微納3D打印瞄準(zhǔn)1300億美元眼鏡市場,，深圳摩方影響鏡片制造

世界衛(wèi)生組織的最新研究報(bào)告顯示，目前中國近視患者人數(shù)多達(dá)6億,，高中生和大學(xué)生的近視率均已超過七成,，小學(xué)生的近視率也接近40%,，我國青少年近視率高居世界第一,，而這個(gè)數(shù)據(jù)還在逐年攀升,。然而，更為嚴(yán)重的一件事是,，絕大部分近視的人都沒有佩戴完全適合自己度數(shù)的眼鏡,，因?yàn)榇笠?guī)模生產(chǎn)制造眼鏡片都是標(biāo)準(zhǔn)的度數(shù)，你的眼鏡只能做出妥協(xié)！然而微納3D打印技術(shù)將徹底改變這一局面,。

2018年1月11日《麻省理工科技評(píng)論》（MIT Technology Review Insights）發(fā)表了一篇文章,，詳細(xì)介紹了高精度微納3D打印如何能滿足對(duì)精密器件制造的需求，擁有這項(xiàng)技術(shù)的正是來自中國深圳的摩方材料,。

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(xì),、結(jié)構(gòu)精密的小器件時(shí),，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(jìn)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。

市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Technavio預(yù)計(jì),，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(duì)精密制造需求的擴(kuò)大，極大促進(jìn)了3D打印服務(wù)的增長,。例如,，根據(jù)Transparency Market Research的預(yù)計(jì)，全球眼鏡市場2018年的年復(fù)合增長率（CAGR）將達(dá)3.7%,，估值達(dá)1300億美元,。

“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(huì)成員William Plummer博士評(píng)價(jià)道,。摩方材料在美國波士頓及中國深圳同步運(yùn)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),。

一些知名的3D打印初創(chuàng)企業(yè),，如Desktop Metal、Carbon,，在市場中獲得了諸多關(guān)注,，這些企業(yè)大多聚焦于大幅面的制造。但隨著3D打印技術(shù)快速發(fā)展，打印更精密,、微細(xì)器件的能力進(jìn)一步提高,。

微納3D打印能制造復(fù)雜、精細(xì)的器件,，這是3D打印技術(shù)優(yōu)勢的最佳體現(xiàn),，或?qū)㈩嵏簿�密器件制造業(yè)。今天,，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(dá)微米/納米級(jí)別，并且有能力進(jìn)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(duì)材料和工藝有獨(dú)一無二的選擇：“摩方的精密3D打印技術(shù)能制造小型機(jī)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

很少有像3D打印這樣技術(shù)的發(fā)展，尤其是微納3D打印,，能如此激發(fā)公眾的無窮想象,，啟發(fā)工程和藝術(shù)創(chuàng)造。3D打印的第一步是在數(shù)碼文件中創(chuàng)造一個(gè)實(shí)體三維模型,。這并非一項(xiàng)新技術(shù),，但目前的進(jìn)展使其能以更實(shí)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（電腦數(shù)控）機(jī)床制造中成本過高、難以實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)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(huì)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(huì)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(huì)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(dú)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,。

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(dá)到“傳統(tǒng)”3D打印無法達(dá)到的高精度。微納3D打印的精度能達(dá)到細(xì)觀,、微觀和納觀（即十億分之一米）級(jí)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(jí)別的器件,，實(shí)現(xiàn)一般的3D打印無法企及的細(xì)節(jié)和精度,。

近年來，3D打印行業(yè)發(fā)展迅速,，如今消費(fèi)者花200~500美元就能購買一臺(tái)3D打印機(jī),。但這些低端打印機(jī)和復(fù)雜的微納3D打印設(shè)備有很大的區(qū)別，而像摩方材料這種級(jí)別的公司可以通過制造和運(yùn)用微納尺度3D打印設(shè)備,，生產(chǎn)出不同種類的精密器件,。

精密制造

2016年5月，摩方材料進(jìn)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(shí)驗(yàn)室，公司的技術(shù)基于2014和2015年被《麻省理工科技評(píng)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(tuán)隊(duì)在2015年被《麻省理工科技評(píng)論》認(rèn)可為該領(lǐng)域最前沿的團(tuán)隊(duì)之一,。）

摩方材料在專注于制造微小精密器件的同時(shí)，能達(dá)到高于醫(yī)療器材等行業(yè)所需的產(chǎn)量水平,�,！澳Ψ降�3D打印系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)很高的產(chǎn)量，因?yàn)槲覀冎圃斓钠骷�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(shí)打印大量器件,。例如，摩方的3D打印設(shè)備能在一小時(shí)內(nèi)制造幾百個(gè)直徑約為1毫米的鏡片,，即產(chǎn)量一年可達(dá)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(gè)部件都可以進(jìn)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(duì)數(shù)量的需求,。

創(chuàng)新技術(shù)

憑借其創(chuàng)新技術(shù)，摩方團(tuán)隊(duì)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(dá)120億美元,。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,�,！皬�(fù)雜鏡片，如自由曲面鏡片,，價(jià)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(jià)可高達(dá)1300美元,。”

“人眼是復(fù)雜器官,，是一個(gè)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(jià)格高昂的機(jī)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(tuán)隊(duì)和摩方材料達(dá)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(jì)和制造了一款復(fù)雜定制化鏡片,，具有以下設(shè)計(jì)特征：

 環(huán)曲面設(shè)計(jì)矯正散光，降低像散,；
 非球面設(shè)計(jì)矯正近視,，降低鏡片邊緣厚度；
 周邊離焦設(shè)計(jì)控制兒童近視進(jìn)展,。

此類自由曲面鏡片用傳統(tǒng)工藝很難實(shí)現(xiàn),、造價(jià)不菲，但摩方的技術(shù)僅用四小時(shí)就完成了制造,，且成本跟普通鏡片差不多,。對(duì)此,，摩方資深科學(xué)家兼顧問委員會(huì)成員Mo Jalie教授評(píng)價(jià)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(huì)逐漸變化的眼睛疾病,，正常的圓形角膜會(huì)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(duì)于眼鏡行業(yè)的意義猶如活字印刷對(duì)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(jì)、更靈活,、更準(zhǔn)確的鏡片生產(chǎn),。”

新的制造尺度

賀曉寧稱,，微納3D打印能實(shí)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(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì),，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(xì)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(jì)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(qiáng)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(shí)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(shí),，他借用了一句行話：“追求越極致,，挑戰(zhàn)就越大�,！�


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