3D打印如何成就隐形牙套？
车间里一排排联泰光固化3D打印机无声而紧张地运行着，每10个小时就有一盘排得密密匝匝的牙齿模型“出炉”，随后进入到透明牙套的加工环节……这里是位于嘉兴某工业园区的一个隐形牙套生产基地，每天，有成千上万个3D打印牙齿模型在这里面世，为全国各地的患者实现迅捷精确的隐形牙套订制服务。
本期，探访了中国最大的隐形牙套生产商之一——上海正雅齿科科技有限公司(以下简称“正雅”)，为你揭秘3D打印个性化技术如何挖掘口腔正畸这座“富矿”。
隐形牙套：为3D打印而生
正雅的生产车间仿佛一个忙碌的集散中心。货架上陈列着全国各地口腔医院和诊所寄来的患者口腔印模，经过一系列精密的加工处理流程，做好的隐形牙套又从这里启程被发往医生手中。
正雅总经理姚峻峰向我们介绍，整个隐形牙套的生产流程大致分为“印模-扫描-3D建模-数字化模拟矫正设计-3D打印牙模-牙套加工-清洗消毒”几大环节。3D打印在整个流程中，主要承担着批量定制不同矫正阶段牙齿模型的功能。牙齿模型制作后，再利用热塑成型工艺将透明膜片包裹在模型上，从而制作出适合患者的隐形牙套。“通过对患者口腔数据的分析，我们医学部的专业人员会结合软件进行排牙设计，例如每次每颗牙齿移动0.2-0.3毫米，或者扭转3-5度等，从而得到不同矫正阶段的口腔模型数据，再利用3D打印技术一次批量打印出来。”
通常，一个患者需要更换30-40副左右的隐形牙套，通过对牙齿持续形成的轻力，达到矫正的效果。30-40副隐形牙套意味着需要打印30-40个矫正牙齿模型，每个模型之间只有非常细小的差别。“如果采用传统加工方式，根本无法在短时间内为患者量身定做和批量化生产矫正模型。3D打印作为一种数字化成型技术，能将任何数字化的设计转化为实物，而SLA 3D打印技术恰恰满足了个性化和批量生产这两种条件。可以说，隐形牙套是一个因3D打印而生的行业。”姚峻峰解释。
十多年前，他的企业和国外同行同时起步，随着国内口腔正畸市场的方兴未艾，他的企业也正在迎来春天。
10年长跑，方兴未艾
2004年，姚峻峰从英国留学回国。当时他的父亲是国内一家专业生产定制型人工关节的企业负责人，已经开始采用3D打印进行个性化关节的打样，这也让他对这个技术有着天然的亲近感。那一年，全球最大的隐形牙套生产商隐适美(invisalign)正在大洋彼岸兴起。姚峻峰敏锐察觉到这个市场的巨大潜力，锁定了利用3D打印制作隐形牙套这个方向，并将父亲获得国家科技进步二等奖的《CAD/CAM个性化假体制造技术》做二次研发，引入到口腔正畸领域的器械产品中来。
从2004年到2009年，姚峻峰率领他的团队从零起步，和当时国内的一些3D打印服务商合作积累临床应用。2010年，正雅在大量临床案例基础上成功申报医疗机械生产证，并开始小规模在市场销售。2013年，是3D打印正式进入公众视野的一年，也就是在这一年，正雅获得一笔天使投资，开始引入上海联泰的光固化3D打印设备并扩大生产规模。2015年，公司获得A轮投资，嘉兴的工厂扩大至2500平米，员工人数达到190人。目前，正雅的病例达到一年7000-8000例，销售额近5000万，成为国内为数不多的佼佼者之一。尽管产品销量在国内隐形正畸市场占有率已经达到25%，但姚峻峰谦虚地表示，相比已经占全球正畸市场四成份额的隐适美和它每年60万例病例的体量，正雅“现在还只是他的零头，量还很小”。
软件和设备：缺一不可
隐形矫正是一种数字化医疗，如何实现精确地“数字化”?软件和设备支持缺一不可。姚峻峰特别提到了公司的医学部。具体来说，医学部需要根据数字化患者牙颌数据，以及患者的面相、口内照、全口X光片、头颅侧位光片等，来评估患者口腔状况，并做模拟矫正设计。
“和传统矫正方式不一样，隐形矫正有一个数字化转化的过程。医学部需要和临床医生及患者进行充分沟通，帮助医生确定方案，将医生的想法变为现实。所以医学部设计人员既要懂得口腔正畸的技术，也要了解矫正的原理。这个团队可以说是正雅最核心的部门。”
目前，公司拥有一支由20多人组成的软件研发团队，其开发的多项核心软件技术获得国家软件著作权登记。自主研发软件包括数字化正畸设计、颅骨影像测量、个性化托槽设计等三款软件产品。截止目前，公司拥有各类知识产权近100件，其中，发明、实用新型、外观设计专利或专利申请数70余件，计算机软件著作权登记近10件。
在打印设备的选择上，由于需要高强度持续运转，打印效率和稳定性无疑是最关键的。姚峻峰介绍，公司最早购买的以色列的Object二手机，但打印喷头容易劳损，维护成本非常高。通过各种比较，最终他们选择了联泰的光固化3D打印机。“光固化3D打印层厚精度可以达到0.1毫米，完全能满足牙齿模型的打印要求。成型面尺寸较大，一次可以打印一百多个牙齿模型。光敏树脂材料相对成本较低，强度较高，基本没有毒性。无论从成本、精度、效率、稳定性和安全性来看，SLA都是不二选择。国外的龙头企业隐适美采用的也是类似的光固化技术。”他尤其提到了3D打印设备的服务，“设备在出现故障时及时维护，并根据我们的反馈进行各种改进，对于企业生产稳定及产品性能提升很重要。”
风头正劲的3D打印齿科应用
根据一份市场报告，2015年3D打印在牙科行业的市场规模为7.21亿美元，主要应用于制造牙冠、牙桥、牙科模型和隐形矫正器。预计到2016年，3D打印在牙科行业的市场规模将达到9.78亿美元，2020年将超过23亿美元。
这个趋势在姚峻峰所在的企业也得到了验证。他认为，随着社会生活水平的提升，口腔正畸需求量正在快速增长。如全国最大的民营口腔连锁拜博通过联想投资，短短两年时间规模达到了200家。相比传统正畸方法，隐形牙套因为佩戴美观舒适便利，受到青少年、白领等人群欢迎。同时，因为降低了医生对临床技术的要求及维护成本，也受到医生的认可。
“国内市场才刚刚起步。”姚峻峰举了个例子：“美国青少年口腔正畸比例30-40%，而中国一个班上50个学生可能只有1个会去做，比例非常低。从我们接触的医生群体来看，正畸的患者数量这两年是逐年翻倍的。同时透过隐适美在全球的销量，以及正雅和国内其他同行的销量来看，近年来业务量也是100%增长。随着国民生活水平的提高，我们预计隐形矫正市场将迎来爆发式增长。”
除了隐形矫正外，用3D打印技术制作牙冠、牙桥、义齿等也正在齿科领域兴起。
3D打印未来将扮演什么角色?
姚峻峰认为，要满足未来大批量的快速生产，一定要改变企业劳动密集型的现状，提高整个生产流程包括3D打印的自动化水平。“3D打印是一种个性化生产，而个性化生产没有统一规格，因为每个患者的牙间距离都是不同的。要提高生产效率、保证质量、压缩成本，就要求我们在生产过程中尽量标准化和自动化，排除人为因素。”目前公司新引进的一批机器人正在调试中，他的目标是一年后，实现人员减少一半、产能一倍。
“隐适美基本上全部实现了自动化，从3D打印出来后到矫治器加工到清洗包装已经全部自动化。80年代我们看国外彩电、汽车生产线，觉得很高大上，这些年我们自己已经将这些变成了现实。隐形牙套也可以做到。”
他坦言，目前利用3D打印技术生产隐形牙套整个过程还是比较繁琐，如果3D打印材料足够先进，可以直接打印透明材料，将是“最终方向和最理想的状态”。但这需要材料既能满足3D打印需求，又能满足生物相容性、弹性等要求，对材料的要求将非常高。而材料作为一门基础学科，国内现阶段还比较薄弱，这也是制约3D打印行业发展的一块短板。
据介绍，目前整套矫正器的成本为万元以内，面向终端消费者大概在2-3万左右。美国临床收费大概5000-7000美元，相当于当地一个白领两个月工资。相对传统托槽式矫正器万元左右的售价，隐形牙套价格在中国相对而言还较高。“一方面是3D打印作为一种新技术使用成本比较高，另一方面是医生执医成本高，需要长时间的服务周期和人力成本。但是我相信随着技术进步、材料价格的下降，价格一定会有下降空间。”
临床终端消费大约在3-5万之间，美国临床终端收费大约在5000-7000美元，相当于当地一个白领两个月工资。他相信作为一项新兴技术，3D打印本身在效率提升上还有很多文章可以做。“牙模是中空打印，但因为目前光敏材料在打印薄壁模型时强度不够，所以打得比较厚。如果材料足够坚硬，打一毫米就够了，可以节约大量成本和时间。”“现在交货周期在6个工作日，如果能通过3D打印速度的提升及整个流程自动化的提升，降低到5个小时、3个小时，实现今天取模，明天交货，就可以最大程度压缩患者等待周期。”
与此同时，他也在思索，如何通过提升软件效率提高自动化程度。谷歌人工智能“AlphaGo”战胜人类围棋高手给了他很大启发，人工智能是基于海量棋谱等大数据上的算法实现的。“矫正排牙设计是否能通过大量病例数据，找到和患者类似的方案做为参考，而减少人工干预，实现自动排牙呢?这个环节以后一定会实现。”
目前，隐形矫正在国内市场的份额还不到5%，而美国这个数字是20-25%，预计将来可达到50%。“参考美国，我们还有很多倍去翻，空间很大。”姚峻峰说道。
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