麻省理工学院改进3D打印螺线管 使电子产品成本更低，更容易在太空中制造

瞻观前沿

想象一下，仅使用3D打印机就能构建出整个透析机。这不仅可以降低成本并消除制造浪费，而且由于该机器可以在工厂外生产，因此资源有限的人或居住在偏远地区的人可以更轻松地使用该医疗设备。虽然开发完全3D打印的电子设备必须克服多个障碍，但麻省理工学院的一个团队通过展示完全3D打印的三维螺线管，在这个方向上迈出了重要的一步。它通过在软磁芯周围分层材料，将美国四分之一大小的螺线管打印成螺旋形，较厚的导电层被薄绝缘层隔开。

螺线管是由缠绕在磁芯上的线圈形成的电磁体，是许多电子产品的基本组成部分，从透析机和呼吸器到洗衣机和洗碗机。研究人员改进了一台多材料3D打印机，使其可以一步打印紧凑的磁芯螺线管。这消除了组装后过程中可能引入的缺陷。这种定制打印机可以使用比典型商业打印机性能更高的材料，使研究人员能够生产出比其他3D打印设备承受两倍电流并产生三倍大磁场的螺线管。

除了使地球上的电子产品变得更便宜之外，这种打印硬件在太空探索中特别有用。例如，麻省理工学院微系统技术实验室 (MTL)的首席研究科学家Luis Fernando Velásquez-García表示，人们可以发送包含3D打印机文件的信号，而不是将替换电子部件运送到火星基地，这可能需要数年时间并花费数百万美元。

Velásquez-García补充道：当需求遍及全球时，没有理由只在少数几个制造中心生产功能强大的硬件。我们能否让远方的人们自己制造硬件，而不是试图将硬件运送到世界各地?增材制造可以在这些技术的民主化方面发挥巨大作用。他是一篇关于3D打印螺线管的新论文的资深作者，该论文发表在《虚拟和物理原型》杂志上。

图片来源：麻省理工学院研究人员提供

技术价值观察

3D打印产业链的上游为原材料及基础配件，原材料分为金属专用材料及非金属专用材料两大类，是基础配件及3D打印耗材的原材料。中游为3D打印耗材(金属粉末、光敏树脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印设备的研发制造;下游为3D打印服务及应用，3D打印主要应用场景于航空航天、模具铸造、生物医疗、汽车、军工等领域。

麻省理工学院研究人员改进了一种多材料3D打印机，使其可以通过将三种不同材料的超薄线圈分层，一步生产出三维螺线管。因此，从3D打印产业链上看，3D打印机处于产业链的中游3D打印设备环节。

宏观市场观察

——区域竞争格局：美国为第一大市场

作为3D打印行业息息相关的产业，3D打印材料行业的区域分布亦依托3D打印行业的分布。具体来看，2021年，全球3D打印行业发展以美国为先，拥有全球40.4%的市场;其次为德国，市场占比22.5%;中国排名全球第三，拥有全球18.6%的市场。

再结合3D打印制造设备安装量来看，美国、中国和日本的市场份额排在前列。其中美国占比33.1%排名第一，中国和日本的安装量占比分别为10.6%和8.9%。全球排名前列的还包括德国、意大利、韩国、英国和法国等。

整体来看，美国和中国市场是全球3D打印的发展热土，随着这两大区域的3D打印制造设备安装量的逐日递增，拉动3D打印材料行业的发展，敦促相关企业在产品性能、价格、技术等方面进行新一轮创新和调整。

——市场规模及预测：全球3D打印市场未来增速达到20%以上的高水平

根据全球知名3D打印制造平台3D Hubs数据，2020年全球3D打印产品及服务市场规模约为126亿美元。同时，3D Hubs预测2020-2023年全球3D打印市场增速达到17%;2023-2025年达到最高23.7%;2025-2026年达到20.4%，到2026年，全球3D打印市场规模将超过370亿美元。

——多数3D打印机价格在2500美元以上

3D打印机随用途的不用价位也不同，一般商用打印机价位较高，价位为几万到几十万不等;国内购物网站上已经可以购买到廉价的3D打印机价格在3000至5000元不等，并配有快速入门指南、相应软件下载、机器矫正等介绍。随着3D打印技术的应用越来越广泛，各种耗材、打印机的价格必将呈现下降趋势，未来3D打印机完全有可能像传统打印机一样，成为每家每户都买得起、用得上的设备。

3DSciencevalley对企业的调查显示，中国市场对于高端的工业级3D打印设备采购占据主流地位，有超过44%的企业采用的10万美金/台以上的工业级3D打印机。

——汽车、工业机械与航空航天是主要应用领域

3D打印应用的领域广泛，3D打印在下游应用行业和具体用途领域的分布反映了这一技术具有的优势和特点，同时也反映了这一技术的局限和在发展过程中尚需完善的地方。

根据中国增材制造产业联盟统计，在应用领域方面，由于工业机械、汽车制造、航天航空等领域对于构件质量要求、定制化要求较高，因此，我国3D打印应用领域主要集中于工业机械、汽车制造、航天航空等领域，三者合计占比超过50%，其中工业领域应用占比20%，航空航天应用占比18.90%，汽车领域应用占比16.00%。

— —行业市场规模持续增长

近年来，我国高度重视3D打印市场的发展，国家也不断出台政策进行产业扶持，2020年2月，国家标准化管理委员会、工信部、科技部、教育部等六部门日前印发《增材制造标准领航行动计划(2020-2022年)》，提出到2022年，立足国情、对接国际的增材制造新型标准体系基本建立。此外，推动2-3项我国优势增材制造技术和标准制定为国际标准，增材制造国际标准转化率达到90%，增材制造标准国际竞争力不断提升。《行动计划》对我国3D打印产业进行指导，预计3D打印产业年均增速在25%以上，2020年增材制造产业销售收入超过200亿元。结合国家层面政策指导以及国内近6年3D打印产业发展态势，预测2025年，我国3D打印市场规模将超过630亿元。

中国3D打印技术赛道热力图

根据产业热力图显示，与3D打印关键技术强关联的城市集群主要集中在华南和华中地区，并且以广东、湖南省为重点发展区域，未来布局3D打印技术及其他效果技术的发展路径，极大可能性在于华南、华中地区优先导入，其中可重点关注广东省广州市天河区和番禺区、广东省深圳市龙华区、湖南省长沙市开福区所处3D打印的相关企业，以及该地方对于3D打印的产业发展投资环境、供给市场的潜力空间。

经济学人APP资讯组

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