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Technical articles新質(zhì)生產(chǎn)力正在成為推動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵引擎,而制造業(yè)則是新質(zhì)生產(chǎn)力落地的重要戰(zhàn)場,如果說科技創(chuàng)新是源頭活水,制造業(yè)就是讓這股水流入千家萬戶的“渠道"和“水利系統(tǒng)"。
其中,微納制造因其在諸多領(lǐng)域直接決定著科研成果能否走出實(shí)驗(yàn)室、進(jìn)入量產(chǎn),被視為產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要環(huán)節(jié)之一。傳統(tǒng)微納制造雖精度高,卻在成本、結(jié)構(gòu)自由度、迭代效率等方面存在瓶頸。微納3D打印,以數(shù)字化、無模具、快速迭代和結(jié)構(gòu)創(chuàng)新為核心優(yōu)勢,為科研成果轉(zhuǎn)化和新興產(chǎn)業(yè)落地打開了新窗口。
摩方精密以自主研發(fā)的高精度3D打印技術(shù),補(bǔ)充了國內(nèi)甚至是全球范圍內(nèi)的微納制造的“無人區(qū)",不僅反向出口美國、日本、德國等制造強(qiáng)國,還在齒科修復(fù)、眼科微創(chuàng)器械、載藥微球制備技術(shù)等領(lǐng)域催生出一批創(chuàng)新性應(yīng)用,賦能相關(guān)產(chǎn)業(yè),成為精密制造新質(zhì)生產(chǎn)力的一個(gè)典型樣本。
新質(zhì)生產(chǎn)力的核心,是以科技創(chuàng)新為主導(dǎo),能催生新產(chǎn)業(yè)、新模式、新動(dòng)能的先進(jìn)生產(chǎn)力。制造業(yè)之所以是新質(zhì)生產(chǎn)力的重要陣地,是因?yàn)樗菍⒖萍紕?chuàng)新成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)工具、生產(chǎn)工藝和最終產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是連接科研和產(chǎn)業(yè)的橋梁。微納制造處于這一鏈條的精度天花板位置,它能直接影響產(chǎn)品在性能、體積、重量、精度上的可能性。很多科研成果之所以無法落地,是因?yàn)槿狈ζヅ涞闹圃炷芰Α热珙惼鞴傩酒⒕苤踩肫餍怠⒊牧瞎鈱W(xué)等復(fù)雜精密結(jié)構(gòu)器件等,不僅需要微米甚至納米級(jí)的加工精度,還需要低成本小批量一體化的制造能力。
然而,傳統(tǒng)微納制造依賴機(jī)械切削、精密模壓、微雕刻等工藝,往往需要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)固定,依賴昂貴的模具和光掩膜,產(chǎn)線靈活性差,成本很高,迭代周期長。更重要的是,產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度低,在一些復(fù)雜三維結(jié)構(gòu)領(lǐng)域,如內(nèi)部微通道、懸空或漸變結(jié)構(gòu)等,傳統(tǒng)微納制造常常遇到瓶頸。
作為微納制造的創(chuàng)新技術(shù),微納3D打印(如面投影微立體光刻 PμSL技術(shù))極大地彌補(bǔ)了這些短板,它無需模具,可直接按數(shù)字模型打印,一體成型復(fù)雜三維微結(jié)構(gòu),制造周期從數(shù)周縮短到數(shù)小時(shí)/數(shù)天。同時(shí)支持多材料打印(聚合物、陶瓷、復(fù)合材料等),小批量生產(chǎn),降低成本,讓研發(fā)到量產(chǎn)的銜接更順暢,使科研人員和中小企業(yè)能夠更快驗(yàn)證創(chuàng)意、迭代產(chǎn)品,形成新質(zhì)生產(chǎn)力的加速器。
過去幾十年,制造業(yè)的升級(jí)主要集中在自動(dòng)化、信息化、柔性化等方向。而微納3D打印對(duì)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的意義,不僅在于精度,更在于它能帶來全新的產(chǎn)業(yè)邏輯。
首先體現(xiàn)在其能帶來創(chuàng)新的產(chǎn)品形態(tài)。原本在設(shè)計(jì)圖紙上的構(gòu)想,可以直接通過微納3D打印的一體成型制造能力制造出來,比如毫米以下的手術(shù)器械、微型傳感器、可穿戴醫(yī)療設(shè)備等。摩方更是利用自主研發(fā)的高精度3D打印設(shè)備、材料和工藝,制造出極薄牙齒貼面,突破了傳統(tǒng)牙齒貼面需要“磨牙"的產(chǎn)品局限,大幅推進(jìn)牙齒貼面美白修復(fù)從“有創(chuàng)"到“無創(chuàng)"的進(jìn)程。這一產(chǎn)品在研發(fā)階段還獲批國家“十四五"重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)。
其次它能帶來新工藝,提升研發(fā)效率。增材制造工藝將研發(fā)周期從幾個(gè)月縮短到幾天,試錯(cuò)成本顯著降低,讓更多中小企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)有機(jī)會(huì)參與制造創(chuàng)新。
再次,微納3D打印還能帶來新產(chǎn)業(yè)形態(tài)和跨領(lǐng)域融合:圍繞高精度制造設(shè)備、材料、工藝、后處理等環(huán)節(jié),形成新的上下游生態(tài)鏈,在生命科學(xué)、醫(yī)療器械、航空航天、消費(fèi)電子等多個(gè)領(lǐng)域都能找到落地場景。
以3D打印類器官芯片為例,這一產(chǎn)品具備復(fù)雜三維微通道結(jié)構(gòu),能夠模擬真實(shí)人體器官生長環(huán)境,從而推動(dòng)新藥研發(fā)和毒理測試的效率提升數(shù)倍;在航天領(lǐng)域,微納加工的陶瓷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置,不僅減重,還能耐受高溫差。
圖:利用摩方技術(shù)制造的毛細(xì)血管器官芯片,可應(yīng)用于腎臟類器官培養(yǎng)。
微納3D打印的優(yōu)勢,正在不同產(chǎn)業(yè)的研發(fā)與生產(chǎn)環(huán)節(jié)逐漸顯現(xiàn)。摩方正是在這樣的背景下,圍繞高精度制造持續(xù)探索應(yīng)用落地路徑,從技術(shù)研發(fā)到產(chǎn)業(yè)化量產(chǎn),從國內(nèi)市場到全球市場。
摩方創(chuàng)新的面投影微立體光刻(PμSL)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了2μm級(jí)精度兼具高標(biāo)準(zhǔn)公差控制力,并配套豐富的材料體系,具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。公開學(xué)術(shù)網(wǎng)站上,包含“摩方(BMF)"字樣的科研論文數(shù)量逐年遞增,目前已經(jīng)接近500篇。它們出現(xiàn)在新能源、精準(zhǔn)醫(yī)療、微流控、生命科學(xué)、超材料等眾多領(lǐng)域的頂級(jí)期刊上。摩方在其中的角色,不是被研究者,而是重要的輔助研究工具。科學(xué)家門利用摩方技術(shù)制造高通量微流控系統(tǒng)、磁控微型溶栓機(jī)器人、柔性仿生機(jī)械手等前沿科研產(chǎn)品。
圖:科研人員利用摩方的技術(shù)助力基礎(chǔ)研究,相關(guān)研究成果被發(fā)表在各類國際頂級(jí)期刊上。
在工業(yè)領(lǐng)域,摩方則更為直觀地給工業(yè)企業(yè)研發(fā)和生產(chǎn)帶來能力和效率:幫助通信、電子等相關(guān)企業(yè)加速精密零部件更迭;為精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域開發(fā)出突破性的體外器官培養(yǎng)芯片,用于培養(yǎng)更仿真的人體組織;在精密醫(yī)療器械領(lǐng)域,制作出創(chuàng)新性的極薄強(qiáng)韌牙齒貼面、新型青光眼引流器、精準(zhǔn)植入器械;為分析測試儀器制作關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)替代方案……
在市場反響上,摩方自2018年設(shè)備上市以來,已服務(wù)近2800家客戶,其中包括1900多家工業(yè)企業(yè)和800余家科研院所,遍布40個(gè)國家和地區(qū)。近半數(shù)設(shè)備銷往美、日、德等傳統(tǒng)精密制造強(qiáng)國,客戶涵蓋來自精密連接器、通訊電子、生物醫(yī)藥科技等領(lǐng)域的全球500強(qiáng)企業(yè)。國際合作方曾評(píng)價(jià):“摩方的設(shè)備讓我們能做出原本不可能的產(chǎn)品。"
在新質(zhì)生產(chǎn)力的框架下,以摩方為代表的微納增材制造的價(jià)值,不僅在于造出精密的“物",更在于其用底層制造力去打開新的應(yīng)用場景,推動(dòng)產(chǎn)業(yè)鏈整體進(jìn)化,成為科研與產(chǎn)業(yè)之間的橋梁。摩方的實(shí)踐,展示了一項(xiàng)突破性制造能力從單點(diǎn)突破到跨領(lǐng)域滲透,再到產(chǎn)業(yè)協(xié)同的過程。
以為口腔修復(fù)為例,摩方與北大口腔醫(yī)院合作,將牙齒貼面厚度降至80微米,邊緣密合度較傳統(tǒng)貼面提升兩倍,實(shí)現(xiàn)免磨牙修復(fù)。傳統(tǒng)陶瓷加工在這個(gè)厚度下出現(xiàn)制造瓶頸,而摩方的2微米級(jí)打印精度和自研氧化鋯陶瓷漿料,使得極薄貼面既美觀又耐用。這不僅改善了患者體驗(yàn),也為口腔醫(yī)院和牙科診所帶來了新的服務(wù)增長點(diǎn)。
圖:皓昕極薄氧化鋯陶瓷牙齒貼面。
在醫(yī)療領(lǐng)域,摩方技術(shù)還成功向更高精度、更復(fù)雜結(jié)構(gòu)的微創(chuàng)眼科器械延伸。摩方與北京同仁醫(yī)院合作的青光眼引流器,將手術(shù)步驟從8個(gè)壓縮到3個(gè),時(shí)間從40分鐘縮短到5分鐘。這種器械的設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)加工中幾乎不可實(shí)現(xiàn),而摩方的打印能力讓它變成標(biāo)準(zhǔn)化可量產(chǎn)的醫(yī)療產(chǎn)品,顯著降低了臨床風(fēng)險(xiǎn)和成本。
圖:摩方制造的青光眼手術(shù)植入導(dǎo)流釘,大大縮短了手術(shù)過程。
除了醫(yī)療端,摩方的客戶群體也向生命科學(xué)領(lǐng)域擴(kuò)展。類器官芯片的研發(fā)需要高度仿真、尺寸精確的三維微通道結(jié)構(gòu),摩方打印出的芯片能精準(zhǔn)模擬血管環(huán)境,將藥物篩選效率提升數(shù)倍,同時(shí)減少動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。這類產(chǎn)品的出現(xiàn),讓科研成果更容易走向藥企的臨床前驗(yàn)證環(huán)節(jié),縮短新藥上市周期。
此外,摩方的技術(shù)還被跨界引入了柔性機(jī)器人領(lǐng)域。東京大學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)制作的柔性仿生機(jī)械手,利用微納3D打印的復(fù)雜曲面與關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了此前依賴人工組裝才能完成的設(shè)計(jì)。這種能力,有望為醫(yī)療康復(fù)、微創(chuàng)手術(shù)、精密檢測等場景帶來全新的機(jī)械解決方案。
圖:摩方為生物機(jī)械手制備多關(guān)節(jié)中空手指骨架和細(xì)胞培養(yǎng)錨定結(jié)構(gòu)。
當(dāng)前,摩方技術(shù)還在不斷被應(yīng)用到新的場景,而每一次遷移都不僅是技術(shù)復(fù)用,更是對(duì)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的重新賦能——從醫(yī)療服務(wù)升級(jí),到科研成果轉(zhuǎn)化,再到新興產(chǎn)業(yè)的孵化,摩方正用微納3D打印將精密制造變成一項(xiàng)可以跨界共享的基礎(chǔ)設(shè)施。
微納3D打印正在越來越多地進(jìn)入真實(shí)的生產(chǎn)場景,不僅改變了科研成果的驗(yàn)證方式,也在推動(dòng)一些新產(chǎn)品加快落地。對(duì)摩方而言,這項(xiàng)技術(shù)的價(jià)值不僅體現(xiàn)在某一個(gè)案例上,還體現(xiàn)在與不同產(chǎn)業(yè)的長期協(xié)作中。
未來,摩方會(huì)繼續(xù)和更多合作伙伴一起,針對(duì)實(shí)際需求去改進(jìn)材料、優(yōu)化工藝、探索新應(yīng)用,讓微納3D打印在更多細(xì)分領(lǐng)域發(fā)揮作用。我們相信,技術(shù)和應(yīng)用之間的距離會(huì)越來越短,新質(zhì)生產(chǎn)力賦能的道路會(huì)越走越寬。