傳統(tǒng)制造工藝在制造微接插件、內(nèi)窺鏡用微鏡片等高度復(fù)雜、微細、結(jié)構(gòu)精密的小器件時，面臨諸多棘手挑戰(zhàn)。這些器件都需要高端精密制造工藝，來創(chuàng)造精確的表面面型和復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，成本高昂。而現(xiàn)在，先進的微納3D打印技術(shù)能逾越這些障礙，使復(fù)雜部件的定制化更加容易，生產(chǎn)速度也更快。這也響應(yīng)了精密制造在其他領(lǐng)域逐步增長的需要。

光學(xué)、醫(yī)療、電子等領(lǐng)域微型精密器件制造

         市場調(diào)研機構(gòu)Technavio預(yù)計，全球3D打印服務(wù)市場在2021年前將以每年44%的速度增長。對精密制造需求的擴大，極大促進了3D打印服務(wù)的增長。在3D打印技術(shù)的發(fā)展中有兩個不同方向的聚焦點，其中一個聚焦點是大幅面3D打印技術(shù)。另一個聚焦點是微觀方面的，即能夠制造精密、微細器件的3D打印技術(shù)。微納3D打印能制造復(fù)雜、精細的器件，這是3D打印技術(shù)優(yōu)勢的體現(xiàn)，或?qū)㈩嵏簿�密器件制造業(yè)。

    “許多制造難題如今可以在這一新興且低成本的生產(chǎn)方式中找到答案，微納3D打印器件的市場潛力可見一斑。”深圳摩方材料科技有限公司資深科學(xué)家、顧問委員會成員William Plummer博士評價道。摩方材料在美國波士頓及中國深圳同步運營，是一家專注于制造微納3D打印系統(tǒng)及材料的企業(yè)，也為使用其設(shè)備的公司提供定制化3D打印服務(wù)。

       摩方材料等企業(yè)將這一技術(shù)帶到了新的高度，打印設(shè)備的精度能達微米/納米級別，并且有能力進行大產(chǎn)量制造。Plummer博士稱，摩方的優(yōu)勢在于其設(shè)備精度極高，并且對材料和工藝有獨一無二的選擇：“摩方的精密3D打印技術(shù)能制造小型機械部件，如微型彈簧、特殊形狀的電子接插件，甚至能制造心血管支架這樣極為復(fù)雜、要求極高的醫(yī)療器件。”

-- 技術(shù)原理
     3D打印的第一步是在數(shù)碼文件中創(chuàng)造一個實體三維模型。這并非一項新技術(shù)，但目前的進展使其能以更實用的方式，創(chuàng)造樣品原型、一次性器件，以及傳統(tǒng)鑄模和CNC機床制造中成本過高、難以實現(xiàn)的項目。

       摩方材料專有的技術(shù)稱為“PμLSE”（Projection Micro Litho Stereo Exposure），即“面投影微立體光刻”，原理很像微視頻顯示設(shè)備，系列圖像會通過縮影鏡頭連續(xù)投影到需固化的光敏樹脂上。縮小的圖像投聚在光敏樹脂上，紫外光會引起樹脂的固化或硬化的過程，這一過程也被稱為光致交聯(lián)。只有光照射的地方會固化、變硬，形成預(yù)設(shè)的3D形狀。所投影的圖案由三維圖像決定，是電腦生成的三維模型的橫截面。輔之獨特的后處理技術(shù)，摩方能制造各種產(chǎn)品，包括陶瓷和光學(xué)鏡片。

PμLSE技術(shù)制造的3D微結(jié)構(gòu)，圖片來源：摩方材料

    微納3D打印和“傳統(tǒng)”3D打印的主要區(qū)別在于，微納3D打印能達到“傳統(tǒng)”3D打印無法達到的高精度。微納3D打印的精度能達到細觀、微觀和納觀（即十億分之一米）級別。這一特性使得微納尺度3D打印能批量復(fù)制微小結(jié)構(gòu)，制造真正處于微觀級別的器件，實現(xiàn)一般的3D打印無法企及的細節(jié)和精度。

近年來，3D打印行業(yè)發(fā)展迅速，如今消費者花200~500美元就能購買一臺3D打印機,但這類打印設(shè)備和復(fù)雜的微納3D打印設(shè)備有很大的區(qū)別，像摩方材料這種擁有微納3D打印技術(shù)的公司，能夠生產(chǎn)出不同種類的精密器件。

-- 精密制造，實現(xiàn)內(nèi)窺鏡鏡片批量定制化生產(chǎn)
2016年5月，摩方材料進入高精度微納3D打印市場。摩方源于麻省理工學(xué)院（MIT）納米光電及3D納米生產(chǎn)技術(shù)實驗室，公司的技術(shù)基于2014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”。（摩方創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家方絢萊所在的微納3D打印技術(shù)團隊在2015年被《麻省理工科技評論》認可為該領(lǐng)域最前沿的團隊之一。）

摩方材料在專注于制造微小精密器件的同時，能達到高于醫(yī)療器材等行業(yè)所需的產(chǎn)量水平。“摩方的3D打印系統(tǒng)能實現(xiàn)很高的產(chǎn)量，因為我們制造的器件體積非常小，”公司創(chuàng)始人兼CEO賀曉寧說。微小的體積意味著一次能同時打印大量器件。例如，摩方的3D打印設(shè)備能在一小時內(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。

-- 創(chuàng)新技術(shù)，服務(wù)復(fù)雜眼鏡片定制市場
憑借其創(chuàng)新技術(shù)，摩方團隊將光學(xué)行業(yè)設(shè)為目標(biāo)領(lǐng)域。光學(xué)眼鏡行業(yè)利潤雄厚，僅中國一年的市場總額就達120億美元。根據(jù)Transparency Market Research的預(yù)計，全球眼鏡市場2018年的年復(fù)合增長率（CAGR）將達3.7%，估值達1300億美元。

但眼鏡佩戴者大多數(shù)沒有完全根據(jù)自己的需要和參數(shù)去定制鏡片，配鏡通常只能基于標(biāo)準(zhǔn)處方。“復(fù)雜鏡片，如自由曲面鏡片，價格非常高，”北京同仁醫(yī)院眼科中心轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)部副主任甄毅說，“例如，一副（傳統(tǒng)工藝制造的）定制自由曲面鏡片的零售價可高達1300美元。”

“人眼是復(fù)雜器官，是一個不完美的光學(xué)系統(tǒng)，每只眼睛都不同，”甄毅說，“但傳統(tǒng)鏡片是在工廠大批量鑄模制造的半加工毛坯車房片上制成的。定制化自由曲面鏡片有望讓眼鏡佩戴者免受傳統(tǒng)大批量制造的眼鏡做出光學(xué)妥協(xié)。然而用傳統(tǒng)方法定制自由曲面鏡片需要使用價格高昂的機器……因此大多數(shù)人買不起。換句話說，目前大多數(shù)的患者無法獲得理想的視力矯正，視力也就越來越糟。”

北京同仁醫(yī)院是中國最大的眼科醫(yī)院，每年接待約一百萬患者。北京同仁醫(yī)院眼科專家王寧利教授及其團隊和摩方材料達成合作，致力于生產(chǎn)低成本、定制化的自由曲面鏡片，以滿足每位患者的處方需要。目前摩方已成功設(shè)計和制造了一款復(fù)雜定制化鏡片，具有以下設(shè)計特征：

• 環(huán)曲面設(shè)計矯正散光，降低像散；
• 非球面設(shè)計矯正近視，降低鏡片邊緣厚度；
• 周邊離焦設(shè)計控制兒童近視進展。

此類自由曲面鏡片用傳統(tǒng)工藝很難實現(xiàn)、造價不菲，但摩方的技術(shù)僅用四小時就完成了制造，且成本跟普通鏡片差不多。對此，摩方資深科學(xué)家兼顧問委員會成員Mo Jalie教授評價道：“3D打印鏡片成本更低、生產(chǎn)速度快，也許能徹底改變視光學(xué)界特殊眼鏡的供應(yīng)現(xiàn)狀。”

摩方材料的技術(shù)也有望顛覆視光學(xué)的其他領(lǐng)域，包括定制化矯正接觸鏡，該接觸鏡能幫助患者矯正復(fù)雜像差。此類像差一般由角膜移植、圓錐角膜（一種會逐漸變化的眼睛疾病，正常的圓形角膜會扭曲變形為類圓錐狀），或由外部損傷造成的其他情況引起。“3D打印鏡片對于眼鏡行業(yè)的意義猶如活字印刷對于出版業(yè)的意義。”王寧利教授說，“這種新技術(shù)能帶來更快、更經(jīng)濟、更靈活、更準(zhǔn)確的鏡片生產(chǎn)。”

-- 新的制造尺度，挖掘精密復(fù)雜器件制造潛力
賀曉寧稱，微納3D打印能實現(xiàn)的精密器件數(shù)不勝數(shù)，例如心血管支架、內(nèi)窺鏡、特定的電子接插件等。目前，心血管支架復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要用激光精加工完成。而3D打印使所需結(jié)構(gòu)的成型更加容易，能實現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計，并且和傳統(tǒng)加工方法比，成本大大降低。

如今，電子接插件體積越來越小，細節(jié)也更加復(fù)雜。微納3D打印技術(shù)讓工程師們能為接插件設(shè)計高精密的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和不規(guī)則的形狀。此外，賀曉寧說，摩方材料也接到了很多其他領(lǐng)域的打印訂單，包括精密陶瓷器件。

和所有新興技術(shù)一樣，微納3D打印正變得更加精密、功能更強大、成本更低。和同等精密水平的傳統(tǒng)工藝相比，微納3D打印不僅精度更出色，成本顯著降低，生產(chǎn)效率更高，制造方法也更加容易。

“全球高精密部件的市場需求龐大，利潤十分可觀。但很多時候，傳統(tǒng)技術(shù)完全發(fā)揮不上作用，”賀曉寧說。談及制造微器件的挑戰(zhàn)時，他借用了一句行話：“追求越極致，挑戰(zhàn)就越大。”

(責(zé)任編輯：admin)

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