▲图片来源：AdlerOrtho
在此之后，各大企业纷纷进行3D打印的研发投入，以此来实现产品性能升级提高产品竞争力。到年底，3D打印生产超过60万个骨科植入物，预计年会增加到万。脊柱植入物领域正以迅雷不及掩耳的速度推进，而膝盖，臀部和肩膀的关节置换的主要领域也在稳步发展。年3D打印对骨科各个细分市场的渗透率估计高达5％。SmarTech的数据显示，年3D打印骨科器械市场为14.5亿美元，到年预计会增长到亿。臀部和膝盖是主要市场占有领域，膝盖的增长空间也很大。在此之后，各大企业纷纷进行3D打印的研发投入，以此来实现产品性能升级提高产品竞争力。到年底，3D打印生产超过60万个骨科植入物，预计年会增加到万。脊柱植入物领域正以迅雷不及掩耳的速度推进，而膝盖，臀部和肩膀的关节置换的主要领域也在稳步发展。年3D打印对骨科各个细分市场的渗透率估计高达5％。SmarTech的数据显示，年3D打印骨科器械市场为14.5亿美元，到年预计会增长到亿。臀部和膝盖是主要市场占有领域，膝盖的增长空间也很大。▲数据来源：SmarTechAnalysis
此外，因为新冠肺炎的急切需求，FDA3月底批准了呼吸机及配件的紧急使用授权（EUA），其中包括3D打印管路连接器。FDA还和NIH等3D打印中心进行了合作。这势必会进一步推进3D打印的发展。国内3D打印发展驱动力市场驱动：居民收入水平提升，诊疗意识增强，老龄人口推动发展，医保制度逐渐完善都是利好因素。关节炎和骨折的高发率，骨关节炎和类风湿关节炎是关节置换手术的主要原因。此外，植入物的使用寿命更长，以及儿童脊柱的磁性生长棒增加了年轻患者的使用。再者，伴随着骨科植入物的专利到期，仿制器械的介入也会对市场的增长有促进作用。3D科学谷预测，国内3D打印植入物产业化年市场空间约为87亿元。政策驱动：年1月，国家发改委会同科技部、工信部、财政部等有关部门对《战略新兴产业重点产品和服务指导目录》进行了修订完善，更新后的目录中明确认定髋/膝/肩等人工关节假体、骨诱导人工骨、人工骨/金属骨固定材料、人工椎间盘等骨植入材料为战略新兴产业重点产品。年12月，工信部等12部门印发的《增材制造产业发展行动计划（-年）》，为我国的3D打印行业提出了年均增速30%以上，年增材制造产业销售收入超过亿元等目标。年，3D打印技术被列入“十三五”国家重点研发计划支持的重大专项之一，出台了一系列产业支持政策，并明确指出3D打印技术在医用方面的前景大、市场广，工信部将加大扶持和协调力度，国家食品药品监督总局也开始转变相应的制度和审批程序，使3D打印技术得到合理高效的发展。年5月14日，西安交通大学教授卢秉恒院士在《定制式增材制造医疗器械注册技术审查指导原则（征求意见稿）》发布稿定稿会上提出，3D打印医疗市场潜力没有全部发掘出来的原因很大部分归结于医疗器械的许可问题，国家食品药品监督总局大力推进的这项《指导原则》制定工作，无疑是在推动着整个行业的发展，给广大患者带来了福音。国内3D打印植入物发展里程碑事件1)，上海交通医院将金属3D打印个性化假体用于骨盆肿瘤切除与重建手术，实现了从“削足适履”到“量体裁衣”的突破。2)，爱康医疗基于3DACT技术开发的金属3D打印骨科植入物成为中国首例获得CFDA上市许可的3D打印骨科植入物产品，之后共获得3个获批3D打印产品，分别是3D打印髋臼杯及補塊、3D打印脊柱融合器以及3D打印人工椎体。3)，北京十维科技有限公司首个发布工业陶瓷3D打印机的厂商，与清华大学机械系联合研发了基于DLP技术的高精度DLP陶瓷3D打印机。4)，大博医疗研发的3D打印截骨器处于注册检验阶段，3D打印椎间融合器和3D打印髋关节处于实验设计阶段。5)，西安科谷智能的个体化下颌骨重建假体获批，标志着国内首个个体化定制骨科植入物器械注册证诞生。6)，春立医疗引进惠普JetFusion3D打印机，将助力个体化及标准假体的研发和临床使用。7)，医院的应用钛合金3D打印技术，为一名10岁患有成釉细胞瘤的儿童实施“下颌骨”重建手术，成为国际首例低龄儿童的下颌骨缺损修复重建。8)，爱康医疗爱康医疗收购美敦力旗下公司理贝尔。产业链分析3D打印人工骨主要包括上游的原材料供应，中游的3D打印设计和工艺，以及下游的医生临床手术实施构成。原材料：目前可用的3D打印材料种类已超过种，形成百花齐放的态势。按照性能进行归类，传统的3D打印材料主要分为金属（钛/钛合金，不锈钢，钴铬合金，镁铝合金等），聚合物（PEEK,PEKK，以及可降解聚合物如PLA等），陶瓷（氧化铝，氧化硅，碳酸三钙等）。金属材料的利用率很高，但只有少数几种材料具有生物相容性适用植入物，例如，可生物降解的骨科植入物中的镁用于承重，骨骼和关节置换中的钛（美敦力和史赛克的产品都是基于钛），临时植入物（例如，髋骨钉和骨折板）中使用的外科手术级不锈钢（通常为L），以及外科假体（用于髋部，肩部和膝盖）中的钴基合金。骨科植入物应用中的金属生物材料植入物寿命有限（约10至15年），并存在金属有关的毒性和腐蚀。虽然稳定性没有钛高，聚合物PEEK具有良好的耐磨性、生物相容性、化学稳定性等有点，是理想的人工骨替换材料，适合长期植入人体。使用Zeniva(Solvary公司)和Optima（Invibio公司）PEEK材料的骨科植入物市场稳步增长。陶瓷因为其光滑的表面、优良的力学性能和生物相容性在牙科领域占据了不可代替的医学地位，而可降解的陶瓷也逐渐渗入了骨科植入物领域。3D打印工艺：3D打印包括以下几个流程：1）设计或扫描得到3D图纸；2）配置打印参数；3）打印成型；4）后处理。SolidWorks，AutoCAD和ZBrush是商业使用的较多的CAD软件的一些示例；Blender，FreeCAD，Meshmixer和SketchUp是用于制作3D模型的免费软件的一些示例。这些3D对象以3D打印机可读文件格式保存。用于3D打印的最常见的通用文件格式是STL（stereolithography，立体光刻）、VRML（virtualrealitymodelinglanguage虚拟现实建模语言）、AMF(Additivemanufacturingfileformat,增材制造文件格式）等。3D打印方法可大致分为批量方法和挤出方法：批量方法包括a）自上而下的激光立体光刻（SLA），b）自上而下的数字投影光刻（DLP），c）连续液体界面生产（CLIP），d）粉末床熔融（PBF，包括SLM和SLS）和e）粘结剂喷嘴。f–k）；挤出方法包括f）熔融沉积建模（FDM），g）直接墨水书写（DIW），h）嵌入式印刷，i）静电纺丝，j）直接喷墨印刷，以及k）气溶胶喷射印刷（AJP）。▲图片来源：AdvMater.Mar4:e
和挤出方法比较，批量方法因为固化、烧结或粘结机制的影响，通常仅限于打印单一材料。但Mirietal.(Adv.Mater.,30,)已经通过利用微流体装置展示了一种用于多材料DLP的新颖方法，该装置借助微流控设备能够在不同的（细胞加载的）水凝胶生物墨水之间快速切换，从而实现逐层多材料生物打印。技术发展趋势3D打印已经取得了很大的进步，并一步步向个性化发展，比如Conformi的iTotal系列全膝关节置换系统的每一个股骨和胫骨植入物都是为患者量身定制。但是，仍然存在许多局限性，本章节将从四个发展趋势以微知著探讨3D技术的改革。（1）创新材料开发现今骨科植入物的成功率通常很高，但仍存在一些问题，比如局部组织发炎，无菌性松弛和感染等，因此强大的骨整合和感染抑制对于成功的植入物至关重要。由于具有模仿或复制天然骨骼组成器官的能力，纳米材料是构建未来骨科植入物的高度有前途的候选材料，可以通过植入物表面上的纳米结构表面或功能性纳米涂层以不同方式使用，不仅为细胞提供结构支持（纳米功能化的支架），而且可通过调节细胞的增殖，分化和迁移等为组织再生和骨向内生长提供有利的特性。除了纳米材料，可降解材料是3D打印下一阶段的开发热点，可以解决普通材料长期相容性差和需要二次手术的问题。Nanochon创业公司通过一款新材料和3D打印技术来开发软骨修复支架，支架在植入体内后可以促进软骨组织和血管的生长，起到组织修复的作用，也可以像传统关节植入物一样承受负载，在修复期间替代患者本身的软骨，使患者恢复运动能力。随着时间的推移，损伤的关节组织会长入3D打印植入物，植入物材料溶解后留下完全愈合的关节组织。值得指出的是，另外一种名为ZFUZE的新型生物材料制成的脊柱植入物Xiphos-ZF于年11月获得FDA认证。ZFUZE材料是衍生自PEEK和带负电的陶瓷硅酸铝分子的复合聚合物，是唯一一种可显着降低白细胞介素6和1-β，同时产生亲效的M2巨噬细胞反应的材料，可增加植入物的纤维化包裹及骨整合。（2）4D打印4D打印就是在3D打印的基础上，添加了一项随时间变化的新功能：即感应光、PH、温度、湿度、振动等外部因素自行改变形状，而无需任何人工干预。4D打印技术最早由MIT的SkylarBibbits、3D打印机制造商Stratasys以及软件设计开发商Autodesk于年合作提出，并实现由3D打印的绳子在水的刺激下自我弯折。根据年GartnerReport预测，年，专注于4D打印技术的初创公司将吸引3亿美元的风险投资。4D打印在儿童医疗上有不可替代的优势。密歇根大学的科学家在患有严重威胁生命的气道疾病的婴儿中打印并植入4D气道夹板，该4D生物材料经过设计可以在一段时间内随着气道的生长而扩展，然后再溶解在体内，植入后三年的跟踪显示效果良好。而瑞士和意大利的研究人员开发一种4D打印的支架，其宽度仅为50微米，比传统支架小得多，这种小的装置可以用来治疗胎儿的并发症，例如尿道狭窄等。此外，西班牙的科学家也开发了一种三维生物陶瓷植入物，其内核是生物磷酸钙，可以在生理pH下具有适度的体外降解，外层是具有较高降解性的生物活性玻璃。这项技术结合不同吸收能力的生物陶瓷以匹配骨生长速率（SciRep5,()）。（3）无层(layerless)3D打印传统3D打印方法是逐层添加材料进行打印，需要围绕预先存在的对象进行打印，打印时间长，即使各层之间的粘合非常紧密，产品的刚性和强度仍然存在许多缺陷，从而导致最终产品的性能较差。比如逐层打印往往会导致导致边缘的“阶梯”效应，打印柔性物体，也会存在变形等问题。年，加利福尼亚的HaydenK.Taylor团队采用了计算轴向光刻技术（