3D打印如何成就隱形牙套？——探訪中國隱形牙套制造大咖上海正雅

來源：3D打印世界

車間里一排排聯(lián)泰光固化3D打印機無聲而緊張地運行著，每10個小時就有一盤排得密密匝匝的牙齒模型“出爐”，隨后進入到透明牙套的加工環(huán)節(jié)……這里是位于嘉興某工業(yè)園區(qū)的一個隱形牙套生產基地，每天，有成千上萬個3D打印牙齒模型在這里面世，為全國各地的患者實現(xiàn)迅捷精確的隱形牙套訂制服務。

本期，探訪了中國最大的隱形牙套生產商之一——上海正雅齒科科技有限公司(以下簡稱“正雅”)，為你揭秘3D打印個性化技術如何挖掘口腔正畸這座“富礦”。

隱形牙套：為3D打印而生

正雅的生產車間仿佛一個忙碌的集散中心。貨架上陳列著全國各地口腔醫(yī)院和診所寄來的患者口腔印模，經(jīng)過一系列精密的加工處理流程，做好的隱形牙套又從這里啟程被發(fā)往醫(yī)生手中。

正雅總經(jīng)理姚峻峰向我們介紹，整個隱形牙套的生產流程大致分為“印模-掃描-3D建模-數(shù)字化模擬矯正設計-3D打印牙模-牙套加工-清洗消毒”幾大環(huán)節(jié)。3D打印在整個流程中，主要承擔著批量定制不同矯正階段牙齒模型的功能。牙齒模型制作后，再利用熱塑成型工藝將透明膜片包裹在模型上，從而制作出適合患者的隱形牙套�！巴ㄟ^對患者口腔數(shù)據(jù)的分析，我們醫(yī)學部的專業(yè)人員會結合軟件進行排牙設計，例如每次每顆牙齒移動0.2-0.3毫米，或者扭轉3-5度等，從而得到不同矯正階段的口腔模型數(shù)據(jù)，再利用3D打印技術一次批量打印出來�！�

通常，一個患者需要更換30-40副左右的隱形牙套，通過對牙齒持續(xù)形成的輕力，達到矯正的效果。30-40副隱形牙套意味著需要打印30-40個矯正牙齒模型，每個模型之間只有非常細小的差別�！叭绻�采用傳統(tǒng)加工方式，根本無法在短時間內為患者量身定做和批量化生產矯正模型。3D打印作為一種數(shù)字化成型技術，能將任何數(shù)字化的設計轉化為實物，而SLA 3D打印技術恰恰滿足了個性化和批量生產這兩種條件�？梢哉f，隱形牙套是一個因3D打印而生的行業(yè)�！币�峻峰解釋。

十多年前，他的企業(yè)和國外同行同時起步，隨著國內口腔正畸市場的方興未艾，他的企業(yè)也正在迎來春天。

10年長跑，方興未艾

2004年，姚峻峰從英國留學回國。當時他的父親是國內一家專業(yè)生產定制型人工關節(jié)的企業(yè)負責人，已經(jīng)開始采用3D打印進行個性化關節(jié)的打樣，這也讓他對這個技術有著天然的親近感。那一年，全球最大的隱形牙套生產商隱適美(invisalign)正在大洋彼岸興起。姚峻峰敏銳察覺到這個市場的巨大潛力，鎖定了利用3D打印制作隱形牙套這個方向，并將父親獲得國家科技進步二等獎的《CAD/CAM個性化假體制造技術》做二次研發(fā)，引入到口腔正畸領域的器械產品中來。

從2004年到2009年，姚峻峰率領他的團隊從零起步，和當時國內的一些3D打印服務商合作積累臨床應用。2010年，正雅在大量臨床案例基礎上成功申報醫(yī)療機械生產證，并開始小規(guī)模在市場銷售。2013年，是3D打印正式進入公眾視野的一年，也就是在這一年，正雅獲得一筆天使投資，開始引入上海聯(lián)泰的光固化3D打印設備并擴大生產規(guī)模。2015年，公司獲得A輪投資，嘉興的工廠擴大至2500平米，員工人數(shù)達到190人。目前，正雅的病例達到一年7000-8000例，銷售額近5000萬，成為國內為數(shù)不多的佼佼者之一。盡管產品銷量在國內隱形正畸市場占有率已經(jīng)達到25%，但姚峻峰謙虛地表示，相比已經(jīng)占全球正畸市場四成份額的隱適美和它每年60萬例病例的體量，正雅“現(xiàn)在還只是他的零頭，量還很小”。

軟件和設備：缺一不可

隱形矯正是一種數(shù)字化醫(yī)療，如何實現(xiàn)精確地“數(shù)字化”?軟件和設備支持缺一不可。姚峻峰特別提到了公司的醫(yī)學部。具體來說，醫(yī)學部需要根據(jù)數(shù)字化患者牙頜數(shù)據(jù)，以及患者的面相、口內照、全口X光片、頭顱側位光片等，來評估患者口腔狀況，并做模擬矯正設計。

“和傳統(tǒng)矯正方式不一樣，隱形矯正有一個數(shù)字化轉化的過程。醫(yī)學部需要和臨床醫(yī)生及患者進行充分溝通，幫助醫(yī)生確定方案，將醫(yī)生的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。所以醫(yī)學部設計人員既要懂得口腔正畸的技術，也要了解矯正的原理。這個團隊可以說是正雅最核心的部門�！�

目前，公司擁有一支由20多人組成的軟件研發(fā)團隊，其開發(fā)的多項核心軟件技術獲得國家軟件著作權登記。自主研發(fā)軟件包括數(shù)字化正畸設計、顱骨影像測量、個性化托槽設計等三款軟件產品。截止目前，公司擁有各類知識產權近100件，其中，發(fā)明、實用新型、外觀設計專利或專利申請數(shù)70余件，計算機軟件著作權登記近10件。

在打印設備的選擇上，由于需要高強度持續(xù)運轉，打印效率和穩(wěn)定性無疑是最關鍵的。姚峻峰介紹，公司最早購買的以色列的Object二手機，但打印噴頭容易勞損，維護成本非常高。通過各種比較，最終他們選擇了聯(lián)泰的光固化3D打印機�！肮夤袒�3D打印層厚精度可以達到0.1毫米，完全能滿足牙齒模型的打印要求。成型面尺寸較大，一次可以打印一百多個牙齒模型。光敏樹脂材料相對成本較低，強度較高，基本沒有毒性。無論從成本、精度、效率、穩(wěn)定性和安全性來看，SLA都是不二選擇。國外的龍頭企業(yè)隱適美采用的也是類似的光固化技術�！彼�尤其提到了3D打印設備的服務，“設備在出現(xiàn)故障時及時維護，并根據(jù)我們的反饋進行各種改進，對于企業(yè)生產穩(wěn)定及產品性能提升很重要。”

風頭正勁的3D打印齒科應用

根據(jù)一份市場報告，2015年3D打印在牙科行業(yè)的市場規(guī)模為7.21億美元，主要應用于制造牙冠、牙橋、牙科模型和隱形矯正器。預計到2016年，3D打印在牙科行業(yè)的市場規(guī)模將達到9.78億美元，2020年將超過23億美元。

這個趨勢在姚峻峰所在的企業(yè)也得到了驗證。他認為，隨著社會生活水平的提升，口腔正畸需求量正在快速增長。如全國最大的民營口腔連鎖拜博通過聯(lián)想投資，短短兩年時間規(guī)模達到了200家。相比傳統(tǒng)正畸方法，隱形牙套因為佩戴美觀舒適便利，受到青少年、白領等人群歡迎。同時，因為降低了醫(yī)生對臨床技術的要求及維護成本，也受到醫(yī)生的認可。

“國內市場才剛剛起步�！币�峻峰舉了個例子：“美國青少年口腔正畸比例30-40%，而中國一個班上50個學生可能只有1個會去做，比例非常低。從我們接觸的醫(yī)生群體來看，正畸的患者數(shù)量這兩年是逐年翻倍的。同時透過隱適美在全球的銷量，以及正雅和國內其他同行的銷量來看，近年來業(yè)務量也是100%增長。隨著國民生活水平的提高，我們預計隱形矯正市場將迎來爆發(fā)式增長。”

除了隱形矯正外，用3D打印技術制作牙冠、牙橋、義齒等也正在齒科領域興起。

3D打印未來將扮演什么角色?

姚峻峰認為，要滿足未來大批量的快速生產，一定要改變企業(yè)勞動密集型的現(xiàn)狀，提高整個生產流程包括3D打印的自動化水平�！�3D打印是一種個性化生產，而個性化生產沒有統(tǒng)一規(guī)格，因為每個患者的牙間距離都是不同的。要提高生產效率、保證質量、壓縮成本，就要求我們在生產過程中盡量標準化和自動化，排除人為因素。”目前公司新引進的一批機器人正在調試中，他的目標是一年后，實現(xiàn)人員減少一半、產能一倍。

“隱適美基本上全部實現(xiàn)了自動化，從3D打印出來后到矯治器加工到清洗包裝已經(jīng)全部自動化。80年代我們看國外彩電、汽車生產線，覺得很高大上，這些年我們自己已經(jīng)將這些變成了現(xiàn)實。隱形牙套也可以做到�！�

他坦言，目前利用3D打印技術生產隱形牙套整個過程還是比較繁瑣，如果3D打印材料足夠先進，可以直接打印透明材料，將是“最終方向和最理想的狀態(tài)”。但這需要材料既能滿足3D打印需求，又能滿足生物相容性、彈性等要求，對材料的要求將非常高。而材料作為一門基礎學科，國內現(xiàn)階段還比較薄弱，這也是制約3D打印行業(yè)發(fā)展的一塊短板。

據(jù)介紹，目前整套矯正器的成本為萬元以內，面向終端消費者大概在2-3萬左右。美國臨床收費大概5000-7000美元，相當于當?shù)匾粋�白領兩個月工資。相對傳統(tǒng)托槽式矯正器萬元左右的售價，隱形牙套價格在中國相對而言還較高�！耙环矫媸�3D打印作為一種新技術使用成本比較高，另一方面是醫(yī)生執(zhí)醫(yī)成本高，需要長時間的服務周期和人力成本。但是我相信隨著技術進步、材料價格的下降，價格一定會有下降空間�！�


他相信作為一項新興技術，3D打印本身在效率提升上還有很多文章可以做�！把滥Ｊ侵锌沾蛴�，但因為目前光敏材料在打印薄壁模型時強度不夠，所以打得比較厚。如果材料足夠堅硬，打一毫米就夠了，可以節(jié)約大量成本和時間�！薄艾F(xiàn)在交貨周期在6個工作日，如果能通過3D打印速度的提升及整個流程自動化的提升，降低到5個小時、3個小時，實現(xiàn)今天取模，明天交貨，就可以最大程度壓縮患者等待周期�！�

與此同時，他也在思索，如何通過提升軟件效率提高自動化程度。谷歌人工智能“AlphaGo”戰(zhàn)勝人類圍棋高手給了他很大啟發(fā)，人工智能是基于海量棋譜等大數(shù)據(jù)上的算法實現(xiàn)的�！俺C正排牙設計是否能通過大量病例數(shù)據(jù)，找到和患者類似的方案做為參考，而減少人工干預，實現(xiàn)自動排牙呢?這個環(huán)節(jié)以后一定會實現(xiàn)。”

目前，隱形矯正在國內市場的份額還不到5%，而美國這個數(shù)字是20-25%，預計將來可達到50%�！皡⒖济绹�，我們還有很多倍去翻，空間很大。”姚峻峰說道。

不错