Printess：一種低成本、開源的生物3D打印機(jī)，專為多材料高通量DIW設(shè)計(jì)。

導(dǎo)讀：在新興的生物制造和軟材料工程領(lǐng)域，直接墨水書寫（DIW）作為一種通用且不斷進(jìn)化的3D打印方法，日益受到關(guān)注。它能處理多種粘度和化學(xué)性質(zhì)的墨水，涵蓋生物組織打印、軟機(jī)器人、電子材料以及結(jié)構(gòu)超材料等多樣化應(yīng)用。  

然而，大多數(shù)商用DIW打印平臺(tái)價(jià)格高昂（往往在一萬至數(shù)十萬美元不等），并且軟件和硬件生態(tài)系統(tǒng)通常為封閉式，難以進(jìn)行二次開發(fā)或在學(xué)術(shù)研究中做大幅定制。此外，當(dāng)前的開源生物打印機(jī)常常是對(duì)現(xiàn)有塑料3D打印機(jī)等商用設(shè)備進(jìn)行簡單改裝，成本仍然偏高，可塑性有限。

為推動(dòng)更廣泛的應(yīng)用與創(chuàng)新，斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)從自下而上的思路出發(fā)，開發(fā)了一款名為“Printess”的3D打印平臺(tái)：硬件開源、組裝成本僅約250美元，可支持多種打印模式和材料，為實(shí)現(xiàn)快速、靈活的軟材料和生物打印打開了新局面。

Printess是一款緊湊、輕量且易于組裝的開源 DIW（直接墨水書寫）平臺(tái)。它由六個(gè)線性執(zhí)行器、一個(gè)微控制器、兩個(gè)注射泵擠出機(jī)以及價(jià)格低廉的3D打印和激光切割部件構(gòu)成。該平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度高達(dá)10微米，可支持多種先進(jìn)的DIW技術(shù)，例如多材料梯度打印、嵌入式打印以及主動(dòng)混合工藝。

與商業(yè)化替代方案相比，Printess提供更高靈活性，用戶可定制構(gòu)建體積、打印頭和材料功能以滿足不同需求。系統(tǒng)使用修改版Marlin固件的RepRap RUMBA+ 控制板，兼容常見切片軟件。模塊化設(shè)計(jì)使其一小時(shí)內(nèi)可組裝完成，并擁有80×80×80mm構(gòu)建體積，專為小型高精度打印優(yōu)化。以下是對(duì)其多模式打印能力的詳細(xì)說明：

1. 主動(dòng)混合打印

通過內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)葉輪，Printess實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)混合打印。這種模式能夠在打印過程中實(shí)時(shí)調(diào)整材料配比，生成梯度材料或Janus細(xì)絲，適合用于多功能材料的開發(fā)。通過在同一打印細(xì)絲中對(duì)兩股生物墨水進(jìn)行實(shí)時(shí)混合，可打印出含不同染料或細(xì)胞類型的多相組織。

2. 多噴嘴打印

配備多噴嘴打印頭（MM3D），顯著提升了并行打印效率，同時(shí)支持在細(xì)絲中快速切換不同材料。通過8或32個(gè)噴嘴的分流設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多材料的快速切換和高吞吐量并行打印。打印實(shí)例包括混合硬、軟硅膠的可膨脹結(jié)構(gòu)。在拉伸測試中，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出可調(diào)的泊松比和拉伸性能，展示了其在超材料設(shè)計(jì)中的潛力。

3. 嵌入式打印

Printess支持在自修復(fù)流體支撐介質(zhì)中構(gòu)建復(fù)雜的軟性結(jié)構(gòu)，輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜幾何形狀和柔性材料的打印需求。成功在卡波姆（Carbopol）等自修復(fù)支撐介質(zhì)中打印復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，例如斯坦福兔模型，并實(shí)現(xiàn)心臟瓣膜等功能部件的打印。

此外，Printess平臺(tái)具有高度靈活的模塊化設(shè)計(jì)，能夠快速適配各種實(shí)驗(yàn)需求。通過卡扣式注射器支架、可定制打印床等靈活接口，用戶可以快速更換組件，優(yōu)化打印配置。

Printess打印機(jī)總成本約250美元（折合人民幣約1800元），所有機(jī)械、電氣和軟件設(shè)計(jì)均為開源，用戶可自由改裝、分享和創(chuàng)新。設(shè)計(jì)文件、組裝說明和固件已發(fā)布在GitHub上，可通過以下鏈接免費(fèi)下載：https://github.com/weiss-jonathan/Printess-Low-Cost-3D-Printer

通過Printess這一自下而上構(gòu)建的3D打印平臺(tái)，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了低成本、多材料和多模式的直接墨水書寫方法，為生物打印和軟材料開發(fā)提供了嶄新的開放式生態(tài)。這將使更多研究者、教育機(jī)構(gòu)甚至個(gè)人能夠負(fù)擔(dān)得起生物3D打印機(jī)，加速技術(shù)在更廣領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新。

2025年，生物3D打印機(jī)可能會(huì)迎來一波降價(jià)潮。

Printess：一種低成本、開源的生物3D打印機(jī)，專為多材料高通量DIW設(shè)計(jì)。

導(dǎo)讀：在新興的生物制造和軟材料工程領(lǐng)域，直接墨水書寫（DIW）作為一種通用且不斷進(jìn)化的3D打印方法，日益受到關(guān)注。它能處理多種粘度和化學(xué)性質(zhì)的墨水，涵蓋生物組織打印、軟機(jī)器人、電子材料以及結(jié)構(gòu)超材料等多樣化應(yīng)用。  

然而，大多數(shù)商用DIW打印平臺(tái)價(jià)格高昂（往往在一萬至數(shù)十萬美元不等），并且軟件和硬件生態(tài)系統(tǒng)通常為封閉式，難以進(jìn)行二次開發(fā)或在學(xué)術(shù)研究中做大幅定制。此外，當(dāng)前的開源生物打印機(jī)常常是對(duì)現(xiàn)有塑料3D打印機(jī)等商用設(shè)備進(jìn)行簡單改裝，成本仍然偏高，可塑性有限。

為推動(dòng)更廣泛的應(yīng)用與創(chuàng)新，斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)從自下而上的思路出發(fā)，開發(fā)了一款名為“Printess”的3D打印平臺(tái)：硬件開源、組裝成本僅約250美元，可支持多種打印模式和材料，為實(shí)現(xiàn)快速、靈活的軟材料和生物打印打開了新局面。

Printess是一款緊湊、輕量且易于組裝的開源 DIW（直接墨水書寫）平臺(tái)。它由六個(gè)線性執(zhí)行器、一個(gè)微控制器、兩個(gè)注射泵擠出機(jī)以及價(jià)格低廉的3D打印和激光切割部件構(gòu)成。該平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)精度高達(dá)10微米，可支持多種先進(jìn)的DIW技術(shù)，例如多材料梯度打印、嵌入式打印以及主動(dòng)混合工藝。

與商業(yè)化替代方案相比，Printess提供更高靈活性，用戶可定制構(gòu)建體積、打印頭和材料功能以滿足不同需求。系統(tǒng)使用修改版Marlin固件的RepRap RUMBA+ 控制板，兼容常見切片軟件。模塊化設(shè)計(jì)使其一小時(shí)內(nèi)可組裝完成，并擁有80×80×80mm構(gòu)建體積，專為小型高精度打印優(yōu)化。以下是對(duì)其多模式打印能力的詳細(xì)說明：

1. 主動(dòng)混合打印

通過內(nèi)置的旋轉(zhuǎn)葉輪，Printess實(shí)現(xiàn)了主動(dòng)混合打印。這種模式能夠在打印過程中實(shí)時(shí)調(diào)整材料配比，生成梯度材料或Janus細(xì)絲，適合用于多功能材料的開發(fā)。通過在同一打印細(xì)絲中對(duì)兩股生物墨水進(jìn)行實(shí)時(shí)混合，可打印出含不同染料或細(xì)胞類型的多相組織。

2. 多噴嘴打印

配備多噴嘴打印頭（MM3D），顯著提升了并行打印效率，同時(shí)支持在細(xì)絲中快速切換不同材料。通過8或32個(gè)噴嘴的分流設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)多材料的快速切換和高吞吐量并行打印。打印實(shí)例包括混合硬、軟硅膠的可膨脹結(jié)構(gòu)。在拉伸測試中，該結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出可調(diào)的泊松比和拉伸性能，展示了其在超材料設(shè)計(jì)中的潛力。

3. 嵌入式打印

Printess支持在自修復(fù)流體支撐介質(zhì)中構(gòu)建復(fù)雜的軟性結(jié)構(gòu)，輕松應(yīng)對(duì)復(fù)雜幾何形狀和柔性材料的打印需求。成功在卡波姆（Carbopol）等自修復(fù)支撐介質(zhì)中打印復(fù)雜的3D結(jié)構(gòu)，例如斯坦福兔模型，并實(shí)現(xiàn)心臟瓣膜等功能部件的打印。

此外，Printess平臺(tái)具有高度靈活的模塊化設(shè)計(jì)，能夠快速適配各種實(shí)驗(yàn)需求。通過卡扣式注射器支架、可定制打印床等靈活接口，用戶可以快速更換組件，優(yōu)化打印配置。

Printess打印機(jī)總成本約250美元（折合人民幣約1800元），所有機(jī)械、電氣和軟件設(shè)計(jì)均為開源，用戶可自由改裝、分享和創(chuàng)新。設(shè)計(jì)文件、組裝說明和固件已發(fā)布在GitHub上，可通過以下鏈接免費(fèi)下載：https://github.com/weiss-jonathan/Printess-Low-Cost-3D-Printer

通過Printess這一自下而上構(gòu)建的3D打印平臺(tái)，研究人員成功實(shí)現(xiàn)了低成本、多材料和多模式的直接墨水書寫方法，為生物打印和軟材料開發(fā)提供了嶄新的開放式生態(tài)。這將使更多研究者、教育機(jī)構(gòu)甚至個(gè)人能夠負(fù)擔(dān)得起生物3D打印機(jī)，加速技術(shù)在更廣領(lǐng)域的應(yīng)用和創(chuàng)新。

2025年，生物3D打印機(jī)可能會(huì)迎來一波降價(jià)潮。