摩方新材，微納3D打印更“精密”

蔣秋霞

“3D打印已經(jīng)不火了，為什么還要關(guān)注？”

這是很多非行業(yè)人士的疑問?；蛟S可以從一個小故事中得以啟發(fā)。

作為高精密增材制造的先行者，深圳摩方新材科技有限公司（英文名稱：BMF Material Technology Inc;簡稱：摩方新材）曾迎來了一位慕名客戶。這家來自上海的日化企業(yè)發(fā)現(xiàn)，用金剛石刀具為口紅加工的精密圖案有明顯的刀痕。為追求更好的產(chǎn)品品質(zhì)和客戶體驗，他們一直在尋找能夠破解這道難題的技術(shù)方案。找了一圈，最終這名客戶購買了3臺摩方新材的打印設(shè)備。

“這是我們自己都沒想到會覆蓋的市場，完全是因為客戶有需求，他會主動在市場中尋找解決方案?！蹦Ψ叫虏难邪l(fā)副總經(jīng)理趙卓博士表示。

如果以出行工具的選擇來類比，在現(xiàn)有方案中，1?3公里內(nèi)，共享單車為主;3?5公里內(nèi)，電單車為主;超過5公里，則以汽車為主導(dǎo)。同樣的，工業(yè)級3D打印也有不同的技術(shù)分支，尋找到它在工業(yè)制造中的優(yōu)勢并且能夠?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用的區(qū)間正是關(guān)注這項技術(shù)的最根本原因。

摩方新材成立于2016年，主要業(yè)務(wù)為研發(fā)、生產(chǎn)和銷售高精密微納尺度3D打印設(shè)備以及各類高精密器件，是全球微納3D打印技術(shù)及顛覆性精密加工能力解決方案提供商，具備2μm、10μm的超高打印精度和高精密的加工公差控制能力（±10μm/±25μm/±50μm）。目前，在工業(yè)端，摩方新材已和眾多全球500強企業(yè)開展業(yè)務(wù)合作，包括GE醫(yī)療、Merck、美國強生公司3D打印中心、日本電裝、安費諾、3M、泰科、華為、立訊精密、中石油等。

摩方新材致力于將海歸技術(shù)團隊所研發(fā)的科研成果落地。目前，從實驗水平來看，該公司已經(jīng)具備下探到制造200納米零部件的超精密水平。

經(jīng)過經(jīng)年累月的技術(shù)研發(fā)和市場摸索，摩方新材為超精密3D打印找到了商業(yè)化的答案。

“我們的判斷是，未來個性化的產(chǎn)品設(shè)計概念會越來越多，比如目前生命健康醫(yī)療領(lǐng)域。也就是說，一個產(chǎn)品加工的數(shù)目越來越少，它的生命周期一共就幾千到幾萬個。如果用模具生產(chǎn)的方式，平攤下來成本會很高?！壁w卓也坦承，當(dāng)產(chǎn)品數(shù)量區(qū)間上升至十幾萬、幾十萬，摩方們的優(yōu)勢也就消失了（詳見下圖）。

超高精密3D與一般3D打印

現(xiàn)狀

其實，3D打印在工業(yè)級領(lǐng)域的應(yīng)用潛力巨大。首先，不管是行業(yè)內(nèi)的專家、教授，還是從業(yè)企業(yè)，他們的一致共識是，3D打印是工業(yè)制造的一種補充手段，與減材制造并不沖突。3D打印的優(yōu)勢集中在：一是能夠制造減材做不了的產(chǎn)品，比如鏤空、倒三角等特殊結(jié)構(gòu);二是個性化定制的靈活性更高;三是響應(yīng)速度快，相比減材制造，3D打印沒有模具，不必考慮這個加工周期。

隨著全球工業(yè)水平往4.0進化，生產(chǎn)的精密度、產(chǎn)品的特殊化定制等需求會越來越多，傳統(tǒng)的減材制造方式將越來越難以滿足制造需求，或者并不具備生產(chǎn)成本、響應(yīng)速度的優(yōu)勢。3D打印的用武之地正在于此。

而且，國內(nèi)有趕超甚至引領(lǐng)3D打印技術(shù)的市場和機會。盡管在起步、應(yīng)用上，國內(nèi)3D打印晚于國外。僅從資本市場看，國外上市的工業(yè)級3D打印企業(yè)比國內(nèi)要多，技術(shù)路線也比較全面，但近年來，國內(nèi)基本都能找到對標(biāo)企業(yè)，甚至在個別細分路線上，國內(nèi)的3D打印企業(yè)大有趕超的勢頭。

就微納級別的3D打印來說，摩方新材已經(jīng)享譽全球。該公司的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化于麻省理工學(xué)院海歸團隊的研究。該團隊技術(shù)分別于2014年和2015年被《麻省理工科技評論》（MIT Technology Review）列入十大突破性技術(shù)的“微型3D打印”和“納米架構(gòu)復(fù)合材料”。這支微納3D打印技術(shù)團隊即摩方新材團隊，于2015年還被此雜志認可為該領(lǐng)域最前沿的團隊之一，也是當(dāng)年入選的唯一華人團隊。

摩方新材致力于將技術(shù)團隊所研發(fā)的科研成果落地。目前，從實驗水平來看，該公司已經(jīng)具備下探到制造200納米零部件的超精密水平?！暗?，市場上沒有能夠應(yīng)用的（地方）。”趙卓介紹，摩方新材也是在市場上摸索后才終于找到了一些空白地帶。

在與國內(nèi)的一家手機廠商合作中，這位客戶提出，希望用微納3D打印的手段來制造其所需的結(jié)構(gòu)件。由于現(xiàn)在的手機越來越智能，擁有多個鏡頭，這些鏡頭需要用結(jié)構(gòu)件將它們組合在一起。之前客戶的常規(guī)方案是，用模具生產(chǎn)的方式來做結(jié)構(gòu)件。從投入來說，模具加工的費用大約在2萬元?！爱?dāng)時給他們提供的是打印服務(wù)，打印了20個結(jié)構(gòu)件，總計費用才幾千塊，比他們的模具投入都低，而且我們響應(yīng)速度很快，如果是急件的話，需求過來，第二天產(chǎn)品就能打印好了?！?/p>

總體來看，客戶結(jié)構(gòu)方面，摩方新材呈現(xiàn)出科研端+工業(yè)應(yīng)用端的雙螺旋客戶結(jié)構(gòu)，并且有意思的是，前者客戶層多在國內(nèi)，后者客戶層則80%都屬于海外，尤以美國和日本的客戶居多。事實上，這也并不是摩方新材一家3D打印企業(yè)遇到的情況。為了覆蓋不同的市場，摩方新材的產(chǎn)品線也分為兩條，一是2μm，一為10μm。根據(jù)摩方新材的“三步走”戰(zhàn)略，將設(shè)備出售給高校等科研客戶是第一步，這也是該公司如今的現(xiàn)金流所在。目前，其自主研發(fā)的3D打印系統(tǒng)已被美國Hughes Research Laboratories、麻省理工、新加坡南洋理工、英國諾丁漢、德國德累斯頓工大、清華、北大、浙江大學(xué)、北航、西交大、華中科大、港中文、港城大、阿聯(lián)酋哈里發(fā)大學(xué)、丹麥科技大學(xué)、德國于利希研究中心等眾多全球頂級高校和科研機構(gòu)使用。

第二步也就是現(xiàn)階段，是加速向工業(yè)端推廣。具體來看，服務(wù)分為兩種，直接購買打印設(shè)備和提供打印服務(wù)。比如摩方新材就為我國核聚變等重點項目工程提供了關(guān)鍵部件的研發(fā)驗證與加工制造。第三步，摩方新材的計劃是繼續(xù)完善和拓展技術(shù)積累?？梢钥吹?，相比起很多創(chuàng)業(yè)公司來說，摩方新材在戰(zhàn)略和方向上少走了很多彎路，也少了很多疑慮。這底氣來自技術(shù)壁壘的構(gòu)建。

在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)微加工領(lǐng)域，摩方團隊擁有超過二十年的科研及工程實踐經(jīng)驗。

壁壘

摩方新材專有的技術(shù)稱為“PμLSE”（Projection Micro Litho Stereo Exposure），即“面投影微立體光刻”。按照其官方介紹，這是一種面投影微尺度超高精度光固化增材制造技術(shù)，使用高精度紫外光刻投影系統(tǒng)，將需要打印的三維模型分層投影至樹脂液面，分層制造逐層累加，快速進行光固化無模具成型，最終從數(shù)字模型直接加工得到立體樣件。

“3D打印雖然稱之為‘3D，但其實它的原理，簡單來說，是將3D模型切分成無數(shù)個二維圖，然后堆疊成三維結(jié)構(gòu)。那么，這張二維圖如何形成呢？現(xiàn)有的掃描方式其實就像是一種作畫的方式，一個點一支筆來畫?！壁w卓解釋道，“摩方的‘面投影技術(shù)顧名思義，以面成形，完全相當(dāng)于一個顯示器，直接顯示這張圖片，同時因為做了一些光學(xué)處理，實現(xiàn)了高精度的單像素，既兼顧了加工精度，也提高了加工效率?！?/p>

可以理解為，摩方新材的“PμLSE”技術(shù)能夠以面成像，為加工精度和加工效率這對矛盾體找到了一種共融的平衡。合作伙伴3M公司曾稱摩方新材為“目前全球在亞毫米尺寸3D打印最好的技術(shù)企業(yè)”。

在三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)微加工領(lǐng)域，摩方團隊擁有超過二十年的科研及工程實踐經(jīng)驗。專注于制造微小精密器件的同時，摩方新材已經(jīng)能達到高于醫(yī)療器材等行業(yè)所需的產(chǎn)量水平，比如內(nèi)窺鏡頭端結(jié)構(gòu)件。摩方的3D打印設(shè)備可在一小時內(nèi)制造幾百個直徑約為1毫米的鏡片，即產(chǎn)量一年可達幾十萬件，能滿足內(nèi)窺鏡制造商的數(shù)量需求。此外，同批制造的器件中，每個部件都可以進行定制，無需考慮總制造數(shù)量。這樣的產(chǎn)能可以滿足需要小型精密器件的工業(yè)客戶對數(shù)量的需求。

值得津津樂道的一個案例是，摩方新材與北京某知名醫(yī)院合作青光眼治療的醫(yī)療器械。趙卓介紹，在該醫(yī)院為治療青光眼的解決方案中，在設(shè)計的器械上專門設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)裝置，當(dāng)眼睛的眼壓達到一定程度，能夠推開裝置上的彈簧，排出眼液;當(dāng)眼壓恢復(fù)至正常水平，這個彈簧就可以把眼睛的閥門關(guān)上。但是，這家醫(yī)院碰到了一個棘手的問題，“這是一個沒嵌套的微彈簧，傳統(tǒng)的（加工手段）做不出來的。主要是它太精細了，就是20μm?！庇脝挝粨Q算來直觀感受一下，1cm=10000μm，而一般來說，2μm差不多是頭發(fā)的四十分之一，得用顯微鏡才能看見。

應(yīng)該說，在外界一片“3D打印不火”的悲觀態(tài)勢下，以摩方新材等一批國產(chǎn)工業(yè)級3D打印設(shè)備服務(wù)商涌現(xiàn)實屬不易。而且值得關(guān)注的是，盡管國產(chǎn)3D打印設(shè)備商在不同的技術(shù)賽道已經(jīng)找到或者還在摸索市場的應(yīng)用區(qū)間，有一個無法忽視的環(huán)節(jié)是來自打印材料的掣肘。

根據(jù)趙卓介紹，打印材料的限制并不是無法量產(chǎn)或存在專利門檻，而是在全球整個3D打印的市場需求還不足以達到規(guī)?；慨a(chǎn)的階段，很多全球知名的材料巨頭并不愿意過多地開發(fā)和生產(chǎn)這些打印材料，材料的強度、韌性、耐候性等性能參數(shù)無法達到現(xiàn)有工程材料的水平。因此，材料也成為阻礙工業(yè)級3D打印發(fā)展的攔路虎。同時，在現(xiàn)有的技術(shù)路徑中，比如陶瓷材料，在3D打印過程中，其粘度高難以實現(xiàn)精密圖層等技術(shù)難點還沒有很好地攻克。

因此，摩方新材已經(jīng)組建自己的材料研發(fā)團隊，并且在知識產(chǎn)權(quán)的保護上，摩方新材也有著自己的規(guī)劃。但正如此前摩方新材創(chuàng)始人兼CEO賀曉寧談及制造微器件的挑戰(zhàn)時，他借用一句行話形容道：“追求越極致，挑戰(zhàn)就越大?！眹a(chǎn)工業(yè)級3D打印路漫漫，但也因此才越需要真正堅守、耐得住寂寞的企業(yè)！

注： 3D打印主要分為工業(yè)級和消費級，本文若無特意說明，3D打印即指工業(yè)級。