瞻觀前沿

麻省理工學院和德克薩斯大學的研究人員開發(fā)出一種手持式芯片式3D打印機原型，該打印機使用光子芯片發(fā)射光束將樹脂固化成固體物體。這項創(chuàng)新技術(shù)可能會徹底改變定制低成本便攜物品的生產(chǎn)方式，并有望應(yīng)用于醫(yī)療和工程領(lǐng)域。這款微型設(shè)備可以讓用戶隨時隨地快速創(chuàng)建定制的低成本物品，例如用于修復(fù)搖晃的自行車車輪的緊固件或用于重要醫(yī)療手術(shù)的部件。這項研究最近發(fā)表在《自然光科學與應(yīng)用》雜志上。

研究人員展示了第一臺基于芯片的3D打印機，朝著實現(xiàn)這一想法邁出了重要一步。他們的概念驗證設(shè)備由一個毫米級光子芯片組成，該芯片將可重構(gòu)光束發(fā)射到樹脂孔中，當光線照射到樹脂孔中時，樹脂孔會固化成固體形狀。他們的原型由一個光子芯片組成，芯片上包含一組厚度為160 納米的光學天線。(一張紙的厚度約為100,000 納米。)整個芯片可裝在一枚25美分硬幣上。

通過結(jié)合硅光子學和光化學，這個跨學科研究團隊成功研發(fā)出一種芯片，可以引導(dǎo)光束 3D打印任意二維圖案，包括字母 MIT。只需幾秒鐘，形狀就可以完全成型。從長遠來看，他們設(shè)想的系統(tǒng)是將光子芯片放置在樹脂井的底部，并發(fā)射可見光的 3D 全息圖，只需一步即可快速固化整個物體。這種便攜式 3D 打印機有很多應(yīng)用，例如可以幫助臨床醫(yī)生創(chuàng)建定制的醫(yī)療設(shè)備組件，或者幫助工程師在工作現(xiàn)場快速制作原型。

電氣工程和計算機科學 (EECS) 的Robert J. Shillman 職業(yè)發(fā)展教授Jelena Notaros 說道：該系統(tǒng)完全重新定義了 3D 打印機。它不再是一個放在實驗室工作臺上用來制造物品的大盒子，而是一個可以手持和攜帶的東西。想想由此可能產(chǎn)生的新應(yīng)用以及 3D 打印領(lǐng)域?qū)⑷绾胃淖?，真是令人興奮。

圖片來源：Sampson Wilcox，RLE

技術(shù)價值觀察

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括3D打印設(shè)備核心零部件、軟件系統(tǒng)和3D打印耗材的原料供應(yīng)商;3D打印產(chǎn)業(yè)鏈中游包括3D打印材料制造商，3D打印設(shè)備制造商以及3D打印服務(wù)提供商;3D打印下游涵蓋各應(yīng)用領(lǐng)域，包括醫(yī)療健康、航空航天、建筑建材等。

研究人員開發(fā)出手持式芯片式3D打印機，這種微型光學設(shè)備比硬幣還小，可以實現(xiàn)移動中快速成型。因此，從3D打印產(chǎn)業(yè)鏈上看，該技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)。

宏觀市場觀察

——3D打印行業(yè)技術(shù)生命周期

全球3D打印行業(yè)專利技術(shù)在21世紀初得到初步發(fā)展，這一時期3D打印專利申請人數(shù)量和申請量處于較低水平。自2012年開始，3D打印行業(yè)專利技術(shù)的發(fā)展總體處于快速成長期，2018-2019年全球3D打印行業(yè)專利技術(shù)申請量或申請人數(shù)量整體達到最高水平，隨后逐漸步入平穩(wěn)發(fā)展時期。2023年申請人數(shù)量約2000位，申請量超過4000項。

——3D打印行業(yè)專利申請及公開數(shù)量情況：專利申請呈先增后減趨勢，專利公開整體呈現(xiàn)增長趨勢

根據(jù)incoPat披露的信息，2013-2023年，我國3D打印行業(yè)專利申請數(shù)量整體呈先增長后下降的趨勢，2019年達到最高峰，當年專利申請量超過10000項，2023年中國3D打印行業(yè)專利申請量為4070項。2013-2023年，我國3D打印行業(yè)專利公開數(shù)量呈上漲趨勢，2023年，我國3D打印行業(yè)專利公開數(shù)量為11632項。2024年1-4月，中國3D打印行業(yè)專利申請量和公開量分別為195項和3808項。

——中國為全球3D打印第一大技術(shù)來源國

目前，全球3D打印第一大技術(shù)來源國為中國，中國3D打印專利申請量占全球3D打印專利總申請量的30%;其次是美國，3D打印專利申請量占全球3D打印專利申請量的25%;排位第三的是歐洲專利局(EPO)，3D打印專利申請量占全球3D打印專利申請量的比例為12%。

——中國3D打印市場規(guī)模

受3D打印產(chǎn)品逐步規(guī)?；瘧?yīng)用和部分積壓的3D打印設(shè)備需求的釋放，2021年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模增速加快。根據(jù)CCID統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2021年中國3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模達到261.5億元，同比增長了34.1%。近兩年來，不少消費級的3D打印企業(yè)的營業(yè)收入增長迅速，營收規(guī)模超過10億元以上的企業(yè)有所增加，結(jié)合CCID對中國3D打印市場的預(yù)測，初步估計2023年中國3D打印市場規(guī)模約為400億元。

——中國3D打印行業(yè)進出口總況

3D打印相關(guān)的海關(guān)編碼為增材設(shè)備制造，HS編號是8485，該系列編碼為2022年1月新增編碼。

海關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2023年中國增材設(shè)備制造產(chǎn)品進出口總額10.73億美元，同比上升56.51%，反映3D打印進出口規(guī)模逐漸擴大，其中進口額0.87億美元，同比增長22.9%;出口額為9.85億美元，同比上升60.4%。實現(xiàn)貿(mào)易順差為8.98億美元，同比增長65.3%，出口規(guī)?？傮w遠高于進口規(guī)模，表明中國增材設(shè)備制造行業(yè)在全球范圍內(nèi)具有較高競爭力。

——中國3D打印行業(yè)發(fā)展趨勢

中國3D打印技術(shù)賽道熱力圖

根據(jù)產(chǎn)業(yè)熱力圖顯示，與3D打印關(guān)鍵技術(shù)強關(guān)聯(lián)的城市集群主要集中在華南和華中地區(qū)，并且以廣東、湖南省為重點發(fā)展區(qū)域，未來布局3D打印技術(shù)及其他效果技術(shù)的發(fā)展路徑，極大可能性在于華南、華中地區(qū)優(yōu)先導(dǎo)入，其中可重點關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)和番禺區(qū)、廣東省深圳市龍華區(qū)、湖南省長沙市開福區(qū)所處3D打印的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對于3D打印的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場的潛力空間。

經(jīng)濟學人APP資訊組

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