正畸领域中的3D金属打印技术：从设计、制造到临床应用

正畸领域中的3D金属打印技术：从设计、制造到临床应用

前言

数字化技术的演进重塑了现代牙科实践的面貌，尤其开启了精准化、高效化与个性化诊疗的新纪元。在口腔医学领域，特别是正畸学科中，数字化应用的整合已彻底革新了从诊断治疗规划到矫治器设计与制造的全流程，根本性地重塑了临床工作模式与治疗质量标准。¹′²

这一数字化变革对正畸学产生了深远影响——该学科的成功治疗始终依赖于个体化方案设计与精准的生物力学控制。口内扫描仪、锥形束计算机断层扫描（CBCT）、计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）及3D打印等技术已在通用诊所和专科诊所中得到常规应用。这些技术不仅使临床医生能够以更高精度实现治疗的可视化、模拟与规划，同时显著提升了矫治器制作与病例监测水平。³′⁴′⁵′⁶

值得注意的是，人工智能正在迅速变革口腔医学与正畸学领域，日益成为现代数字化工作流的核心组成部分。⁷

数字化工作流已成为实现可预测正畸治疗效果的关键支撑。个性化矫治器设计、虚拟治疗方案设计以及院内制造不再是个别现象——它们正逐渐成为行业标准。这些创新技术还促进了临床医生、患者及多学科团队间更高效的沟通，既优化了临床决策过程，也增强了患者的治疗参与度。

在诸多变革性技术中，增材制造（通常称为3D打印）具有革命性意义。虽然聚合物材料打印已在生产隐形矫治器、研究模型及手术导板领域获得广泛应用，但金属3D打印技术为固定正畸矫治器带来了全新的功能维度。⁵

在金属应用领域，选择性激光熔融（SLM）与直接金属激光烧结（DMLS）已成为关键工艺技术。这些方法能够制造出具有复杂结构、患者特异性及生物相容性的金属矫治装置，其卓越的力学性能和精细细节呈现能力是传统制造工艺无法实现的。

本文系统回顾当前数字化技术在正畸领域的应用现状⁸，重点聚焦金属3D打印技术的发展，深入分析其临床优势与实践应用，并阐释其变革个性化正畸治疗方案设计与实施流程的潜力。

一、SLM技术原理

尽管增材制造技术最初是针对聚合物材料的选择性激光烧结（SLS）而开发，但其在金属领域的应用已演进为更先进的工艺，例如选择性激光熔融（SLM）和直接金属激光烧结（DMLS）。

这些技术虽基于相似的工作原理——通过高功率激光逐层选择性熔融金属粉末，但经特殊优化后可实现金属零件的完全致密化和卓越力学性能。尽管SLM和DMLS与SLS存在一定的技术渊源，它们实则为金属制造专门研发的独立技术体系。正畸领域中金属SLM技术的基本工作流程如图1所示。


图1：

选择性激光熔融（SLM）技术制作正畸矫治器的工作流程

二、正畸治疗中金属3D打印的优势

选择性激光熔融（SLM）与直接金属激光烧结（DMLS）技术主要用于制造个性化定制正畸组件，例如磨牙带环、腭弓及各类固定矫治器。相较传统制造方法，这些通过数字化设计及3D打印制成的矫治器具有就位精度更高、患者舒适度提升、生产周期缩短等优势。此外，该技术省去了多次临床调适和耗时装配流程的必要性，从而显著优化临床工作流程。

正畸医生与患者因此得以实现就诊时间缩短和总体疗程减少的双重获益。图2与图3通过对比传统与数字化工作流程直观展现了这一优势：传统方法通常涉及更复杂的操作步骤、增加患者不适感并延长治疗时间，这一点在微种植体辅助腭扩展装（MARPE）等治疗中尤为明显。¹⁰



图2：

MARPE矫治器的传统临床工作流程



图3：应用3D金属打印技术优化MARPE矫治器临床工作流程的数字化方案

相反，数字化工作流不仅简化了矫治器制作流程，提高了临床精度，更显著提升了患者的整体就诊体验。

三、正畸领域的临床应用


图4、5、6、7、8展示了3D金属打印技术在正畸中的临床应用案例。所有矫治装置均采用德国Onyxceph软件设计。


图4：搭载微种植体数字化外科导板的定制式远中移动矫治装置


图5：应用3D金属打印技术制作的定制式腭弓（TPA）与舌弓


图6：采用3D金属打印技术制备定制式TPA以增强水平支抗


图7：个性化MARPE矫治器从设计到制造的实验室工作流程


图8：MARPE矫治器安装效果显示装置与微种植体位置与数字化设计完全一致，经CBCT及头影测量分析确认

图4所示为前磨牙拔除后支抗丧失的病例：治疗初期采用IZC微种植体推上颌牙列向远中移动，但种植体在加力一个月后即发生松动。解决方案是采用定制式远中移动矫治装置联合腭部微种植体。通过该方案，我们仅需获取患者口内扫描数据，通过软件设计矫治装置并制作数字化导板以实现微种植体的精准植入。该方法使矫治装置可精准定位至阻力中心水平，这对实现高效整体移动和远中平移至关重要。一年后的治疗效果显示愈后良好。

图5和图6展示了通过数字化设计定制的腭弓（TPA）与舌弓矫治装置，这些个性化设计旨在提升治疗效果。该方案专门针对牙齿压入、垂直及水平支抗控制等问题，用于治疗阻生牙和错颌畸形，其后直接采用3D金属打印技术完成矫治器制作。这种方法不仅节省了医患双方的时间，更显著提高了临床操作的精准度和可控性，在正畸领域被称为“自主设计”（DIY - Design It Yourself）技术。⁸

综上所述，这些临床应用表明：通过数字化设计与3D金属打印技术，临床机构可实现时间节省、流程优化、控制力增强及治疗精度提升的多重优势。



四、局限性及挑战

尽管选择性激光熔融（SLM）技术在正畸领域优势显著，其应用仍面临若干局限：

1. 成本高昂：设备及金属粉末价格昂贵，限制了院内普及；

2. 后处理需求：需进行抛光和精加工以降低表面粗糙度；

3. 培训要求：正畸医师需熟练掌握CAD设计及数字化工作流程；

4. 生物相容性问题：部分患者可能对钴铬合金（CoCr）出现过敏反应。

五、未来发展方向

人工智能（AI）自动化、云端CAD设计平台及机器人后处理技术将推动选择性激光熔融（SLM）在正畸领域的进一步发展。

目前正在研究诸如无镍钛合金、金属-聚合物复合结构材料及生物活性涂层等新兴材料。此外，基于SLM技术直接制造力学模块可能拓展完全个性化正畸矫治器的应用范畴。

结语

采用选择性激光熔融（SLM）的金属3D打印技术正日益普及，在正畸治疗中获得广泛应用。该技术使正畸医师能够运用具有耐用性、生物相容性及高精度的矫治器，提供更具创意和个性化的诊疗方案——这些能力是传统方法难以实现的。

随着数字化工作流日益融入日常临床实践，金属SLM技术的重要性将持续提升。事实证明，这项技术能为患者提供更高效、精准及个性化的治疗方案，已成为正畸领域的重要工具。

作者简介


Viet Hoang

博士，DDS

越南文朗大学牙医学院讲师及研究员，同时担任西贡数字正畸俱乐部（SDOC）主席，专注于正畸学与数字化牙科领域。他积极参与三维打印、矫治器生物力学、微种植体辅助腭扩展装置（MARPE）及牙科数字化应用的临床研究，并发表多项研究成果。


Nattapon Chantarapanich

 副教授，博士

泰国农业大学工程学院院长，生物医学工程专家，专注于正畸有限元分析、牙种植体设计与增材制造技术。其研究聚焦于生物力学及医疗健康领域的工程解决方案。


Anand Marya

教授，牙医学士、正畸学硕士、博士

柬埔寨金边普提萨斯特大学牙医学院院长，国际公认的正畸专家、研究者与教育家，在正畸生物力学、人工智能及临床创新领域著述颇丰。Marya教授大力倡导循证数字化正畸理念，曾在全球多地进行学术讲座。

参考文献：

1. Viet H., Marya A., Apuzzo F. d.’, and Nucci L., “The Clinical Applications and Outcomes of Digital MARPE in Orthodontics: A Scoping Review,” Seminars in Orthodontics 31, no. 2 (2025): 299–309, 10.1053/J. SODO.2024.10.002.

2. Tran V. H. B., Lam T. H., Khue T. N., Phi T. N. Q., and Viet H., “Accuracy and Reliability of Digital Dental Models Obtained by Intraoral Scans Compared with Plaster Models,” Applied Sciences 15, no. 6 (2025):2927, 10.3390/app15062927.

3. Viet H., Lam T. H., Phuc N. N., Ngoc Lenh N., and Thao D. T. N., “Class II Correction and Crowding Treatment Using In-House Direct Printed Clear Aligners: A Literature Review and Case Report,” Cureus 16 (2024): e65024, 10.7759/cureus.65024.

4. Nguyen Thai Cong, Pham Hoai Nam, Hoang Viet, Anand Marya, Digitally planned surgical crown lengthening: a novel bone reduction strategy to correct a gummy smile, Journal of Surgical Case Reports, Volume 2024, Issue 4, April 2024, rjae202

5. Nguyen PN, Tran LH, Hoang V. Full-Arch Implant- Supported Rehabilitation Using Reverse Scan Technique: A Case Report. J Oral Implantol. 2025 Feb 1;51(1):74-79. doi: 10.1563/aaid-joi-D-24-00083.

6. Viet H, Thi Nhu Thao D, Phuoc TH, Quang Tien N.A multidisciplinary approach to managing severe gummy smile using 3D simulation and digital surgical guide: a case report. J Surg Case Rep. 2024 Aug 6;2024(8):rjae483. doi: 10.1093/jscr/rjae483

7. Nguyen HC, Dang HP, Nguyen TL, Hoang V, Nguyen VA. Accuracy of latest large language models in answering multiple choice questions in dentistry: A comparative study. PLoS One. 2025 Jan 29;20(1):e0317423. doi: 10.1371/journal.pone

8. Simon Graf, Digant Thakkar, Ismaeel Hansa, Srirengalakshmi Muthuswamy Pandian, Samar M. Adel, 3D Metal Printing in Orthodontics: Current Trends, Biomaterials, Workflows and Clinical Implications, Seminars in Orthodontics, Volume 29, Issue 1, 2023, Pages 34-42, ISSN 1073-8746,https://doi.org/10.1053/j.sodo.2023.01.001.

9. Tsolakis IA, Gizani S, Tsolakis AI, Panayi N. Three-Dimensional-Printed Customized Orthodontic and Pedodontic Appliances: A Critical Review of a New Era for Treatment. Children (Basel). 2022 Jul 23;9(8):1107. doi: 10.3390/children9081107

10. Hoang V, Tran PH, Dang TT. Buccal corridor and gummy smile treatment with MARPE and gingivoplasty: A 2-year follow-up case report. APOS Trends Orthod. doi: 10.25259/ APOS_216_2023