瞻觀前沿

最近，科羅拉多大學(xué)博爾德分校和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程師開發(fā)出一種新的襯墊設(shè)計(jì)，可以承受巨大的沖擊。該創(chuàng)新成果可以在商用3D打印機(jī)上進(jìn)行打印，有望在未來(lái)廣泛應(yīng)用于各種物品，從運(yùn)輸板條箱到足球墊等，以保護(hù)易碎物品或人體免受生活中的碰撞。該突破性技術(shù)一月份發(fā)表在《先進(jìn)材料技術(shù)》雜志。

該研究的通訊作者、科羅拉多大學(xué)博爾德分校 Paul M. Rady 機(jī)械工程系助理教授 Robert MacCurdy 稱，它存在于高速公路防撞欄、護(hù)膝、護(hù)肘以及包裝設(shè)備中。

這項(xiàng)研究重新審視了大多數(shù)人經(jīng)常遇到但很少注意到的東西：泡沫。它們是柔軟的材料，充滿了無(wú)數(shù)的小孔和通道。想象一下包裝花生或壓力球。 Robert MacCurdy稱，泡沫可以很好地吸收沖擊力，但它們有一個(gè)主要缺點(diǎn)：如果你用力擠壓泡沫，它最終會(huì)壓縮成堅(jiān)硬的一團(tuán)。他和他的同事認(rèn)為他們可以做得更好。

在這項(xiàng)新研究中，該小組編寫了計(jì)算機(jī)算法來(lái)精心重新設(shè)計(jì)緩沖材料的內(nèi)部——允許它們?cè)诹ψ饔孟聫澢?，但只能遵循仔?xì)的模式。當(dāng)該小組在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試他們的設(shè)計(jì)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)他們的填充物可以比當(dāng)前最先進(jìn)的技術(shù)多吸收 25% 的力量。用于吸收沖擊力的材料很重要，MacCurdy 說(shuō)。但真正重要的是幾何形狀。 MacCurdy稱，我們正在努力開發(fā)一種在所有這些情況下都表現(xiàn)良好的幾何形狀。 為了制造更通用的坐墊，工程師和他的同事選擇重新排列這些物體的內(nèi)部，尺寸縮小到一毫米或更小。

該小組首先使用定制軟件布局蜂窩網(wǎng)絡(luò)，然后對(duì)其進(jìn)行調(diào)整以包括一些扭結(jié)，有點(diǎn)像手風(fēng)琴中的風(fēng)箱。這些扭結(jié)有助于引導(dǎo)蜂窩在撞擊過(guò)程中壓碎，從而使塌陷更加平穩(wěn)。

在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中，一種新的襯墊設(shè)計(jì)（右）優(yōu)于更傳統(tǒng)的技術(shù)

技術(shù)價(jià)值觀察

3D打印產(chǎn)業(yè)鏈的上游為原材料及基礎(chǔ)配件，原材料分為金屬專用材料及非金屬專用材料兩大類，是基礎(chǔ)配件及3D打印耗材的原材料?；A(chǔ)配件包括核心零部件(主板、振鏡系統(tǒng)、芯片、電子束槍、激光器、DLP光引擎等)和輔助運(yùn)行系統(tǒng)(三維掃描儀、三維建模軟件、打印控制軟件及切片軟件等);

中游為3D打印耗材(金屬粉末、光敏樹脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印設(shè)備的研發(fā)制造;

下游為3D打印服務(wù)及應(yīng)用，3D打印主要應(yīng)用場(chǎng)景于航空航天、模具鑄造、生物醫(yī)療、汽車、軍工等領(lǐng)域。

科羅拉多大學(xué)博爾德分校和桑迪亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工程師開發(fā)出新的襯墊設(shè)計(jì)，該創(chuàng)新成果可以在商用3D打印機(jī)上進(jìn)行打印，處于3D打印產(chǎn)業(yè)鏈下游環(huán)節(jié)。

宏觀市場(chǎng)觀察

德國(guó)為全球3D打印第二大區(qū)域市場(chǎng)

作為3D打印行業(yè)息息相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，3D打印材料行業(yè)的區(qū)域分布依托3D打印行業(yè)的分布。具體來(lái)看，2021年，全球3D打印行業(yè)發(fā)展以美國(guó)為先，德國(guó)是全球3D打印行業(yè)的第二大市場(chǎng)，市場(chǎng)占比22.5%。

招投標(biāo)市場(chǎng)近年來(lái)活躍

2017-2022年，中國(guó)3D打印行業(yè)招投標(biāo)數(shù)量整體呈現(xiàn)增長(zhǎng)的狀態(tài)。目前，2022年中國(guó)3D打印行業(yè)招投標(biāo)數(shù)量達(dá)到79個(gè)，創(chuàng)歷年新高。

全國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模

近年來(lái)，我國(guó)3D打印市場(chǎng)應(yīng)用程度不斷深化，在航空航天汽車、船舶、核工業(yè)、模具等領(lǐng)域均得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，3D打印技術(shù)已經(jīng)成為航空航天等領(lǐng)域直接制造機(jī)修復(fù)再制造的重要技術(shù)手段，在汽車、船舶、核工業(yè)、模具等領(lǐng)域成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、快速原型制造的重要實(shí)現(xiàn)方式。

得益于3D打印產(chǎn)品逐步規(guī)?；瘧?yīng)用和部分積壓的3D打印設(shè)備需求釋放的帶動(dòng)，我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模逐年增加，增加速度要略快于全球整體增速，促使我國(guó)3D產(chǎn)業(yè)占全球的比重在不斷增加。2021年中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到261.5億元，同比增長(zhǎng)34.1%。

隨著3D打印產(chǎn)品在已有場(chǎng)景中應(yīng)用規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)張，以及新場(chǎng)景、新應(yīng)用的不斷開拓，賽迪預(yù)計(jì)未來(lái)三年中國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)規(guī)模將持續(xù)高速增長(zhǎng)，但規(guī)模增速將有所回落，三年復(fù)合增長(zhǎng)率為24.1%，到2024年，中國(guó)3D打印市場(chǎng)規(guī)模達(dá)500億元左右。

中國(guó)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(qiáng)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(diǎn)發(fā)展區(qū)域，未來(lái)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(diǎn)關(guān)注廣東省廣州市天河區(qū)、廣東省深圳市龍華區(qū)、湖南省長(zhǎng)沙市開福區(qū)所處3D打印的相關(guān)企業(yè)，以及該地方對(duì)于3D打印的產(chǎn)業(yè)發(fā)展投資環(huán)境、供給市場(chǎng)的潛力空間。

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