快速成型(Rapid Prototyping—RP)技術(shù)是采用離散/堆積成型的原理，由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的通過(guò)疊加成型方法快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。其過(guò)程是先由三維CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型，根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，把三維電子模型變成二維平面信息，在微機(jī)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(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘接而成型。快速成型技術(shù)體系可分解為幾個(gè)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(zhuǎn)換、原型制造、物性轉(zhuǎn)換等。

　　快速成型工藝具有快速響應(yīng)性和高度柔性，可以制造任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體，自動(dòng)化的成型過(guò)程由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)，無(wú)需專用夾具或工具，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造高度一體化。目前在新產(chǎn)品快速研制開發(fā)、實(shí)驗(yàn)分析、模型制造、快速模具、快速鑄造等方面得到推廣應(yīng)用，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也得到大量應(yīng)用。

　　1贗復(fù)體快速成型制造技術(shù)

　　1.1 概況

　　隨著快速成型技術(shù)的不斷發(fā)展，有許多學(xué)者將快速成型應(yīng)用到口腔頜面贗復(fù)體的制作上，可以準(zhǔn)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(qiáng)度，改進(jìn)了頜面部贗復(fù)體的制作工藝。對(duì)于選擇手術(shù)修復(fù)的患者，RP法制作的模型可以幫助醫(yī)生進(jìn)行術(shù)前定位，便于醫(yī)患溝通，了解手術(shù)后的情況;對(duì)于用種植體進(jìn)行贗復(fù)體固位的患者，術(shù)前利用模型確定贗復(fù)體位置，確定在贗復(fù)體最厚的部位隱藏種植體，使種植體達(dá)到最完美、最有功能的位置。另外，由于贗復(fù)體用硅橡膠材料自身的局限性及頜面部贗復(fù)體暴露在外部的原因，贗復(fù)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(fù)體，采用RP技術(shù)后，醫(yī)師不再需要重新雕刻贗復(fù)體，而只需將以前儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)重新加工即可制得與原贗復(fù)體同樣的贗復(fù)體。這樣，大大方便了醫(yī)患雙方，降低了反復(fù)制作的成本。

　　快速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用達(dá)到12%左右，僅次于汽車(13%)，航空(13%)，商用機(jī)械(13%)，具有極大的技術(shù)應(yīng)用發(fā)展?jié)摿ΑＴ谕ㄟ^(guò)激光掃描技術(shù)獲得人體五官的三維重建數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用RP技術(shù)對(duì)石膏模型進(jìn)行三維實(shí)體重建，為頜面缺損修復(fù)學(xué)提供一種新的思路和方法。美國(guó)、歐洲、澳大利亞、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)用研制出的材料和技術(shù)做出了眼、耳、鼻等人體五官贗復(fù)體，實(shí)現(xiàn)了形態(tài)仿真、色彩仿真、質(zhì)感仿真以及功能仿真，達(dá)到了以假亂真的程度。

　　RP技術(shù)不僅可以制作實(shí)體陽(yáng)模，還可以由計(jì)算機(jī)快速生成相應(yīng)的陰模數(shù)據(jù)，并制作陰模，有利于臨床保存相應(yīng)的五官數(shù)據(jù)并多次制作五官贗復(fù)體。這樣，醫(yī)院可為患者保留相應(yīng)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(shí)間內(nèi)制作完成。用這種技術(shù)制作的修復(fù)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(lái)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)也為患者節(jié)約了治療費(fèi)用。在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高度發(fā)達(dá)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(shí)間，應(yīng)用前景良好。

　　1.2 贗復(fù)體快速成型制造方法

　　目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用RP技術(shù)制作贗復(fù)體的實(shí)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(shí)體制造(Laminated Objeet Manufacturing—LOM)方法制作與下頜骨及牙列標(biāo)本模型幾何相似性良好的紙質(zhì)實(shí)物模型。在康復(fù)工程上，根據(jù)CT掃描信息，應(yīng)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(jìn)行手術(shù)模擬、人體骨關(guān)節(jié)的配制，顱骨修復(fù)。SLA型快速成型機(jī)加工的產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)比較昂貴，而FDM型機(jī)加工的產(chǎn)品除價(jià)格比較貴外，由于產(chǎn)品在熔融狀態(tài)下逐漸固化，相對(duì)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(fù)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(zhuǎn)換為蠟?zāi)Ｐ停缓蟛拍苓M(jìn)行皮紋的雕刻，之后給患者試戴，滿意后進(jìn)行包埋，替換硅橡膠。

　　以上各種RP方法制作的模型在轉(zhuǎn)換贗復(fù)體蠟型時(shí)，周期長(zhǎng)、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(jié)(Selective Laser Sintering--SLS)快速成型方法直接制取生物贗復(fù)體用蠟?zāi)＃俳Y(jié)合石膏型充填注射硅橡膠成模技術(shù)得到病人可直接佩戴的贗復(fù)體，克服了以上方法的缺點(diǎn)，臨床應(yīng)用可操作性強(qiáng)，具有推廣意義。

　　2選區(qū)激光燒結(jié)制造贗復(fù)體技術(shù)

　　2.1 SLS制作贗復(fù)體原型蠟?zāi)?/P>

　　中北大學(xué)快速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了適于人體五官贗復(fù)體原型快速制作的成型粉末材料復(fù)合蠟粉，并對(duì)其SLS成型工藝和成型件后處理工藝進(jìn)行了試驗(yàn)研究。在自行開發(fā)的HLP一3501點(diǎn)掃描激光成型機(jī)上，對(duì)復(fù)合蠟粉選區(qū)激光燒結(jié)成型工藝參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)研究，包括預(yù)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(guān)系，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝參數(shù)優(yōu)化;通過(guò)后處理工藝試驗(yàn)，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(duì)成型件進(jìn)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(fù)體的后續(xù)制作T藝要求的蠟?zāi)?如圖1所示)。

　　圖1贗復(fù)體原型蠟?zāi)?/P>

　　2.2蠟?zāi)７期I復(fù)體

　　中北大學(xué)快速成型技術(shù)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用SLS方法燒結(jié)新型復(fù)合蠟粉直接制作符合要求的人體五官贗復(fù)體原型蠟?zāi)＃M(jìn)行贗復(fù)體的制作，作為醫(yī)療手術(shù)輔助手段或經(jīng)過(guò)翻模制得五官贗復(fù)體直接用于人體器官的缺損修復(fù)。人體五官贗復(fù)體的制作技術(shù)路線如下：

　　制取患者健側(cè)(如單側(cè)耳缺失)或是原器官(如鼻缺損)的印模模型→將模型進(jìn)行激光掃描或?qū)游鲆垣@得點(diǎn)云數(shù)據(jù)→在Surfacer軟件中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行修正→Geomagic軟件中進(jìn)行三維重建，并鏡射出患側(cè)的實(shí)體模型，輸出STL文件→快速成型機(jī)加工出蠟實(shí)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(fù)體。

　　選取美國(guó)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(fù)體的成型材料。依據(jù)患者臨床皮膚比色結(jié)果進(jìn)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(shí)遵循少量多次的原則，同時(shí)與患者的皮膚進(jìn)行比較，直至與配色對(duì)比區(qū)域的顏色基本相似為止。在本實(shí)驗(yàn)室的真空注型機(jī)(如圖2)中將成型材料攪拌均勻至無(wú)氣泡冒出，進(jìn)行真空澆注，待其自然固化后，取出硅橡膠贗復(fù)體。然后對(duì)其進(jìn)行后處理，去除表面粘附的殘留物，用眼科剪、尖手術(shù)刀片等修去表面的硅膠小瘤，剪除過(guò)長(zhǎng)的菲邊邊緣，得到硅橡膠贗復(fù)體制樣(如圖3所示)。

　　圖2真空注型機(jī)

　　圖3硅膠贗復(fù)體制樣

　　3 結(jié)語(yǔ)

　　1)快速成型技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別是在人體五官贗復(fù)體快速制作方面得到成熟應(yīng)用，大大方便了醫(yī)患雙方，降低了反復(fù)制作的成本;

　　2)應(yīng)用SLS方法燒結(jié)新型復(fù)合蠟粉直接制作了人體五官贗復(fù)體原型蠟?zāi)＃捎谜婵諠沧⒎绞降玫节I復(fù)體樣件;

　　3)SLS方法不需要中間模型轉(zhuǎn)換，減少了其他RP工藝制作贗復(fù)體需要翻制蠟?zāi)５戎虚g環(huán)節(jié)，縮短制作周期，減小復(fù)原誤差，降低贗復(fù)體制作成本，在人造五官醫(yī)學(xué)假體特別是整容術(shù)贗復(fù)體的設(shè)計(jì)及制造方面，具有良好的應(yīng)用前景。