3D 生物打印中的生物墨水可打印性研究 39 Research on the printability of hydrogels in 3D bioprinting.pdf Researchon the printability of hydrogels in 3D bioprinting, Scientific Reports, 201 6,6:29977, DOI: 10.1038/srep29977 生物墨水的可打印性关系到 3D 生物打印是否能取得期望的精度。而生物墨水作为一种典型的软物质材料，其打印精度的控制是能否制造出临床尺寸结构的一个关键。目前国内外对此研究较少，甚至连可打印性“ Printability ”这个概念的定义都不清晰。在本文中我们从制造角度对生物墨水的可打印性进行了研究，对生物墨水打印时的合适黏度、从基础的 1D 线条打印到 2D 的支架打印，再到 3D 的组织实体打印中的各种误差成因及调控进行了探讨。并尝试对可打印性“ Printability ”进行了定义。 所谓的可打印性或者说某种生物墨水具有打印性通常包括三层含义：（ 1 ）、生物墨水的黏度需要能可调，比如通过温度、剪切变细等特性。只有可调才能设计适合的打印方式及打印参数区间。（ 2 ）生物墨水在打印前要是液态的，以避免堵塞喷嘴，打印后要能迅速变为固态以保持形状。在逐层打印的过程中，打印的纤维凝胶化并彼此粘结非常重要，这决定了该材料或该打印工艺是否是正真的 3D 打印。（ 3 ）拥有或找到针对该材料的打印窗口或工艺参数区间也非常重要。目前有大量的看起来很美的新型生物材料或生物墨水的研发报道，但最终这些墨水只能局限于某些简单的成型，使其失去实际意义。 从制造角度说，生物墨水中最常用的凝胶材料的打印窗口其实很狭窄。为了保证更好的成形精度，需要更高的墨水浓度或交联密度，而这会对细胞的迁移增值造成很大的影响，同时高浓度的生物墨水也会增加打印的难度。然而，低浓度的墨水难以定形。由于需要在墨水中混入细胞，因而很多用于处理凝胶及增强凝胶强度或活性的方法不具有生物兼容性。理想的生物墨水要求合适的黏度、足够的强度、良好的生物兼容性及降解性。迄今为止找到一种合适的生物墨水仍然是一个巨大的挑战。
3D 打印微流控芯片及其在化学、生物中的应用进展（Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and Biology a Review） 36 Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistry and B.pdf 去年受 Electroanalysis 杂志副主编 José MPingarrón 教授的约稿，花了大半年的时间对 3D 打印微流控芯片的研究进展进行了梳理，结合了自己在研究过程中的一些理解，写了这篇综述 “Developments of 3D Printing Microfluidics and Applications in Chemistryand Biology: a Review” 。虽然尽力查阅了相关文献，但仍不免有所遗漏，尤其是由于发表周期的问题，近期的一些进展可能没有述及。 微流控芯片 (MicrofluidicChip) 是把生物、化学、医学分析过程的样品制备、反应、分离、检测等基本操作单元集成到一块微米尺度的芯片上。由于它在生物、化学、医学等领域的巨大潜力，已经发展成为一个生物、化学、医学、流体、电子、材料、机械等学科交叉的崭新研究领域，又称为微全分析系统、微流体芯片等。基于 MEMS 工艺的微制造技术在微流控芯片中获得了广泛的应用，但随着时间的发展现有的微流控制造方法也慢慢暴露了很多缺点。主要体现在维度限制（制造三维微流控芯片比较困难）及小批量制造的成本居高不下。因而随着 3D 打印技术的发展，采用 3D 打印制造微流控芯片越来越可行与方便。 本篇综述的目的主要有：（ 1 ）梳理现有的 3D 打印技术，对各类 3D 打印技术适合于制作那种类型的微流控芯片进行分析，目的是帮助微流控研究人员更好的选择适合的 3D 打印工艺；（ 2 ）梳理现有 3D 打印微流控芯片进展，包括其在化学及生物学中的应用；（ 3 ）结合自己的理解，对 3D 打印微流控芯片的发展做些展望与预测，特别是以后可能会获得大幅发展的 3D 打印微流控芯片技术。 1 熔融沉积（ FDM ） 3D 打印方式的微流控芯片制造 挤出成型 3D 打印方法中， FDM 打印技术目前应用最为普遍，成本也最为低廉，售价通常在 3000RMB-1000RMB ，故而常被称为桌面式 3D 打印机。如能使用 FDM 打印机很好的解决微流控芯片的制造问题，无疑非常实用、非常方便。当然 FDM 桌面式 3D 打印机的缺点是精度不高，直接用来打印芯片通常会出现泄漏等问题，使用合适的打印材料，可以部分的避免这个问题。另一个方法是使用 FDM 打印打印模具，如觉得模具精度不高，可进行二次抛光，用作快速制造微流控芯片还是比较方便的，需要声明的是，该方法制造芯片的精度大概在几百微米之间。 基于 FDM 工艺打印的微流控芯片 2 光固化 3D 打印方式的微流控芯片制造 光固化 3D 打印方式中 SLA 价格比较贵，不够亲民。而 DLP 工艺近几年发展迅速，有普及的趋势，目前价格也就在 1 万 RMB-5 万 RMB 左右，精度也可控制在几十微米。个人觉得 DLP 工艺的 3D 打印机比较适合于微流控芯片制造，当然光固化树脂的一些特性可能会限制光固化打印微流控芯片的部分应用，而这也是研究人员可以努力的方向哈。基于 DLP 工艺，透明的微流控芯片、内置的 3D 流道相对容易制造出来，具体的部分技术细节还需进一步探索。我比较看好 DLP 技术在微流控芯片制造中的应用。 基于光固化工艺制造的微流控芯片 3 选择性激光烧结 3D 打印方式的微流控芯片制造 由于该方式主要烧结金属材料，价格较贵，在微流控中报道不多，主要见于微反应器的报道。个人觉得用于燃料电池的制氢微反应器可考虑使用这个工艺制造。 4 基于喷墨 3D 打印方式的微流控芯片制造 喷墨 3D 打印有两类成型方式，一类是通过喷射粘结剂粘附颗粒实现 3D 结构制造，这个工艺中液体渗漏是一个问题，个人认为不太适合于芯片制造。另一类是喷射光固化液滴，利用 UV 光固化，这个制造方式接近于前述的光固化工艺，但由于多喷头的作用使得彩色 3D 结构的打印不再是难题。该工艺制造微流控芯片同样有不少报道，理论上将可基于该工艺实现芯片上一些抗体、反应物等的同时打印，我们期待后续会出现这方面的报道。 基于喷墨光固化的微流控芯片 3D 打印 5 叠层制造 3D 打印方式的微流控芯片制造 叠层制造原来是指将切好截面的纸张叠加起来实现 3D 结构的制造，基于该原理可手工制造出芯片的每部分，然后将其叠加起来。个人觉得如果是手工制作，归类于 3D 打印有点勉强。不过目前的有一种融合了基于切纸的叠层制造及喷墨打印工艺的 3D 打印机有望在 3D 纸芯片的制造中获得应用，理论上讲使用喷墨打印头可方便的在纸上沉积各种试剂、而切纸工艺可方便的制造三维纸芯片结构，我很期待后续会有这方面的报道。 6 双光子聚合 3D 打印方式的微流控芯片制造 该工艺精度高，能制造微纳米尺度的流道，可惜受限于设备成本及商业化应用稍显狭窄的问题，该方法还需要成熟期，未来能否有较多的应用还有待观察。 基于叠层制造及双光子聚合的微流控芯片 3D 打印 7 3D 打印生物微流控芯片 /3D 打印生物 MEMS 3D 打印生物微流控可大体分为器官芯片打印及生物打印中的血管化。前者主要目标是在芯片上模拟出器官组织，用于药物筛选等。而后者主要是为了解决器官制造中的营养输送或者说是血供问题。 课题组的生物打印血管化研究工作，同样可用于器官芯片的直接打印 参考文献 116 的血管化工作 8 3D 打印微流控芯片优缺点 Method Principle Material Advantages Disadvantages Suitable microfluidics FDM Extrusion -based Thermoplastic, eutectic metal,ceramics, edible material, etc. Simple using and maintaining, low cost, easily accessible Rough surface, low resolution Mold casting, channel size larger than 200μm, Low-cost chips SLA DLP Photocuring Liquid photosensitive resin High accuracy Limited resin, unbio-compatible Mold casting, Channel size larger than 100μm 3DP-LR Inkjet-based Liquid photosensitive resin High accuracy Very expensive Transparent chips SLS SLM Photomelting Powdered plastic, metal, ceramic, PC, acrylic styrene, PVC, ABS wax, etc. Wide adaptation of materials, high accuracy, high strength Very expensive Reactor with high temperature LOM Paper cutting Sheet material (paper, plastic film, metal sheets, cellulose etc.) Low cost, easy to manufacture large parts Time-consuming, low material utilization 3D μPADs with different agents 3DP-P Inkjet-based Powdered plaster, ceramics sugar etc. Colorful printing Post surface treatment, low strength Unsuitable LDW Two-Photon Polymerization Process Laser-based Glass, fused silica etc. High accuracy Expensive Situations need high accuracy 9 3D 打印微流控芯片展望 个人认为后续 3D 打印微流控芯片有 6 个趋势 其一、从二维面芯片过渡到三维体芯片；其二、直接打印凝胶材质的微流控芯片；其三、针对微流控需要的 3D 打印工艺将会开发得到更多的重视；其四、基于打印工艺直接集成传感器及制动器到微流控芯片中；其五、基于 3D 打印的微流控芯片模块化组装；其六、纸芯片的 3D 打印封装，构成便携式 POC 系统。 更详细的探讨可参考我们发表的论文，欢迎感兴趣的同行交流。
课题组聚焦于制造学科与生物学科交叉领域，尤其是器官芯片制造，期望通过在微流控芯片上构造器官原型（器官芯片），在实验室环境下重现各种疾病的微环境，可广泛应用于药物研发、致病机理研究、细胞发育机制探讨等领域，为生物医学相关学科的研究提供基础支撑。主要围绕 三维微流控芯片制造新方法、生物仿生结构3D打印制造新方法、生物3D打印装备的关键技术 展开研究。 一、三维微流控芯片制造新方法 1 、 基于牺牲层工艺的微流控芯片制造方法， 通过 PDMS 与牺牲层材料混合打印，能够快速而低成本的构造生物兼容性好的 3D 微流控芯片， 所打印的芯片在细胞立体培养方面具有较大的优势。 2 、 基于光敏印章印刷方法的微制造方法， 将日常生活中常用的光敏印章引入微制造领域， 通过多次复合曝光可实现不同尺度微结构的嵌套加工 ，通过调整曝光掩膜的灰度，可实现不同深度微结构的一次性成型。非常适合于功能微结构的快速制造，可作为软刻蚀及微浇注等工艺的复制模板。 3 、 基于动态掩膜的微流控纸芯片制造方法 ，将桌面式 3D 打印机引入纸芯片的制造中，通过正反面固化， 可实现 1min 内快速制造好一张复杂的纸基微流控芯片 。 4 、微热压成型技术作为一种低成本微流控芯片制造方法，应用极其广泛。课题组较早的开展了热压成型相关技术研究。 建立了压印过程模型、揭示了微压印过程中聚合物流变特性与压印质量及压印效率间的内在关系、提出了模具拓扑优化策略、优化了压印工艺、降低了微热压成型缺陷。 相关论文： 1. He Y , Xiao X, Wu Y, et al. A facile and low-cost microfabrication material: flash foam . ScientificReports , 2015, 5. 13522. (SCI, IF=5.578) 2. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z, GuangHuai Xue. A low-cost and rapid microfluidic paper-basedanalytical devices fabrication method: Flash Foam Stamp Lithography . RSC Advances , 2014, 4(109):63860-63865. (SCI,IF=3.84) 3. He Y , Wu Y,Xiao X, Fu J Z * et al . Fabrication of Paper-BasedMicrofluidic Analysis Devices: a Review . RSC Advances, 2015, 5(4),78109-78127 (SCI, IF=3.84) 4. He Y , Wu W B,Fu J Z. Rapid fabrication of paper-based microfluidic analytical devices withdesktop stereolithography 3D printer . RSCAdvances , 2015, 5(4), 2694-2701. (SCI, IF=3.84) 5. He Y , Qiu J J, Fu J Z, Zhang J et al . Printing 3D microfluidic chip with a sugar 3D printer . Microfluidics and Nanofluidics , 2015,19, 447-456. (SCI, IF=2.528) 6. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Research on optimization of the hot embossing process . Journal ofMicromechanics and Microengineering, 2007, 17(12): 2420. (SCI, IF=1.7) 7. He Y , Fu J Z, Chen Z C.Optimization of control parameters in micro hot embossing . MicrosystemTechnologies, 2008, 14(3): 325-329. (SCI, IF=0.875 ) 8. He Y , Wu W B, Zhang T, et al.Micro structure fabrication with a simplified hot embossing method . RSCAdvances, 2015, 5(49): 39138-39144. (SCI, IF=3.84 ) 9. He Y , Fu J Z, Zhao P, et al.Enhanced polymer filling and uniform shrinkage of polymer and mold in a hotembossing process . Polymer Engineering Science, 2013, 53(6):1314-1320. (SCI, IF=1.52 ) 10. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Analysis of pattern height development inhot embossing process . Microsystem technologies, 2009, 15(7): 963-968. (SCI) 11. He Y , Fu J Z, Chen Z C. Experimental study on the hot embossingpolymer microfluidic chip . Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2008,21(3): 87-89. (SCI, IF=0.598) 12. He Y , Zhang T, Fu J Z, et al. Experimental Study on theFabrication of the Light Guide Plate with Hot Embossing Method //AppliedMechanics and Materials. 2010, 37: 448-452. 二、生物仿生结构 3D 打印制造新方法 1 、 基于营养通道同步构造的细胞打印新工艺 ，证实了本工艺所构造的微通道能够有效的用于组织内的营养输送，可起到类血管的作用；给出了打印过程中融合机理及融合时序，系统的探讨了可打印工艺区间；通过调控相邻凝胶微通道间的融合时序，可实现组织打印过程中的三维微流道网络的构建，为大尺寸器官打印中的营养输送难题提供一条可行的路径。 2 、假体已经广泛应用于人体颌面部损伤的修复中，传统个性化定制假体周期长，价格昂贵，严重制约了其在临床上的应用推广。课题组提 出了一种 3D 打印低成本假体制造方法 ，利用桌面级 3D 打印技术的低成本，通过抛光技术去除掉打印模具的台阶效应， 制造出表面粗糙度 Ra 低于 1μm 的光滑模具 ，浇铸出具有光洁表面的人工假体，使其成本从 4000 美元 / 件降至 30 美元 / 件。 发表的论文 1. Qing Gao, Yong He *,Jian-zhong Fu, An Liu, Liang Ma. Coaxial nozzle-assisted 3D bioprinting withbuilt-in microchannels for nutrients delivery . Biomaterials , 2015, 61, 203-215. ( SCI, IF=8.557 ) 2. He Y , Xue G H,Fu J Z, Fabrication of low cost soft tissue prostheses with the desktop 3Dprinter . Scientific Reports ,2014, 4, 6973. ( SCI , IF=5.578 ) 3. Shao H, Yang X, He Y* , et al. Bioactive glass-reinforced bioceramic ink writingscaffolds: sintering, microstructure and mechanical behavior . Biofabrication , 2015, 7(3): 035010. ( SCI, IF=4.289 ) 4. Xie J, Yang X, Shao H, HeY , et al. Simultaneous mechanical property and biodegradation improvementof wollastonite bioceramic through magnesium dilute doping . Journal of the mechanical behavior ofbiomedical materials , 2016, 54: 60-71. (SCI, IF=3.417) 三、生物 3D 打印装备的关键技术 课题组对芯片 3D 打印及细胞打印装备研发过程中所涉及的相关核心技术，包括表面粗糙度改进、速度平滑控制、快速支撑生成算法、打印误差控制与补偿等进行了系统的研究， 研发了具有自主知识产权的细胞打印及芯片打印装备 。 1. 为解决打印过程中的过填充与欠填充问题，通过 采用自适应间距路径避免恒定间距路径填充过程中出现的质量问题，提高了打印质量 。为提高打印过程中的支撑生成算法效率及稳定性，通过采用切片文件而非三维实体模型实现支撑区域的判断，可避免大量的三维布尔运算，提高了算法的运算效率。为提高制造加工的效率， 提出内支撑的概念 ，可直接利用切片文件实现内支撑生成算法。 2. 针对细胞打印中凝胶的可控沉积问题进行了深入研究 ，通过分析加工速度及加工路径对液滴沉积偏转的影响，建立了误差补偿模型。揭示了 5 种构造不同形态规律凝胶微球的成型机制，系统的阐述了其成型机理， 实现了含细胞凝胶液滴的可控沉积 。 3. 针对 3D 打印过程中零散线段过多，导致加工效率过低的问题。 提出并实现了基于改进精插补的参数曲线插补算法 ，使精插补过程中加工误差最小化，并且使进给速度曲线更加平滑。在粗插补过程中根据当前的进给速度确定前瞻路径长度，在搜索到危险区域之后通过反算确定减速点的位置，该算法可以提高参数曲线插补精度和加工过程的平稳性。 发表的论文 1. JinY, He Y * , Gao Q, et al. Droplet deviationmodeling and compensation scheme of inkjet printing . The InternationalJournal of Advanced Manufacturing Technology , 2014, 75(9): 1405-1415. (SCI, IF=1.458) 2. Jin Y A, He Y * , Xue G H, et al . Aparallel-based path generation method for fused deposition modeling . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 77(5): 927-937. (SCI,IF=1.458) 3. Jin Y A, He Y* , Fu J Z. Support generation for additivemanufacturing based on sliced data . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2015, 80(9), 2041-2052 (SCI, IF=1.458) 4. Gao Q, He Y*, Fu J, et al. Fabrication ofshape controllable alginate microparticles based on drop-on-demand jetting . Journal of Sol-Gel Science and Technology ,2015: DOI: 10.1007/s10971-015-3890-2. (SCI, IF=1.532) 5. Jin Y A, He Y * , Fu J Z, et al . A fine-interpolation-basedparametric interpolation method with a novel real-time look-ahead algorithm . Computer-Aided Design , 2014,55: 37-48. (SCI,IF=1.801) 6. JinY, He Y *, Fu J. A look-ahead and adaptive speed control algorithm forparametric interpolation . The International Journal of AdvancedManufacturing Technology , 2013, 69(9-12): 2613-2620. (SCI, IF=1.458) 7. JinY A, He Y *, Fu J Z, et al. An interpolation method for the open CNCsystem based on EPM . The International Journal of Advanced ManufacturingTechnology , 2013, 69(1-4): 405-416. (SCI,IF=1.458) 8. Jin Y, Li H, He Y *, et al . Quantitative analysis of surface profile in fused depositionmodeling . Additive Manufacturing ,2015, 8: 142-148. 9. JinY, He Y * , Fu J, et al. Optimization oftool-path generation for material extrusion-based additive manufacturingtechnology . Additive Manufacturing , 2014, 1(1), 32-47.
《 3D 打印：从想象到现实 》由Hod Lipson 和Melba Kurman所著。 1. 3D （ Three Dimensions ）打印是一种通过材料逐层添加制造三维物体的变革性、数字化增材制造技术，它将信息、材料、生物、控制等技术融合渗透，将对未来制造业生产模式与人类生活方式产生重要影响。 2. 3D 打印过程如下： 3D 打印机在设计文件指令的导引下，先喷出固体粉末或熔融的液态材料，使其固化为一个特殊的平面薄层。第一层固化后， 3D 打印机打印头返回，在第一层外部形成另一薄层。第二层固化后，打印头再次返回，并在第二层外部形成另一薄层。如此往复，最终薄层累积成为三维物体。 3. 3D 打印机不像传统制造机器那样通过切割或模具塑造制造物品。通过层层堆积形成实体物品的方法从物理的角度扩大了数字概念的范围。对于要求具有精确的内部凹陷或互锁部分的形状设计， 3D 打印机是首选的加工设备，它可以将这样的设计在实体世界中实现。 4. 虚拟世界和实体世界的融合将是一个缓慢而微妙的过程，这一过程具有阶段性。首先，我们要获取实体物品的形状；其次，我们上升到新阶段，控制其材料组成；最后，我们要控制实体物品的行为。 5. 大规模生产具有高效优势，能够增加企业利润、降低消费价格，然而规模经济也对产品的多样化和定制化产生了负面影响。相反，工匠能轻松生产多样化和定制的产品，但是产出量比较小。 3D 打印技术提供了一条融大规模生产和手工生产于一体的新途径。 6. 沃勒斯的市场数据表明：美国的 3D 打印机大概占全球总量的 40% ；德国和日本的公司也在积极探索和使用 3D 打印机， 3D 打印机数量均占全球总量的 10% ；在中国，要发现可靠的能够证明中国在使用 3D 打印机的数据是很困难的事情。根据沃勒斯的数据，尽管中国在大规模生产方面占主导地位，但 3D 打印机数量仅占全球总量的 8.5% 。 7. 3D 系统公司的总部位于美国，它是销售 3D 打印机最大、历史最悠久的公司之一，可谓 3D 打印产业的“ IBM （国际商业机器公司）”。 3D 系统公司从 20 世纪 80 年代开始销售高端 3D 打印机，公司的商业战略基于两个目标：第一是制造和销售强大的、高端的工业用 3D 打印机；第二是履行公司的承诺，通过建立全球端到端的平台帮助人们实现将设计理念转变为实物的想法，即提供“ 3D 打印内容的解决方案”。 3D 系统公司投巨资于这样一个信念：人们将涌向很容易将数字内容转变为实物的第一个产品。 8. 由 3D 打印技术和新型设计技术推动的未来商业模式之一将是云制造。云制造是一种替代大规模生产的方案，由小规模、分布式节点组成。 9. 创客运动的一个伟大之处在于，利润并不是核心动机。创客可以凭兴趣行事，可以承担创新的风险，因为他们不必对庞大的供应链、数千名员工和愤怒的股东等负责，也无须承担专业的设计师和制造商必须承担的巨大责任。创客运动的核心精神是社区、创造力、社会变革和解决问题。 10. 约瑟夫·派恩和詹姆斯·吉尔摩在他们的著作《体验经济》（ The Experience Economy ）一书中预言，未来公司的竞争优势将越来越依赖客户的体验度。派恩和吉尔摩在书中提到，经济历经了多个发展阶段，从最初的农业经济发展到工业经济，再到今天的服务经济。 11. 3D 打印的正式名称为“增材制造”，这非常恰当地描述了 3D 打印机的工作原理。“增材”是指 3D 打印通过将原材料沉积或黏合为材料层以构成三维实体的打印方法，“制造”是指 3D 打印机通过某些可测量、可重复、系统性的过程制造材料层。 12. Polyjet 打印机是选择性沉积打印机中最年轻的成员，它由以色列一家名为“ Objet Geometries ”的公司（ 2012 年与 Stratasys 公司合并）开发。 Polyjet 打印机借用了 3D 打印家族两个主要分支的技术，其打印头将液态光敏聚合物喷射为很薄的层，再通过 UV （紫外线）光将其固化。 13. Polyjet 打印机的精确度高，因此十分适合应用于注重高分辨率形状和快速打印的工业或医疗行业。 Polyjet 打印机可同时使用多个打印头，因此可以在一个单独的打印作业中使用多种材料。 Polyjet 打印机的主要缺点在于其所使用的打印材料的固有局限性，它使用的是一种被称作“光敏聚合物”的塑料。光敏聚合物是一种能对 UV 光产生反应的、高度专业化的昂贵塑料。塑料是最耐用的制造材料之一，但大部分光敏聚合物仍十分脆弱易碎，这限制了其应用范围。
优势 1 ：制造复杂物品不增加成本。就传统制造而言，物体形状越复杂，制造成本越高。对 3D 打印机而言，制造形状复杂的物品成本不增加，制造一个华丽的形状复杂的物品并不比打印一个简单的方块消耗更多的时间、技能或成本。制造复杂物品而不增加成本将打破传统的定价模式，并改变我们计算制造成本的方式。 优势 2 ：产品多样化不增加成本。一台 3D 打印机可以打印许多形状，它可以像工匠一样每次都做出不同形状的物品。传统的制造设备功能较少，做出的形状种类有限。 3D 打印省去了培训机械师或购置新设备的成本，一台 3D 打印机只需要不同的数字设计蓝图和一批新的原材料。 优势 3 ：无须组装。 3D 打印能使部件一体化成型。传统的大规模生产建立在组装线基础上，在现代工厂，机器生产出相同的零部件，然后由机器人或工人（甚至跨洲）组装。产品组成部件越多，组装耗费的时间和成本就越多。 3D 打印机通过分层制造可以同时打印一扇门及上面的配套铰链，不需要组装。省略组装就缩短了供应链，节省在劳动力和运输方面的花费。供应链越短，污染也越少。 优势 4 ：零时间交付。 3D 打印机可以按需打印。即时生产减少了企业的实物库存，企业可以根据客户订单使用 3D 打印机制造出特别的或定制的产品满足客户需求，所以新的商业模式将成为可能。如果人们所需的物品按需就近生产，零时间交付式生产能最大限度地减少长途运输的成本。 优势 5 ：设计空间无限。传统制造技术和工匠制造的产品形状有限，制造形状的能力受制于所使用的工具。例如，传统的木制车床只能制造圆形物品，轧机只能加工用铣刀组装的部件，制模机仅能制造模铸形状。 3D 打印机可以突破这些局限，开辟巨大的设计空间，甚至可以制作目前可能只存在于自然界的形状。 优势 6 ：零技能制造。传统工匠需要当几年学徒才能掌握所需要的技能。批量生产和计算机控制的制造机器降低了对技能的要求，然而传统的制造机器仍然需要熟练的专业人员进行机器调整和校准。 3D 打印机从设计文件里获得各种指示，做同样复杂的物品， 3D 打印机所需要的操作技能比注塑机少。非技能制造开辟了新的商业模式，并能在远程环境或极端情况下为人们提供新的生产方式。 优势 7 ：不占空间、便携制造。就单位生产空间而言，与传统制造机器相比， 3D 打印机的制造能力更强。例如，注塑机只能制造比自身小很多的物品，与此相反， 3D 打印机可以制造和其打印台一样大的物品。 3D 打印机调试好后，打印设备可以自由移动，打印机可以制造比自身还要大的物品。较高的单位空间生产能力使得 3D 打印机适合家用或办公使用，因为它们所需的物理空间小。 优势 8 ：减少废弃副产品。与传统的金属制造技术相比， 3D 打印机制造金属时产生较少的副产品。传统金属加工的浪费量惊人， 90% 的金属原材料被丢弃在工厂车间里。 3D 打印制造金属时浪费量减少。随着打印材料的进步，“净成形”制造可能成为更环保的加工方式。 优势 9 ：材料无限组合。对当今的制造机器而言，将不同原材料结合成单一产品是件难事，因为传统的制造机器在切割或模具成型过程中不能轻易地将多种原材料融合在一起。随着多材料 3D 打印技术的发展，我们有能力将不同原材料融合在一起。以前无法混合的原料混合后将形成新的材料，这些材料色调种类繁多，具有独特的属性或功能。 优势 10 ：精确的实体复制。数字音乐文件可以被无休止地复制，音频质量并不会下降。未来， 3D 打印将数字精度扩展到实体世界。扫描技术和 3D 打印技术将共同提高实体世界和数字世界之间形态转换的分辨率，我们可以扫描、编辑和复制实体对象，创建精确的副本或优化原件。 以上内容摘自《 3D 打印：从想象到现实 》
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