自行车头盔比以往更安全！科学家开发出新型衬垫能有效减轻冲击

瞻观前沿

最近，科罗拉多大学博尔德分校和桑迪亚国家实验室的工程师开发出一种新的衬垫设计，可以承受巨大的冲击。该创新成果可以在商用3D打印机上进行打印，有望在未来广泛应用于各种物品，从运输板条箱到足球垫等，以保护易碎物品或人体免受生活中的碰撞。该突破性技术一月份发表在《先进材料技术》杂志。

该研究的通讯作者、科罗拉多大学博尔德分校 Paul M. Rady 机械工程系助理教授 Robert MacCurdy 称，它存在于高速公路防撞栏、护膝、护肘以及包装设备中。

这项研究重新审视了大多数人经常遇到但很少注意到的东西：泡沫。它们是柔软的材料，充满了无数的小孔和通道。想象一下包装花生或压力球。 Robert MacCurdy称，泡沫可以很好地吸收冲击力，但它们有一个主要缺点：如果你用力挤压泡沫，它最终会压缩成坚硬的一团。他和他的同事认为他们可以做得更好。

在这项新研究中，该小组编写了计算机算法来精心重新设计缓冲材料的内部——允许它们在力作用下弯曲，但只能遵循仔细的模式。当该小组在实验室测试他们的设计时，他们发现他们的填充物可以比当前最先进的技术多吸收 25% 的力量。用于吸收冲击力的材料很重要，MacCurdy 说。但真正重要的是几何形状。 MacCurdy称，我们正在努力开发一种在所有这些情况下都表现良好的几何形状。 为了制造更通用的坐垫，工程师和他的同事选择重新排列这些物体的内部，尺寸缩小到一毫米或更小。

该小组首先使用定制软件布局蜂窝网络，然后对其进行调整以包括一些扭结，有点像手风琴中的风箱。这些扭结有助于引导蜂窝在撞击过程中压碎，从而使塌陷更加平稳。

在实验室测试中，一种新的衬垫设计（右）优于更传统的技术

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。基础配件包括核心零部件(主板、振镜系统、芯片、电子束枪、激光器、DLP光引擎等)和辅助运行系统(三维扫描仪、三维建模软件、打印控制软件及切片软件等);

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。

科罗拉多大学博尔德分校和桑迪亚国家实验室的工程师开发出新的衬垫设计，该创新成果可以在商用3D打印机上进行打印，处于3D打印产业链下游环节。

宏观市场观察

德国为全球3D打印第二大区域市场

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，德国是全球3D打印行业的第二大市场，市场占比22.5%。

招投标市场近年来活跃

2017-2022年，中国3D打印行业招投标数量整体呈现增长的状态。目前，2022年中国3D打印行业招投标数量达到79个，创历年新高。

全国3D打印产业发展规模

近年来，我国3D打印市场应用程度不断深化，在航空航天汽车、船舶、核工业、模具等领域均得到了越来越广泛的应用，3D打印技术已经成为航空航天等领域直接制造机修复再制造的重要技术手段，在汽车、船舶、核工业、模具等领域成为产品设计、快速原型制造的重要实现方式。

得益于3D打印产品逐步规模化应用和部分积压的3D打印设备需求释放的带动，我国3D打印产业规模逐年增加，增加速度要略快于全球整体增速，促使我国3D产业占全球的比重在不断增加。2021年中国3D打印市场规模达到261.5亿元，同比增长34.1%。

随着3D打印产品在已有场景中应用规模进一步扩张，以及新场景、新应用的不断开拓，赛迪预计未来三年中国3D打印产业规模将持续高速增长，但规模增速将有所回落，三年复合增长率为24.1%，到2024年，中国3D打印市场规模达500亿元左右。

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、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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