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摩方精密:精密制造的另一种解法
时间:2023-12-15 02:01 点击次数:153

  改革开放40多年来,中国制造业的发展进步,离不开对发达国家高端制造设备和生产线的“引进、吸收和创新”。而今,有一批中国本土企业,反向操作,将原创的前沿技术,出口到包括美国、日本、德国、英国等在内的35个国家。

  摩方精密科技股份有限公司(以下简称“摩方精密”)是其中的典型代表,这家公司专注于高精度的精密生产制造技术,由来自麻省理工学院、宾夕法尼亚大学和伊利诺伊大学的华人科学家团队在2016年联合创立,其独创的2微米高精度增材制造技术,在全球尚找不到竞争对手,短时间内吸引了来自35个国家和地区的近2000家企业和科研机构使用其产品和服务。

  精密器件遍布工业生产和人们生活的方方面面,也出现在大量“卡脖子”的“高精尖”领域。精细化是工业科技走向成熟的标志之一,但传统制造方法在日新月异的技术进步面前,瓶颈显著。摩方精密颠覆性的超精密制造技术,不仅能够快速加工成形复杂零件,还能设计和制造传统加工方法做不出的产品。

  成立仅7年,摩方精密从一家设备制造型初创公司,成长为技术赋能产业的平台型独角兽。当前,摩方精密已开始与医疗器械、仪器设备、生物医药等领域的企业和专家团队合作,在批量化产业应用领域进行探索,并获得了来自不同行业专业人士的认可。看未来,摩方精密为代表的精密制造企业,潜在应用领域丰富,市场前景广阔,有望作为精密制造的新式工业母机,赋能各行各业。

  深圳龙华银星科技园的一栋办公楼下,经常出现工作人员为摩方精密的设备打包、装箱,再搬上车的繁忙景象,人们很难想象,从这里走出去的设备,已踏足包括美国、日本、德国、英国等在内的全球35个国家,即便是疫情期间,也从未间断。

  那些看起来与冰箱差不多大小的笨重设备,是价格不菲的微米级器件制造机。采购者中,不乏来自全球各行各业的头部企业和顶尖科研机构。

  摩方精密的设备,采用的是增材制造技术,也就是俗称的3D打印,这一技术被誉为催生第四次工业革命的21项颠覆性技术之一。区别于传统的车、刨、磨等将材料去除加工成形的减材制造,增材制造是一种以数字模型文件为基础,运用可粘合材料,通过逐层堆积,再借助类似于打印机的数字化制造设备,来构造物体的技术。

  过去30多年的发展历程中,3D打印行业发展经历了起起伏伏,多种技术迭代日渐成熟。2009年开始,熔融挤出成型(FDM)、烧结/粘接成型(SLS)等核心技术专利陆续过期,国内3D打印行业开始快速发展,叠加成本、技术升级与应用市场优势,出现了一批前沿企业,国内外3D打印呈现百花齐放的态势。据不完全统计,市场上有30-40种不同的技术都可以实现3D打印。

  与其他3D打印公司不同的是,摩方精密在颠覆性的增材制造基础上,进一步取得了突破和创新。其生产精度可精确到2微米级别,是全球首个推出2微米精度打印设备的公司。1微米等于0.001毫米,而人类头发丝的直径通常是80-120微米,也就是说,摩方精密的生产精度,可以达到人的头发丝直径的约1/50,肉眼必须借助显微镜才能看见。

  在精密制造领域,精细度是衡量制造能力的关键技术指标之一,决定产品的表面光滑度和边缘锐度,也就是产品成形的质量。当然,顶尖的技术工艺和精准的控制能力相辅相成,缺一不可。在制造领域,体现控制能力的是加工公差,即尺寸的允许差错范围。摩方精密可以将尺寸公差控制在工业级水准:2微米精度公差控制在±10微米,10微米精度公差控制在±25微米,25微米精度公差控制在±50微米范围。这样的控制能力,可满足工业应用的极致细节要求。

  当前,全世界3D打印精度最细能达到纳米级别,但由于打印周期长、幅面小、成本高,缺乏在工业领域的应用。当前,越来越多3D打印企业开始致力于精密领域,但是像摩方精密这样,做到2微米和10微米精度级别,兼具超高公差控制能力,并且稳定应用于工业生产的,尚无第二家。

  “正是因为有很多3D打印企业,我们才不想走‘拿来-低价-走量‘的老路,我们想走创新之路,创新就是做人类世界没想到的、没做到的事。” 夏春光是摩方精密的联合创始人、CTO,也是摩方精密系列突破性高精度制造技术和产品的缔造者。他曾先后获得中国科学技术大学理论与应用力学学士、美国伊利诺伊大学工程力学硕士、机械工程学博士学位。毕业后,他进入在美国泛林集团,做半导体涂层设备,设计过世界最快的半导体原子层沉积设备。后进入荷兰阿斯麦(ASLM),参与设计新一代的光刻机EUV,2018年,在毅然辞去了美国的工作,加入摩方精密的创业队伍,成为联合创始人。

  在他的带领下,摩方精密研发出了全球独有的“面投影微立体光刻”(PμSL)技术,正是用这一技术,让摩方精密实现了2微米、10微米的高精度兼具高公差的制造能力。摩方精密也因此成为全球唯一一家成功提供高精密增材制造解决方案的公司。

  事实上,它们是各种光学器件、工程器件、精密仪器、医疗器械、芯片、消费电子等的重要组成部分。此外,从人体内心血管支架、释放药物的微型胶囊机器人,到每家每户都有的5G光纤插头、陶瓷天线……人们生活的四周,也都遍布着精密器件。

  这些精密器件,按照传统生产制造方法,一般需要通过模具,进行微注塑,再在编程的基础上进行机械切割(CNC),整个过程,周期长,小批量生产时费用昂贵。且随着零件结构复杂程度的增加,传统生产方式的成本往往急剧增加,还有大量复杂零件是传统加工方式难以做到的。

  摩方精密的生产技术,则完全迥异于传统生产方式,利用其精密制造能力,能够快速加工成形具有复杂结构的零件,成为现有精密制造技术的一种重要补强。在一些小批量、高附加值精密器件生产领域,摩方精密的生产能力比传统工艺成本更低、生产周期更短,对生产人员和场地要求也更灵活。

  不止于此,摩方精密的生产技术,还是颠覆式的。它可以让企业更加创造性地进行产品设计,对传统精密器件进行结构改良和升级,还能够创造性地制造一些传统加工方式无法完成的产品。

  摩方精密的创新能力,获得了全球光电科技行业权威奖“棱镜奖”的认可。棱镜奖有光电行业“奥斯卡”之称,其每年按类别分设奖项,用于肯定当年光学和光子学领域的一系列最新产品和技术创新,长期以来,棱镜奖吸引了一批批国际行业巨头和新兴挑战者同场竞逐,2021年3月,摩方精密击败两家知名美国上市企业,成为国内首家获得该奖项的公司。2022年,摩方精密还获得日本精密工学会制造奖,成为全球第三家获得该奖项的非日本企业。

  正是基于全球垄断性的技术和顶尖的人才团队,2016年,摩方新材(摩方精密前身)甫一成立,就获得了来自松禾资本、移盟资本、光之华基金等的共计2700万元的天使轮资金。在短短数年的发展过程中,摩方精密不断展现在工业领域广阔的应用潜力和发展空间,获产业资本持续追捧。截至2023年11月,摩方精密共获得来自数十家基金公司的共计约6亿元融资,估值逾35亿元。

  2018年下半年,摩方精密生产的首套设备交付,很快在工业展会中引发轰动。来自海内外的工业企业,对摩方精密开创性的精密制造解决能力,纷纷表示极大的兴趣。

  在实际应用中,摩方精密的制造能力也总是让客户大吃一惊。夏春光介绍,曾经有个美国客户需要紧急制作一件生物芯片的器件,里面有多个100微米级的孔。他找遍美国市场的打印服务商,都未能做出满意的产品。而传统加工开模,至少要上万美元的开模费,且要等一两个月。这一客户最后找到摩方精密,后者一个星期就帮其做出了满意的样品,且只收费1000元人民币。

  摩方精密开始陆续收到来自世界顶尖企业的订单,有的企业在仅试用一次打印服务后,就发来了设备采购订单。

  几乎在同时,科研界也很快发现了摩方精密设备的“魔力”。其前所未有的精密制造能力,可以为科研人员打印各类概念样品,在众多前沿科研实验中发挥作用。

  来自科研院校的订单不断增加。国内知名大学如清华大学、北京大学、浙江大学、南京大学、北京航空航天大学等陆续采购摩方精密的设备。同时其也开始出口美国、德国、日本、英国等的著名院校。据透露,美国劳伦斯国家实验室采购了4套摩方的精密系统。

  利用摩方精密的设备做实验和学术研究,并发表论文的科研机构逐渐增多。学术网站上,包含“摩方精密”字样的学术论文数量逐年上升。有的科研研究成果,被发表到Science等全球顶级期刊上。

  据透露,截至2023年11月,来自全球35个国家的近2000家科研机构及工业企业,与摩方精密建立了合作关系,其中不乏来自医疗器械、精密连接器、消费电子等不同行业的全球排名前10企业。

  立足中国的摩方精密,在国内重点布局了重庆、上海、北京、深圳、珠海、厦门等城市。产品在海内外的畅销,也让摩方人走向全球。2019年开始,摩方精密陆续在美国波士顿、日本东京、英国伦敦、德国法兰克福等设立了海外分支机构。在每一个新市场,摩方精密均选择招聘当地人才,并制定符合当地的品牌传播策略。

  疫情三年,摩方精密在海外销售额保持了年均30%的稳定增长,截至2023年11月,摩方精密的海外销售额占据其销售总额的一半。

  随着工业科技的不断进步,工业生产器件的精细化是一大趋势。工业科技走向成熟的标志之一,就是走向精密制造。任何一个生产制造型的公司,都不得不面对制造工程方面的问题。企业如此,国家亦如是。越是往产业链高端走,对精密制造能力的要求就越高。

  但是精密化,也日渐给传统制造方法带来挑战,人们必须不断迭代、创新精密制造技术,以跟上工业科技进步的脚步。以连接器为例,5G通信和新能源汽车等的迅猛发展,对信号传输容量和连接速度,均提出了更高要求,作为信号传输和互联的核心部件的连接器,也必须走向微型化、精密化和集成化。而摩方的高精密制作技术,则为精密连接器行业突破技术壁垒,提供了有力支持。

  “精密制造对产品的一致性、可靠性和安全性提出了极高要求。中国是个制造业大国,不可避免地要用到大量精密制造,但我们在精密制造工具方面,还在努力追赶世界先进水平,比如数控机床,不仅是硬件还是控制软件方面,均与发达国家存在差距。不过很荣幸,我们在精密3D打印制造领域做到了世界领先。”夏春光表示。

  诚然,技术领先和可以规模化生产是两个命题。摩方精密提供的颠覆性精密制造技术,已经获工业和科研界的认可,而在大批量产业化应用领域,摩方精密同样开始崭露头角。

  2023年,摩方精密与北大口腔医院联合研发出一款前所未有的超薄“牙齿贴面”产品。牙齿贴面是牙齿美白修复技术的一种,将近似牙色的材料“贴”在牙齿表面,以达到恢复牙齿形态、改善色泽的作用。通常,材料厚度决定了是否需要打磨原有牙釉质。摩方精密制作的这一牙齿贴面,厚度仅为传统产品的1/3,且强韧性超越以往产品,可以帮助患者更大程度地保留牙釉质,带来无痛治疗体验。

  摩方精密还在微创手术设备领域取得了重要突破。其与北京同仁医院合作,成功设计并生产了一款用于治疗青光眼的眼内支架。这款长度不到3毫米的装置,不仅减少了青光眼手术的复杂步骤,还将原本可能耗时45分钟的手术过程,缩短至3-5分钟。这一装置,已经在5项一期临床试验中展现了令人满意的效果。

  在药物研究领域,摩方精密也有开创性的应用产品。传统上,为了评估潜在药物与活组织的相互作用,通常需要做动物实验,不仅昂贵、耗时,还常常充满争议,更重要的是,其无法为细胞创造类似人体环境的成长条件。摩方精密研发出一款生物芯片,内设微孔,并模拟了毛细血管壁的物质传输,能够精确地模拟真实的生物过程,有助于活组织生长,并显著缩短药物筛选、测试和验证新药所需的时间。这一创新概念或将大大助力细胞和组织体外生长,及相关药物测试的改良创新。

  除此之外,摩方精密的技术,在微电子机械系统传感器、半导体测试与封装,以及微机器人、精密检测仪器等领域的开创性应用,也日渐受到关注。当前,积极学习和了解新技术、新应用,已成为摩方员工每天工作的日常。

  工业母机,也就是生产机器的机器,是国家工业体系的基石,其生产能力的进步,直接关系到国家工业制造能力的提升。

  摩方精密为代表的精密制造企业,在诸多领域展现出的颠覆性的生产制造能力,正在令其作为精密制造的新式工业母机,赋能各行各业,推动工业生产的精度、效率和可靠性持续提升,并有望在一些“卡脖子”的“高精尖”制造领域,提供弯道超车的机会,成为中国工业结构转型和高端产业崛起背后的推手。

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