積層出美好的未來 3D列印醫材技術飛升

採用層層堆疊的加法方式製作的新式技法「積層製造技術」、又稱3D列印，近年一躍成為當紅炸子雞。隨著3D列印技術飛升，連帶使3D列印醫材技術突飛猛進，以往維持觀望態度的臺灣相關產業，紛紛站上起跑線，準備向前衝。

根據權威調研機構IDC報告指出，2016年全球3D列印市場達159億美元，約新臺幣4,977億元，並以24.1%年複合成長率增加，預估2020年將達到354億美元，約新臺幣1.11兆元，如此龐大的產值，顯見3D列印市場已漸趨蓬勃。

依據Transparency Market Research分析指出，3D列印用於醫療應用的市場產值，2013年全球約為新臺幣106億元，成長率約15.4% ，比3D列印市場的成長率13.5%還大；Industry ARC甚至認為年度成長率達18.3%。Transparency Market Research則預估2019年全球市場達新臺幣289.7億元；而Medical Market Research更樂觀的預估，有機會在2020年時達到新臺幣750億元的規模。

椎間盤醫材研發 工研院技術領先

針對積層製造技術，工研院成為眾多企業的後盾，提供卓越領先的技術，帶領產業齊步邁向3D列印市場，無論從技術、設備、人才養成及系統整合上，皆能助企業一臂之力。南部雷射光谷育成暨試量產工場啟動後，有多家企業進駐，透過國內首座試量產工場的建立，在南臺灣建立雷射應用產業聚落。

工研院提供多項可移轉技術及先期授權技術及專利，降低企業進入3D列印市場的門檻。多所學校及業界先進若想將人才導入市場，工研院也可培訓人才、技術交流，甚至也提供產品試製，針對業界初期無法投入這麼多設備、缺乏人才，但想跨足3D列印領域，工研院可以協助小型試量產。

3D列印在產業界獲得重視，工研院日前也舉辦智能雷射、積層製造成果發表暨研討會，展現最新技術能量，當中各式3D列印醫材成為展場上一大亮點。

工研院雷射與積層製造科技中心副理林得耀提醒，「3D列印仍是一個工具，它不是取代現有的加工。」從製造觀點來看，3D列印的表面處理很難做到絕對光滑，但只要在結合面達到需求，即可充分提供廠商客製化使用。甚至，未來醫材使用到的仿生結構，也提供3D列印絕佳的切入點。

林得耀強調：「3D列印應用在醫材上，便於設計與模擬更是一大優勢。」金屬3D列印目前已成功應用於包括顱顏修補、牙床或牙根設計及骨釘、關節等醫材上，「由於可輕易設計內部簍空結構，比起傳統CNC加工，3D列印可做到形貌完全一樣，但重量可能不到傳統加工法的一半。」

工研院亦結合院內生醫領域的數位設計與3D列印技術，研發出能服貼人體骨頭外型的新式脊椎固定板，除了增加舒適度、減輕異物感外，強度也獲得提升。

椎間盤支架 ( cage) 目前在臺灣的使用量約三萬五千顆，國際上也一直是脊椎醫材銷售的主流產品。工研院生醫與醫材研究所工程師蔡佩宜指出，工研院應用3D列印的椎間盤支架採用生醫級材料，從結構設計、細胞驗證開始，現在更已經過一連串的動物試驗，不久後將持續進行臨床試驗，盼能早日完成到實際醫材應用的最後一哩路。

最蓬勃產業 臺灣企業蓄勢待發

通業技研董事長紀崇楠指出，以往全球3D列印市場以汽車生產領域為主，航太國防零組件次之，而應用於醫學領域中的牙材，於近幾年來亦有相當的成長。雖自2014年才開始萌芽，但近兩年來無論獲利、市場規模，都有飛升跡象，且3D 列印龍頭廠商像是 EOS、SLM Solutions、Arcam等大公司，也逐漸關注及聚焦於醫療領域。

身為最早投入3D列印市場之一的臺灣企業，紀崇楠分析產業結構，其中3D列印應用於醫療技術面可分為：光聚合，含數位光處理、立體光科技術、二光子聚合等，通常適用於高分子類像是塑膠類材質的技術，產品多為護具、手術導板及器具等塑膠製品。

紀崇楠特別指出，將來3D列印醫療市場的材料除金屬外，質地堅硬、耐熱的陶瓷也會是重要的發展趨勢。臺灣企業欲在3D列印醫材市場上占得先機，可以發揮的方向很多，不怕沒舞台，「唯一要擔心的則是涉獵的東西越來越多，人才與硬體技術的開創，將會耗費多少成本？」

3D列印醫材 改變醫師手術習慣

紀崇楠分析，世界各國都在尋找產業下一個藍海之際，紛紛嗅出3D列印於醫療應用上的無限可能性。根據SmartTech Market Publishing提供的數字，醫療用3D列印材料產值，2014年為新臺幣16.5億元，預估到2019年會達1,138.5億，是相當驚人的成長，而市場規模主要來自植入物。針對市場規模分析，目前以美國的需求量最高，14年已達36.7%，歐洲次之，預估未來會取代北美成為第一大市場。而亞洲實力不容小覷，根據Industry arc分析，五年內將顯示最高年複合成長率達37%。

逐漸蔚為全球趨勢的3D列印於醫療應用，主要領域目前以用於牙科、骨科及顱顏科的醫療植體的市場為大宗。紀崇楠指出，其中以牙科最成熟，需求也最大，畢竟牙齒數量多，不像器官一人只有一個，且工件最小，最適合3D列印。零件小、生產度速快，相對毛利高；而用於骨科、脊椎修復等市場也很可觀，未來將開發更多新的應用。

另外，手術導板也是3D列印生醫發展上正夯的議題。他表示，手術導板能縮短病患麻醉時間及手術時間，加上導板可以事先規劃，不用像以往醫師進手術房才思索怎麼做，風險較大，如今有手術導板可讓手術團隊預習，手術動作及流程都確認過，降低手術風險低。紀崇楠笑說：「運用手術導板協助醫師，該切的地方切、該鑽的地方鑽，減少手術誤差，加快手術速度。很多醫師未與3D列印之手術導板搭配前，沒享受過它的好處，用過後都會『上癮』，反而希望每場手術都有3D列印的手術導板協助。」

值得一提的是，3D列印於生物工程醫療應用上，有無限想像空間。生物列印雖未有商業行為，但其實已逐漸朝協助製藥發展。紀崇楠說：「以前製藥從實驗室到動物實驗、人體實驗要經過漫漫長路、耗費巨資，如今運用生物列印、細胞列印，能印出人體組織、直接用藥，一有毒性馬上修改配方。」並用汽車工業來說明，以前可能等製作一部車、去撞車測試再改進，3D列印技術純熟後，直接運用科技縮短實驗。

客製化醫材提高醫療品質

中國醫學大學附設醫院博士謝明佑分享經驗，從針對牙科及矯正器械產品、整形正顎輔助器械產品及服務，到數位手術規劃服務、手術導板設計及列印，並逐步進行技術移轉，將醫療資源做有效分享。
謝明佑指出，以口腔顎面外科常見的外傷為例，透過3D列印技術，客製化醫療模型、手術導版，甚至連獨特的手術模具及術後整形及輔具，都能一貫化作業，不僅能增加手術成功率，根據統計，透過3D列印技術，能縮短將近30%的手術時間，減少病患麻醉時間、降低風險，更能提高醫療品質。
謝明佑表示，「針對3D列印應用於臨床， 3D列印醫療研發中心對應不同科別上，已有不同的SOP。醫師針對病患需求下達指令，七個工作天就能列印出所需之模具、手術導板或是術後輔具等，為病人客製化專屬醫材。」從最早的醫學模型，到手術導板、器械設計等，中心技術逐漸純熟。
為了提升臺灣整體醫療品質，並將醫療服務推向亞太3D客製醫療服務，中國醫藥大學3D列印醫療研發中心已然能夠帶領業界走出新方向。

3D列印導入牙科 解決缺工窘境

虎尾科技大學動力機械系教授江卓培表示，過去傳統牙模取得不方便，牙技師等先調膠，取得病人口腔內牙模做石膏模再翻模，每翻新一次模就可能有誤差。但透過3D列印技術則免去層層關卡，可直接掃描病人口腔內牙模後直接製作牙模，製作出的牙模還能進行密合度測試，務求精準，甚至連牙槽骨結構、神經走向等皆能一併考量，增加手術成功率。

3D列印牙材多採用光固化樹脂材料，近年更發展出更貼近原生牙齒、具生物相容性的氧化鋯牙材。以往CAD／CAM製作氧化鋯牙材成本昂貴，加上製作贋復牙材時需要支撐，每個牙材外觀就會有支撐點，烤後剝除時容易從此處碎裂，這也就是江卓培認為3D列印未來可取代CAD／CAM的主因，因3D列印可以克服這個問題，相對更有市場競爭力；江卓培也說，將3D列印導入牙科，以解決牙技師不足的窘境，讓臺灣逐漸走向數位牙科4.0的新時代。

依據工研院產業經濟與趨勢研究中心IEK統計，金屬3D列印產業在醫材及模具應用持續成長，國際大廠近三年的成長都超過35%；工研院在3D列印骨丁及椎間融合器等植入式醫材，經動物實驗，在ALP活性、骨引導、骨增生表現均明顯優於傳統製作產品，將來配合法規的認證即可導入骨材和醫材，其應用市場潛力可期。

（本文經工業技術與資訊授權轉載「3D列印醫材技術飛升」）