的原理，由CAD模型直接驅動的通過疊加成型方法快速制造任意復雜形狀三維實體的技術總稱。其過程是先由三維CAD軟件設計出所需要零件的計算機三維曲面或實體模型，根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進行分層，把三維電子模型變成二維平面信息，在微機控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個薄層并使它們自動粘接而成型。快速成型技術體系可分解為幾個彼此聯(lián)系的基本環(huán)節(jié)：三維CAD造型、反求工程、數(shù)據(jù)轉換、原型制造、物性轉換等。

　　快速成型工藝具有快速響應性和高度柔性，可以制造任意復雜形狀的三維實體，自動化的成型過程由CAD模型直接驅動，無需專用夾具或工具，實現(xiàn)了設計制造高度一體化。目前在新產(chǎn)品快速研制開發(fā)、實驗分析、模型制造、快速模具、快速鑄造等方面得到推廣應用，在醫(yī)學領域也得到大量應用。

　　1贗復體快速成型制造技術

　　1.1 概況

　　隨著快速成型技術的不斷發(fā)展，有許多學者將快速成型應用到口腔頜面贗復體的制作上，可以準確、逼真地再現(xiàn)患者的缺損處組織，大大降低了醫(yī)師的工作強度，改進了頜面部贗復體的制作工藝。對于選擇手術修復的患者，RP法制作的模型可以幫助醫(yī)生進行術前定位，便于醫(yī)患溝通，了解手術后的情況;對于用種植體進行贗復體固位的患者，術前利用模型確定贗復體位置，確定在贗復體最厚的部位隱藏種植體，使種植體達到最完美、最有功能的位置。另外，由于贗復體用硅橡膠材料自身的局限性及頜面部贗復體暴露在外部的原因，贗復體的老化現(xiàn)象目前還不可避免，患者需要在3到5年后更換一次贗復體，采用RP技術后，醫(yī)師不再需要重新雕刻贗復體，而只需將以前儲存的數(shù)據(jù)重新加工即可制得與原贗復體同樣的贗復體。這樣，大大方便了醫(yī)患雙方，降低了反復制作的成本。

　　快速成型技術在醫(yī)學領域的應用達到12%左右，僅次于汽車(13%)，航空(13%)，商用機械(13%)，具有極大的技術應用發(fā)展?jié)摿ΑＴ谕ㄟ^激光掃描技術獲得人體五官的三維重建數(shù)據(jù)的基礎上，應用RP技術對石膏模型進行三維實體重建，為頜面缺損修復學提供一種新的思路和方法。美國、歐洲、澳大利亞、日本等發(fā)達國家的研究機構用研制出的材料和技術做出了眼、耳、鼻等人體五官贗復體，實現(xiàn)了形態(tài)仿真、色彩仿真、質(zhì)感仿真以及功能仿真，達到了以假亂真的程度。

　　RP技術不僅可以制作實體陽模，還可以由計算機快速生成相應的陰模數(shù)據(jù)，并制作陰模，有利于臨床保存相應的五官數(shù)據(jù)并多次制作五官贗復體。這樣，醫(yī)院可為患者保留相應的醫(yī)療數(shù)據(jù)及資料，一旦患者需重新制作，即可在較短的時間內(nèi)制作完成。用這種技術制作的修復體，每次的作品完全一致，但是隨著制作次數(shù)的增加，制作成本卻在不斷地降低，為醫(yī)院帶來經(jīng)濟效益的同時也為患者節(jié)約了治療費用。在信息技術和網(wǎng)絡技術高度發(fā)達的今天，這種醫(yī)療方式方法大大提高了工作效率，節(jié)約了時間，應用前景良好。

　　1.2 贗復體快速成型制造方法

　　目前，國內(nèi)外應用RP技術制作贗復體的實例有用熔融沉積制造(Fused Deposition Modeling—FDM)法制作耳廓的尼龍模型;有用光固化(Stereo Lithography Apparatus—SLA)法制作鼻及眼眶部的樹脂模型;用分層實體制造(Laminated Objeet Manufacturing—LOM)方法制作與下頜骨及牙列標本模型幾何相似性良好的紙質(zhì)實物模型。在康復工程上，根據(jù)CT掃描信息，應用FDM決速成型方法可以快速制造人體的骨骼(如顱骨、牙齒)和軟組織(如腎)等模型，并且不同部位采用不同顏色的材料成形，病變組織采用醒目顏色，可以進行手術模擬、人體骨關節(jié)的配制，顱骨修復。SLA型快速成型機加工的產(chǎn)品價格相對比較昂貴，而FDM型機加工的產(chǎn)品除價格比較貴外，由于產(chǎn)品在熔融狀態(tài)下逐漸固化，相對SLA和LOM法其產(chǎn)品的表面精度較低。

　　一般用于顏面部五官贗復體的最終材料是硅橡膠，且需要在最后的蠟型上雕刻皮膚紋理，不管是SLA的樹脂，還是FDM的尼龍。都需要再轉換為蠟模型，然后才能進行皮紋的雕刻，之后給患者試戴，滿意后進行包埋，替換硅橡膠。

　　以上各種RP方法制作的模型在轉換贗復體蠟型時，周期長、成本高，而且中間環(huán)節(jié)較多，造成精度低、仿真性差等不足。采用選區(qū)激光燒結(Selective Laser Sintering--SLS)快速成型方法直接制取生物贗復體用蠟模，再結合石膏型充填注射硅橡膠成模技術得到病人可直接佩戴的贗復體，克服了以上方法的缺點，臨床應用可操作性強，具有推廣意義。

　　2選區(qū)激光燒結制造贗復體技術

　　2.1 SLS制作贗復體原型蠟模

　　中北大學快速成型技術實驗室開發(fā)了適于人體五官贗復體原型快速制作的成型粉末材料復合蠟粉，并對其SLS成型工藝和成型件后處理工藝進行了試驗研究。在自行開發(fā)的HLP一3501點掃描激光成型機上，對復合蠟粉選區(qū)激光燒結成型工藝參數(shù)進行試驗研究，包括預熱溫度、鋪粉層厚度、激光功率、激光掃描速度、掃描方向等因素之間的匹配關系，在此基礎上進行工藝參數(shù)優(yōu)化;通過后處理工藝試驗，開發(fā)具體的浸蠟工藝方案，制定成型件的后處理工藝規(guī)程，采用浸蠟工藝對成型件進行后處理，提高成型件表面光潔度，獲得成型質(zhì)量滿足贗復體的后續(xù)制作T藝要求的蠟模(如圖1所示)。

　　圖1贗復體原型蠟模

　　2.2蠟模翻制贗復體

　　中北大學快速成型技術實驗室應用SLS方法燒結新型復合蠟粉直接制作符合要求的人體五官贗復體原型蠟模，進行贗復體的制作，作為醫(yī)療手術輔助手段或經(jīng)過翻模制得五官贗復體直接用于人體器官的缺損修復。人體五官贗復體的制作技術路線如下：

　　制取患者健側(如單側耳缺失)或是原器官(如鼻缺損)的印模模型→將模型進行激光掃描或層析以獲得點云數(shù)據(jù)→在Surfacer軟件中對點云數(shù)據(jù)進行修正→Geomagic軟件中進行三維重建，并鏡射出患側的實體模型，輸出STL文件→快速成型機加工出蠟實體→在模型上試合并雕刻皮紋→包埋、沖盒去蠟，充填硅橡膠→開盒，修除飛邊→硅橡膠染色→病人佩戴贗復體。

　　選取美國道康寧公司的MDX4—4210硅橡膠，添加10%的硅橡膠膠聯(lián)劑后混合并攪拌均勻，所獲得的混合材料作為贗復體的成型材料。依據(jù)患者臨床皮膚比色結果進行硅膠內(nèi)著色。一般選用油畫類顏料中的黃、褐、白等色調(diào)添加到MDX4—4210硅橡膠的基膠中，加顏料時遵循少量多次的原則，同時與患者的皮膚進行比較，直至與配色對比區(qū)域的顏色基本相似為止。在本實驗室的真空注型機(如圖2)中將成型材料攪拌均勻至無氣泡冒出，進行真空澆注，待其自然固化后，取出硅橡膠贗復體。然后對其進行后處理，去除表面粘附的殘留物，用眼科剪、尖手術刀片等修去表面的硅膠小瘤，剪除過長的菲邊邊緣，得到硅橡膠贗復體制樣(如圖3所示)。

　　圖2真空注型機

　　圖3硅膠贗復體制樣

　　3 結語

　　1)快速成型技術在醫(yī)學領域，特別是在人體五官贗復體快速制作方面得到成熟應用，大大方便了醫(yī)患雙方，降低了反復制作的成本;

　　2)應用SLS方法燒結新型復合蠟粉直接制作了人體五官贗復體原型蠟模，采用真空澆注方式得到贗復體樣件;

　　3)SLS方法不需要中間模型轉換，減少了其他RP工藝制作贗復體需要翻制蠟模等中間環(huán)節(jié)，縮短制作周期，減小復原誤差，降低贗復體制作成本，在人造五官醫(yī)學假體特別是整容術贗復體的設計及制造方面，具有良好的應用前景。