增材制造在骨科医疗领域的前世今生
增材制造技术是采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术。...
导言
增材制造(Additive Manufacturing)技术是与传统的减量制造方法相反，采用材料逐渐累加的方法制造实体零件的技术，相对于传统的材料切削加工技术，是一种“自下而上”的制造方法，而3D打印只是增材制造技术的通俗叫法。增材制造目前可分为很多种且都发展迅速，特别是在航空航天领域，已经被广泛应用于减轻材料重量和快速冷却。
本文旨在讨论其在骨科医疗领域的应用。其在骨科医疗领域的主要优势是可以实现复杂结构：植入物中的多孔结构，具有足够的弹性变形空间以及有利于骨组织长入。骨小梁多孔结构形状复杂，尺寸非常小，无法使用传统机加工技术实现。而金属3D打印技术可以按照设计方案中的孔隙率、尺寸制造出合适的植入物，为植入物设计优化带来更高的自由度。
现有的增材制造技术在骨科领域也已经颇为成熟，已有15年被广泛应用的历史。自从Adler Ortho为增材制造产业与骨科医疗的结合提供了方向后，捷迈和其他一些公司(Lima Co., etc.)也在这个领域投入了巨资。目前应用这项技术最广的是骨小梁结构的髋臼杯产品(在意大利每年能被售出几千个)。随后会慢慢拓展到肩关节植入物，胫骨骨板，和迷你股骨柄(Mini-hip Stems)等方向。
现在，增材制造技术的应用在骨科领域最具活力的方向是人造融合器。比如在欧洲，PEEK融合器预计会丢失减少4.5%的市场份额(到2018年)，钛合金融合器也将在5个应用最广的国家减少2%的市场份额。与此同时应用增材制造技术生产的骨小梁结构的产品预期会增加19%，在2018年时达到61,000个。Allied Market Research预计到2028年全球医疗植入物市场将达到1158亿美元。
2014年，已有近25种骨科产品通过增材制造技术被创造出来，并得到了美国食品和药品管理局FDA510(k) 许可。具体来说，史赛克公司(Stryker)，通过增材制造技术生产骨科植入物在美国已经得到FDA510(k)许可。史赛克的首席执行官Kevin Lobo宣布，预计2016年公司的总支出很大比例会分给增材制造产业(约$400-450 million)，他们计划在2016年下半年建立新的3D打印工厂。他说，3D打印膝关节植入物也将会提高公司的骨科产品销售。应用增材制造技术的脊柱植入物也计划于今年推出，该公司还计划将增材制造技术应用在其他植入产品上。
总结
在2015年，整个骨科领域消耗了1,500 - 2,000吨钛，而增材制造技术只有不到50吨(小于总量的3%)。据预测，2014年到2021年，3D打印金属市场会有18%-30%的增长。骨科医疗领域仍将是增材制造技术最有活力的应用领域之一。
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