本文對三維打印技術的基本原理進行了介紹,就三維打印技術在人工器官生產上的應用進行了綜述,并對三維打印技術在人工器官生產上的發展前景進行了分析。
引用本文： 林越威, 曾輝宇, 劉嘯宇, 魏潤峰, 郭鑫, 敖寧建. 三維打印技術在人工器官生產上的應用. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(5): 1160-1164. doi: 10.7507/1001-5515.20150206 復制
引言
人工器官是部分或完全取代人體器官功能的產品，其生產方式有兩種，一種是傳統機器生產方法，從零部件加工到裝嵌成機器，步驟繁復，生產耗時，難以生產精密結構。另一種是包括三維打印技術在內的快速成形技術，生產簡單快捷，能為患者量身定做適合且精密的結構。三維打印技術在國外已經有一定的發展，但在國內并不廣泛應用。
三維打印生產技術的成本比傳統生產技術低，該技術在歐美等發達國家已較為成熟，已有企業以三維打印技術生產創新產品，年收入可達到100萬美元[1]。由于三維打印生產無需使用模具，因此成本可降低至傳統生產方法的三分之一，生產耗時可下降至傳統方法的十分之一[2]，適合批量生產。有報道稱每臺三維打印機每天最多能為患者量身訂制450個牙冠[3]。
對于人工器官生產，三維打印技術帶來的最大優勢是能對零部件進行精密加工，可制造結構復雜、特殊且符合患者需要的產品，有助于攻克技術難關[2]。在三維打印技術幫助下，性能得到大大的改善，有利于批量生產。
本文將對三維打印技術的基本原理進行介紹，并對其在人工器官生產上的應用進行綜述。
1 三維打印成型技術
三維打印是通過計算機輔助設計(computer aided design,CAD)軟件設計產品形態，再采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料，將連續的薄型層面逐層堆疊起來，最終形成產品形態的技術。首先由CAD軟件設計出所需零件的三維數字模型，按照一定規則將該模型離散一定厚度進行分層，將原本的三維模型變成一系列的二維層片，再把一系列層片連接，得到一個三維物理實體[4]。目前較為成熟且適合生產人工器官的成型技術有熔融沉積成型(fused deposition modeling)、三維噴印(3-dimension printer)、選擇性激光燒結(selective laser sintering)和熱噴墨印刷(thermal inkjet printing)，四種成型技術的特點如表 1所示。
表1
四種成型技術比較
Table1.
Differences between four fabrication technologies
2 應用三維打印技術制造人工器官
三維打印生產人工器官的研究主要集中于人工骨的領域當中，由于人工骨結構簡單，容易利用三維打印技術生產。早在21世紀初，我國的學者Yan等[10]已經開始對人工骨三維打印生產技術進行研究，采用常溫多頭噴射成形法，以納米晶羥基磷灰石和膠原作為材料，加入骨生長因子，制作出擁有400 μm孔徑的多孔人工骨，用于修復橈骨缺損,經動物實驗證實了其效果。
近年從人工骨領域中發展出載藥人工骨，在人工骨內生成半徑大小100~1 000 μm的孔洞，孔隙率為50%~80%。載入藥物后，可有效預防炎癥并促進組織再生[11]。伍衛剛[12]使用三維噴印制作載藥人工骨，以左旋聚乳酸粉末作為材料，含藥混合液作為粘合劑，打印出孔隙率61.21%、孔半徑50~100 μm的載藥人工骨，經動物實驗證明，對骨髓炎有良好的治療效果。
但是，三維打印的研究在國內的進展依然較為緩慢，而國外已經展開了很多相關的研究工作。2012年Patirupanusara等[13]在泰國芭提雅舉行的國際會議上，報道了利用三維噴印技術修復顱頜面骨骼，使用聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)作為原料，麥芽糊精和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作為粘合劑，成功打印出顱頜面骨骼。
三維打印生產人工骨一般使用三維噴印，選用不同的材料和方法可達到相應的效果。Maleksaeedi等[14]選用鈦制作生物活性人工骨，使用鈦粉末作為材料、聚乙烯醇作為粘結劑，制作出多孔結構的人工骨，骨組織能夠在孔內生長。由于鈦具有良好的力學性能和生物相容性，所以是良好的骨替代材料，在三維噴印的幫助下，有效制作出具特定形狀的多孔人工骨，也更有效地控制了孔的數量和大小。
陶瓷材料包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷，依照不同的配方和生產條件，可生產出不同性質的陶瓷材料，具有良好的力學性能，部分更帶有生物活性。Zocca等[15]選用玻璃陶瓷制作人工骨，使用LAS玻璃粉末作為材料，打印成型后進行燒結，得到的人工骨抗壓強度達到15 MPa。Serra等[16]選用生物活性玻璃制作人工骨支架，以G5玻璃作為材料，聚乳酸和聚乙二醇作為粘結劑，制作出力學性能良好的多孔人工骨支架，能讓骨組織在支架內生長，且具有良好的生物活性，能被人體降解。在三維噴印的幫助下，除了可以控制產品力學性能為主的基本性能外，還可以在產品各層使用不同性質的陶瓷材料，使產品可以在特定的部位展現其功能性。
Goetz等[17]選用骨水泥材料制作人工骨，使用羥基磷灰石/β-三磷酸鈣墨水和硫酸鈣，做出磷酸鈣多孔人工骨，孔徑20~940 μm，可讓骨組織在支架內生長，用于修復因外傷、疾病、先天缺陷而缺失的骨組織。骨水泥一般是無機鈣磷鹽或其混合物，根據成分不同的鈣磷鹽，可產生不一樣的力學性能和生物降解速度的骨水泥，在三維噴印的幫助下，我們可以于各層面中調控不同成分的鈣磷鹽，從而控制產品各部分的降解速度，使材料降解和組織再生可以同步進行。
除了三維噴印外，選擇性激光燒結成型也是常用的人工骨生產方法，由于成型速度非常快，適用于緊急手術中。Singh等[18]使用聚酰胺纖維制作人工骨，用于修復破損頭顱骨，能夠依照患者受損部分的形狀進行選擇性激光燒結成型，便于醫生進行植入手術，為患者提供個體化治療，聚酰胺纖維的多孔結構有助于骨細胞生長，而且有利于受損部分的自我修復。
選擇性激光燒結的材料選擇范圍很廣，金屬、陶瓷、骨水泥等均可以使用。Liu等[19]選用金屬材料制作人工骨，以Ti6Al4V合金作為材料，制作出力學性能良好的多孔人工骨。選擇性激光燒結成型無需使用粘結劑，工序較三維噴印簡單，但不同材料對激光的吸收有所不同，因此在投入生產之前必須進行大量測試。Shuai等[20]測試了選擇性激光燒結制作磷酸鈣人工骨支架，發現三磷酸鈣和羥基磷灰石的最佳比例為30∶70，其產物有較好的力學性能。
3 應用三維打印技術改良人工器官
由于技術的局限，所以直接利用三維打印進行人工器官生產的研究并不多，更多的研究是對產品性能以及生產方法進行改良。Gagg等[21]對三維噴印后處理的燒結溫度進行研究，使用鈦粉末和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)粉末進行三維噴印，在不同溫度下進行燒結，發現1 300℃下燒結的產品力學性能最好，適合制作多孔牙科植入器件。這種技術有助于改善三維噴印成型產品的力學性能，以滿足對人工器官性能上的要求。
使用三維噴印生產人工骨支架存在粉末材料難以除去的問題。Butscher等[22]設計出中空結構的人工骨，使留在支架里面的粉末材料更容易除去，解決了多孔人工骨難以除粉的問題，同時保持了人工骨的力學性能。Butscher等[23]的另一個研究是利用潮濕基底(moisture based)三維噴印制作人工骨，做出較薄的層面，厚度只有44 μm，層面較為平滑，能使產品精度增加。這兩項研究除了大大改善三維噴印技術在人工骨生產領域中的應用，還促進了三維噴印技術在其他人工器官生產領域中的應用。
相比三維噴印技術，熔融擠壓成型技術較少應用于人工器官的生產，但由于這項技術在生產上存在很大優勢，因此有不少學者對其進行改良，希望能應用于人工器官生產當中。Kantaros等[24]測試了熔融擠壓成型的層面厚度與不同方向力學性能的關系，發現層面厚度大于0.5 mm時不同方向的力學性能有明顯差別，這個研究有助于生產出具有良好力學性能且高精度的人工器官。Rezaie等[25]開發了拓撲優化設計(Topology optimization)改善熔融擠壓成型產物的孔率和力學性能，有助于生產出具有良好力學性能的多孔人工器官。這兩項研究除了改良熔融擠壓成型產物的力學性能，還提供了一個使用熔融擠壓成型技術生產人工骨為主的多孔人工器官的可能性，有助于日后展開對利用熔融擠壓成型技術生產人工器官的研究。
很多人工器官都需要微小部件，以現在三維打印的精度而言，生產這些部件會面臨很大的困難，大大局限了三維打印技術在人工器官生產領域中的應用。McCullough等[26]嘗試采用熔融沉積成型技術制作醫用微型器件，使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)作為材料，打印后用丙酮進行處理，使產品表面產生大量粗糙微粒，有助于蛋白質黏附于材料的表面。Setti等[27]嘗試采用熱噴墨印刷技術制作生物傳感器，在一片ITO涂層玻璃(ITO-coated glass)上打印一層230 nm的3,4-乙烯二氧噻吩-聚對苯乙烯磺酸共聚物(poly(3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrene sulfonic acid))，重復打印10次后，在上面打印1.7 mg/mL的辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase),制造出生物傳感器的敏感原件，可測量過氧化物的濃度。這兩項研究有助于三維打印技術應用于人工耳、人工鼻等人工器官的生產和開發，有利于產品快速且精密的生產，甚至可以使蛋白質和細胞等生物物質與人工器官的材料結合，對半機械半生物性人工器官的開發有極大幫助。
應用三維打印的一項重大優勢是實現低成本且高效率的生產模式，但由于人工器官的結構以及材料的復雜性，這種劃時代的生產模式并沒有很好地體現出來。Flügge等[28]嘗試使用三維打印技術實現牙科植入物的診斷-生產-植入流水式進行，首先采用斷層成像技術對植入部分進行成像，然后根據成像的數據設計出植入物的形態，并用三維打印技術成型，最后植入患者體內，節省了傳統由設計到生產的諸多步驟。Fu等[29]嘗試采用三維噴印技術生產SiSiC混合物，使用硅和碳化硅粉末作為材料，用水作為粘結劑進行噴印成型，經浸潤、固化、熱解后生成SiSiC混合物。這種技術適用于采用半導體、合金和復合材料的人工器官，使材料生產和成型可以流水式進行。Khaled等[30]嘗試使用臺式三維打印機制作藥片，制作出能在特定pH值下釋放藥物的藥片，這種技術有利于載藥人工器官的研發，即使用廉價的臺式三維打印機生產出能在特定的情況下定量釋出藥物的智能化載藥人工器官。這些研究為人工器官的生產模式提供了嶄新的思路，解決了三維打印技術在生產特異性人工器官的不足，對三維打印在人工器官產業上的發展有正面的影響。
在三維打印技術的幫助下，未來人工器官的生產地點將不會再局限于工廠，而更多地會在醫院或診所進行生產，因此三維打印機有小型化的必要。Budding等[31]設計了一臺小型三維打印機，其尺寸只有150 mm×150 mm×125 mm，能夠進行三維噴印和選擇性激光燒結，構造輕巧容易搬運，有利于經常進行山區義診的醫護人員在偏遠地區打印需要的人工器官。Budding等[32]對其設計的三維打印機進行三維打印實驗，得到的產品有較高的堆積密度，有利于生產較高力學性能的人工器官。這兩項研究使人工器官的生產更簡單快捷，大大改變了人工器官的生產模式，有利于將來生產技術的改良和優化。
4 展望
三維打印是一種低成本、短生產周期、可設計以及批量化的生產技術，經過眾多學者的研究和推廣，人工器官的生產以及性能優化將很大程度上依賴于三維打印技術。未來人工器官將有可能以結合人自身細胞并以可降解材料為基本骨架形成的半機械半生物性人工器官為主，形成一種由外力影響人體的修復機制。植入后的人工器官，最終會把機械部分排出體外，靠細胞的自我修復能力，重新形成一個完整的人體器官。在三維打印技術的幫助下，機械部分的骨架可以批量生產，細胞則取自患者，既可滿足縮短周期、降低造價的要求，又可針對不同患者的需求進行設計。
三維打印人工器官的技術將對人類的生活帶來重大的改變，可以舒緩醫療機構床位、器官捐贈不足的情況，從而改變治療患者的模式。隨著三維打印人工器官的技術漸趨成熟，舊式大規模流水線生產人工器官的模式極可能被完全取代。在不久的將來，人工器官制造不一定在城市。只要有三維打印設備，偏遠地區也可以根據傳送“圖紙”自制并大量生產人工器官，運輸及生產時間將大幅度降低。
三維打印技術為人工器官的生產工藝帶來劃時代的改變，但距離廣泛應用還有一條很漫長的道路。現在的三維打印技術存在著很大的局限性，如三維噴印和選擇性激光燒結的產品存在力學性能上的缺陷，產品只能作為暫時性的替代器官，難以長期或終身植入，而且目前的研究只集中于骨科，對治療其他病變的研究極少。熔融沉積成型的材料現在局限于金屬和熱塑性高分子材料，但諸如人工角膜等人工器官需要使用熱固性材料來提供較好的力學性能，若未來要成為廣泛采用的生產工藝，必須研發出熱固性材料的打印方法，以滿足市場的需求。
引言
人工器官是部分或完全取代人體器官功能的產品，其生產方式有兩種，一種是傳統機器生產方法，從零部件加工到裝嵌成機器，步驟繁復，生產耗時，難以生產精密結構。另一種是包括三維打印技術在內的快速成形技術，生產簡單快捷，能為患者量身定做適合且精密的結構。三維打印技術在國外已經有一定的發展，但在國內并不廣泛應用。
三維打印生產技術的成本比傳統生產技術低，該技術在歐美等發達國家已較為成熟，已有企業以三維打印技術生產創新產品，年收入可達到100萬美元[1]。由于三維打印生產無需使用模具，因此成本可降低至傳統生產方法的三分之一，生產耗時可下降至傳統方法的十分之一[2]，適合批量生產。有報道稱每臺三維打印機每天最多能為患者量身訂制450個牙冠[3]。
對于人工器官生產，三維打印技術帶來的最大優勢是能對零部件進行精密加工，可制造結構復雜、特殊且符合患者需要的產品，有助于攻克技術難關[2]。在三維打印技術幫助下，性能得到大大的改善，有利于批量生產。
本文將對三維打印技術的基本原理進行介紹，并對其在人工器官生產上的應用進行綜述。
1 三維打印成型技術
三維打印是通過計算機輔助設計(computer aided design,CAD)軟件設計產品形態，再采用分層加工、迭加成形的方式逐層增加材料，將連續的薄型層面逐層堆疊起來，最終形成產品形態的技術。首先由CAD軟件設計出所需零件的三維數字模型，按照一定規則將該模型離散一定厚度進行分層，將原本的三維模型變成一系列的二維層片，再把一系列層片連接，得到一個三維物理實體[4]。目前較為成熟且適合生產人工器官的成型技術有熔融沉積成型(fused deposition modeling)、三維噴印(3-dimension printer)、選擇性激光燒結(selective laser sintering)和熱噴墨印刷(thermal inkjet printing)，四種成型技術的特點如表 1所示。
表1
四種成型技術比較
Table1.
Differences between four fabrication technologies
2 應用三維打印技術制造人工器官
三維打印生產人工器官的研究主要集中于人工骨的領域當中，由于人工骨結構簡單，容易利用三維打印技術生產。早在21世紀初，我國的學者Yan等[10]已經開始對人工骨三維打印生產技術進行研究，采用常溫多頭噴射成形法，以納米晶羥基磷灰石和膠原作為材料，加入骨生長因子，制作出擁有400 μm孔徑的多孔人工骨，用于修復橈骨缺損,經動物實驗證實了其效果。
近年從人工骨領域中發展出載藥人工骨，在人工骨內生成半徑大小100~1 000 μm的孔洞，孔隙率為50%~80%。載入藥物后，可有效預防炎癥并促進組織再生[11]。伍衛剛[12]使用三維噴印制作載藥人工骨，以左旋聚乳酸粉末作為材料，含藥混合液作為粘合劑，打印出孔隙率61.21%、孔半徑50~100 μm的載藥人工骨，經動物實驗證明，對骨髓炎有良好的治療效果。
但是，三維打印的研究在國內的進展依然較為緩慢，而國外已經展開了很多相關的研究工作。2012年Patirupanusara等[13]在泰國芭提雅舉行的國際會議上，報道了利用三維噴印技術修復顱頜面骨骼，使用聚甲基丙烯酸甲酯(poly(methyl methacrylate),PMMA)作為原料，麥芽糊精和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)作為粘合劑，成功打印出顱頜面骨骼。
三維打印生產人工骨一般使用三維噴印，選用不同的材料和方法可達到相應的效果。Maleksaeedi等[14]選用鈦制作生物活性人工骨，使用鈦粉末作為材料、聚乙烯醇作為粘結劑，制作出多孔結構的人工骨，骨組織能夠在孔內生長。由于鈦具有良好的力學性能和生物相容性，所以是良好的骨替代材料，在三維噴印的幫助下，有效制作出具特定形狀的多孔人工骨，也更有效地控制了孔的數量和大小。
陶瓷材料包含玻璃、陶瓷和玻璃陶瓷，依照不同的配方和生產條件，可生產出不同性質的陶瓷材料，具有良好的力學性能，部分更帶有生物活性。Zocca等[15]選用玻璃陶瓷制作人工骨，使用LAS玻璃粉末作為材料，打印成型后進行燒結，得到的人工骨抗壓強度達到15 MPa。Serra等[16]選用生物活性玻璃制作人工骨支架，以G5玻璃作為材料，聚乳酸和聚乙二醇作為粘結劑，制作出力學性能良好的多孔人工骨支架，能讓骨組織在支架內生長，且具有良好的生物活性，能被人體降解。在三維噴印的幫助下，除了可以控制產品力學性能為主的基本性能外，還可以在產品各層使用不同性質的陶瓷材料，使產品可以在特定的部位展現其功能性。
Goetz等[17]選用骨水泥材料制作人工骨，使用羥基磷灰石/β-三磷酸鈣墨水和硫酸鈣，做出磷酸鈣多孔人工骨，孔徑20~940 μm，可讓骨組織在支架內生長，用于修復因外傷、疾病、先天缺陷而缺失的骨組織。骨水泥一般是無機鈣磷鹽或其混合物，根據成分不同的鈣磷鹽，可產生不一樣的力學性能和生物降解速度的骨水泥，在三維噴印的幫助下，我們可以于各層面中調控不同成分的鈣磷鹽，從而控制產品各部分的降解速度，使材料降解和組織再生可以同步進行。
除了三維噴印外，選擇性激光燒結成型也是常用的人工骨生產方法，由于成型速度非常快，適用于緊急手術中。Singh等[18]使用聚酰胺纖維制作人工骨，用于修復破損頭顱骨，能夠依照患者受損部分的形狀進行選擇性激光燒結成型，便于醫生進行植入手術，為患者提供個體化治療，聚酰胺纖維的多孔結構有助于骨細胞生長，而且有利于受損部分的自我修復。
選擇性激光燒結的材料選擇范圍很廣，金屬、陶瓷、骨水泥等均可以使用。Liu等[19]選用金屬材料制作人工骨，以Ti6Al4V合金作為材料，制作出力學性能良好的多孔人工骨。選擇性激光燒結成型無需使用粘結劑，工序較三維噴印簡單，但不同材料對激光的吸收有所不同，因此在投入生產之前必須進行大量測試。Shuai等[20]測試了選擇性激光燒結制作磷酸鈣人工骨支架，發現三磷酸鈣和羥基磷灰石的最佳比例為30∶70，其產物有較好的力學性能。
3 應用三維打印技術改良人工器官
由于技術的局限，所以直接利用三維打印進行人工器官生產的研究并不多，更多的研究是對產品性能以及生產方法進行改良。Gagg等[21]對三維噴印后處理的燒結溫度進行研究，使用鈦粉末和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)粉末進行三維噴印，在不同溫度下進行燒結，發現1 300℃下燒結的產品力學性能最好，適合制作多孔牙科植入器件。這種技術有助于改善三維噴印成型產品的力學性能，以滿足對人工器官性能上的要求。
使用三維噴印生產人工骨支架存在粉末材料難以除去的問題。Butscher等[22]設計出中空結構的人工骨，使留在支架里面的粉末材料更容易除去，解決了多孔人工骨難以除粉的問題，同時保持了人工骨的力學性能。Butscher等[23]的另一個研究是利用潮濕基底(moisture based)三維噴印制作人工骨，做出較薄的層面，厚度只有44 μm，層面較為平滑，能使產品精度增加。這兩項研究除了大大改善三維噴印技術在人工骨生產領域中的應用，還促進了三維噴印技術在其他人工器官生產領域中的應用。
相比三維噴印技術，熔融擠壓成型技術較少應用于人工器官的生產，但由于這項技術在生產上存在很大優勢，因此有不少學者對其進行改良，希望能應用于人工器官生產當中。Kantaros等[24]測試了熔融擠壓成型的層面厚度與不同方向力學性能的關系，發現層面厚度大于0.5 mm時不同方向的力學性能有明顯差別，這個研究有助于生產出具有良好力學性能且高精度的人工器官。Rezaie等[25]開發了拓撲優化設計(Topology optimization)改善熔融擠壓成型產物的孔率和力學性能，有助于生產出具有良好力學性能的多孔人工器官。這兩項研究除了改良熔融擠壓成型產物的力學性能，還提供了一個使用熔融擠壓成型技術生產人工骨為主的多孔人工器官的可能性，有助于日后展開對利用熔融擠壓成型技術生產人工器官的研究。
很多人工器官都需要微小部件，以現在三維打印的精度而言，生產這些部件會面臨很大的困難，大大局限了三維打印技術在人工器官生產領域中的應用。McCullough等[26]嘗試采用熔融沉積成型技術制作醫用微型器件，使用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene,ABS)作為材料，打印后用丙酮進行處理，使產品表面產生大量粗糙微粒，有助于蛋白質黏附于材料的表面。Setti等[27]嘗試采用熱噴墨印刷技術制作生物傳感器，在一片ITO涂層玻璃(ITO-coated glass)上打印一層230 nm的3,4-乙烯二氧噻吩-聚對苯乙烯磺酸共聚物(poly(3,4-ethylenedioxythiophene/polystyrene sulfonic acid))，重復打印10次后，在上面打印1.7 mg/mL的辣根過氧化物酶(horseradish peroxidase),制造出生物傳感器的敏感原件，可測量過氧化物的濃度。這兩項研究有助于三維打印技術應用于人工耳、人工鼻等人工器官的生產和開發，有利于產品快速且精密的生產，甚至可以使蛋白質和細胞等生物物質與人工器官的材料結合，對半機械半生物性人工器官的開發有極大幫助。
應用三維打印的一項重大優勢是實現低成本且高效率的生產模式，但由于人工器官的結構以及材料的復雜性，這種劃時代的生產模式并沒有很好地體現出來。Flügge等[28]嘗試使用三維打印技術實現牙科植入物的診斷-生產-植入流水式進行，首先采用斷層成像技術對植入部分進行成像，然后根據成像的數據設計出植入物的形態，并用三維打印技術成型，最后植入患者體內，節省了傳統由設計到生產的諸多步驟。Fu等[29]嘗試采用三維噴印技術生產SiSiC混合物，使用硅和碳化硅粉末作為材料，用水作為粘結劑進行噴印成型，經浸潤、固化、熱解后生成SiSiC混合物。這種技術適用于采用半導體、合金和復合材料的人工器官，使材料生產和成型可以流水式進行。Khaled等[30]嘗試使用臺式三維打印機制作藥片，制作出能在特定pH值下釋放藥物的藥片，這種技術有利于載藥人工器官的研發，即使用廉價的臺式三維打印機生產出能在特定的情況下定量釋出藥物的智能化載藥人工器官。這些研究為人工器官的生產模式提供了嶄新的思路，解決了三維打印技術在生產特異性人工器官的不足，對三維打印在人工器官產業上的發展有正面的影響。
在三維打印技術的幫助下，未來人工器官的生產地點將不會再局限于工廠，而更多地會在醫院或診所進行生產，因此三維打印機有小型化的必要。Budding等[31]設計了一臺小型三維打印機，其尺寸只有150 mm×150 mm×125 mm，能夠進行三維噴印和選擇性激光燒結，構造輕巧容易搬運，有利于經常進行山區義診的醫護人員在偏遠地區打印需要的人工器官。Budding等[32]對其設計的三維打印機進行三維打印實驗，得到的產品有較高的堆積密度，有利于生產較高力學性能的人工器官。這兩項研究使人工器官的生產更簡單快捷，大大改變了人工器官的生產模式，有利于將來生產技術的改良和優化。
4 展望
三維打印是一種低成本、短生產周期、可設計以及批量化的生產技術，經過眾多學者的研究和推廣，人工器官的生產以及性能優化將很大程度上依賴于三維打印技術。未來人工器官將有可能以結合人自身細胞并以可降解材料為基本骨架形成的半機械半生物性人工器官為主，形成一種由外力影響人體的修復機制。植入后的人工器官，最終會把機械部分排出體外，靠細胞的自我修復能力，重新形成一個完整的人體器官。在三維打印技術的幫助下，機械部分的骨架可以批量生產，細胞則取自患者，既可滿足縮短周期、降低造價的要求，又可針對不同患者的需求進行設計。
三維打印人工器官的技術將對人類的生活帶來重大的改變，可以舒緩醫療機構床位、器官捐贈不足的情況，從而改變治療患者的模式。隨著三維打印人工器官的技術漸趨成熟，舊式大規模流水線生產人工器官的模式極可能被完全取代。在不久的將來，人工器官制造不一定在城市。只要有三維打印設備，偏遠地區也可以根據傳送“圖紙”自制并大量生產人工器官，運輸及生產時間將大幅度降低。
三維打印技術為人工器官的生產工藝帶來劃時代的改變，但距離廣泛應用還有一條很漫長的道路。現在的三維打印技術存在著很大的局限性，如三維噴印和選擇性激光燒結的產品存在力學性能上的缺陷，產品只能作為暫時性的替代器官，難以長期或終身植入，而且目前的研究只集中于骨科，對治療其他病變的研究極少。熔融沉積成型的材料現在局限于金屬和熱塑性高分子材料，但諸如人工角膜等人工器官需要使用熱固性材料來提供較好的力學性能，若未來要成為廣泛采用的生產工藝，必須研發出熱固性材料的打印方法，以滿足市場的需求。
