從EUV光刻機(jī)到你的牙齒：悄然發(fā)力的中國3D打印

從2納米到40微米，從光刻機(jī)到人的牙齒，有著怎樣的關(guān)系？

在小紅書上，有一批“網(wǎng)紅”正在爭相試用一款操作起來“像做美甲一樣便捷”的牙齒貼面產(chǎn)品。

一般人不容易知道這款產(chǎn)品與光刻機(jī)制造技術(shù)之間的淵源——2018年，夏春光從工作了8年的阿斯麥（ASML）離職，帶著制造光刻機(jī)的精密技術(shù)，加盟摩方精密任CTO，開拓了高精度微米級增材制造（3D打印）新賽道，隨后，這家公司用技術(shù)上一脈相承的精密3D打印設(shè)備，制造出一款在世界上最薄的牙齒貼面，解決了行業(yè)長期以來需要患者“磨牙”、貼面邊緣做不薄、對醫(yī)生技術(shù)依賴度高等痛點。

幾年前，增材制造（3D打印）曾是熱門概念之一，但很快被資本市場中層出不窮的后浪吞沒，——而在聚光燈之外的落地場景中，增材制造已悄然滲入高端工業(yè)制造的方方面面，閃現(xiàn)于人們?nèi)粘Ｉ钪校盒〉饺藗兪謾C(jī)里的鈦合金手機(jī)零件，大到一體化壓鑄的汽車，乃至進(jìn)入人體內(nèi)給藥的載藥微球，貼在牙齒上的貼面修復(fù)體……

對比全球，國內(nèi)的增材制造近年來發(fā)展迅速，整體技術(shù)水平已然不輸國外，在個別細(xì)分領(lǐng)域甚至處于全球領(lǐng)先水平。

01. 3D打印10年，玩具or泡沫？

普通人接觸到的增材制造設(shè)備（3D打印機(jī)）一般屬于桌面級。時至今日，多數(shù)人對3D打印功能的認(rèn)識，依然止于路邊的3D打印小玩偶。

當(dāng)然，各大廠商對3D打印娛樂功能的玩法開發(fā)也一直在推陳出新。例如日前，騰訊元寶上線3D角色夢工廠玩法，用戶只需要在APP或小程序上傳一張照片，就能直接得到一個打印鏈接，拿去線下3D打印店能打印一個立體玩偶形象。

事實上，3D打印企業(yè)不僅自身從上游材料、中游設(shè)備到下游終端應(yīng)用等差別巨大，實現(xiàn)3D打印的工藝路線、技術(shù)門類也是百花齊放，不同應(yīng)用領(lǐng)域競爭格局和市場空間更是天差地別。玩具級/桌面級3D打印設(shè)備之外，具備工業(yè)級加工公差，被企業(yè)引入生產(chǎn)線的工業(yè)級增材制造設(shè)備，是近年來制造業(yè)升級迭代中的亮點，被認(rèn)為與制造業(yè)革新進(jìn)程緊密相連。

工業(yè)級3D打印除了可以幫助工業(yè)企業(yè)快速生成產(chǎn)品原型，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，便于設(shè)計驗證和迭代改進(jìn)，還可以制造傳統(tǒng)制造方法（如切削、銑削）難以或無法實現(xiàn)的產(chǎn)品，例如復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)制造，及內(nèi)部有復(fù)雜通道或結(jié)構(gòu)的器件，后者在航空航天領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域都有大量需求。

2024年4月3日，探月工程用鵲橋通導(dǎo)技術(shù)試驗衛(wèi)星—天都二號衛(wèi)星在軌分離正常，冷推系統(tǒng)工作正常，標(biāo)志著國內(nèi)航天首次實現(xiàn)3D打印貯箱在軌應(yīng)用，為3D打印技術(shù)在空間推進(jìn)領(lǐng)域的運用奠定堅實的基礎(chǔ)。? 圖源：中國航天科技集團(tuán)

另外，3D打印可以實現(xiàn)定制化生產(chǎn)，尤其適合小批量和個性化產(chǎn)品的制造，例如定制醫(yī)療植入物、牙科修復(fù)體和個性化的消費品（如珠寶、鞋子等）。此外，傳統(tǒng)減材制造會產(chǎn)生大量廢料，而增材制造僅使用必要的材料，減少了浪費。在很多時候，當(dāng)產(chǎn)品需要修改款式時，廠家往往就要修改整條生產(chǎn)線，不管是成本還是應(yīng)對時間，都會給廠家造成極大的麻煩，因此通常難以應(yīng)對需要頻繁修改款式的產(chǎn)品；而3D打印可以實現(xiàn)靈活生產(chǎn)，對生產(chǎn)過程可以進(jìn)行快速調(diào)整，不需要復(fù)雜的工具或模具、甚至產(chǎn)線變更，適應(yīng)性極強(qiáng)。

當(dāng)然，沒有一種制造加工技術(shù)是完美的，3D打印的限制也很明顯。材料是 3D 打印技術(shù)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，與中游設(shè)備和下游需求緊密相連。盡管3D打印材料種類在不斷增加，但相比傳統(tǒng)制造材料（如某些合金、特種工程塑料等）仍然有限，且部分材料性能可能不如傳統(tǒng)材料。過去，3D打印還有一點經(jīng)常被詬病的是制造產(chǎn)品的表面質(zhì)量和精度，因此很多產(chǎn)品在3D打印后還需要進(jìn)行拋光或再加工。此外，3D打印的生產(chǎn)速度，特別是在大規(guī)模生產(chǎn)時，效率會不如傳統(tǒng)制造如注塑成型、沖壓，成本也可能會較高。

根據(jù)新興技術(shù)成熟曲線圖，一項技術(shù)的發(fā)展包括技術(shù)萌芽期、期望膨脹期、泡沫破裂谷底期、穩(wěn)步爬升復(fù)蘇期和生產(chǎn)成熟期。

圖源：作者自制

2015年前后，國內(nèi)3D打印曾迎來一波投資熱潮，一定程度上將其技術(shù)進(jìn)程推入期望膨脹期。但行業(yè)的繁榮掩蓋了發(fā)展的困境，典型的是技術(shù)創(chuàng)新不足以及同質(zhì)化競爭等問題接踵而至。隨著部分3D打印大型企業(yè)因“虧損、缺乏原創(chuàng)性技術(shù)”等原因，讓全行業(yè)屢遭“泡沫”質(zhì)疑，帶來一波行業(yè)洗牌。

如上總總，令縈繞在3D打印“成本高、效率低、精度粗糙”的偏見揮之不去。但人們往往容易高估一門技術(shù)2年內(nèi)的變化，而低估其10年的變革。過去十多年，全球3D打印行業(yè)一直在保持增長。根據(jù)Wohlers Associates數(shù)據(jù)，2021年全球增材制造產(chǎn)值為 152.44 億美元，同比增長 19.5%，十年復(fù)合增長率為23.5%。與此同時，2012年至2021年，全球工業(yè)級增材制造設(shè)備銷量年復(fù)合增長率達(dá)14.45%。

穩(wěn)步向上的數(shù)據(jù)背后，是國內(nèi)外3D打印正加速滲透萬億制造市場，給各領(lǐng)域高端工業(yè)制造帶來的顛覆性的制造工具和產(chǎn)品創(chuàng)新方案。

02. 從EUV光刻機(jī)，到你的牙齒

牙科一直是3D打印入侵較早的領(lǐng)域。由于精準(zhǔn)化和定制化等優(yōu)點，過去幾年， 3D打印技術(shù)被國內(nèi)外不少公司成熟運用于制造牙冠、牙齒矯正器、牙科模型等，但相對而言，牙齒貼面，則一直是個較難突破的領(lǐng)域。牙齒貼面是貼在牙齒表面的一種美白修復(fù)體。

傳統(tǒng)切削方法制造的牙齒貼面修復(fù)體大部分厚度在500微米（0.5毫米）以上，實際操作時需要磨掉患者相應(yīng)厚度的牙齒，且因為精度不夠高，修復(fù)體邊緣做不薄，易破碎，容易帶來遠(yuǎn)期微滲透和邊緣繼發(fā)齲等問題。用3D打印制作牙齒貼面，首要解決“薄”和“強(qiáng)韌”的問題?！氨　币馕吨呔?，“強(qiáng)韌”意味著材料要有很好的韌性、耐磨性和生物相容性。

“高精度”這一項，一度難倒了絕大多數(shù)3D打印企業(yè)。直至2016年摩方精密在深圳成立，其從一開始就專注于高精度3D打印，CTO夏春光在此前先后供職泛林集團(tuán)（Lam Research）、阿斯麥（ASLM）等世界知名半導(dǎo)體公司。在留美創(chuàng)始人團(tuán)隊的帶領(lǐng)下，公司瞄準(zhǔn)0-30微米高精度3D打印細(xì)分領(lǐng)域的空白，成為全球較早突破2微米級3D打印光學(xué)精度兼具高標(biāo)準(zhǔn)公差控制力的企業(yè)。

“半導(dǎo)體設(shè)備機(jī)器的設(shè)計要比精密3D打印要復(fù)雜得多，不管是涂層設(shè)備還是光刻設(shè)備，加工的特征尺寸都是在十到百納米級，而精密3D打印在微米量級。但EUV光刻設(shè)備和我開發(fā)的3D打印機(jī)有一定的關(guān)聯(lián)，比如EUV用的就是反射掩膜，就像摩方精密的機(jī)器上的DLP反射動態(tài)掩膜; 摩方精密的打印機(jī)也用類似半導(dǎo)體光刻機(jī)的平面多次曝光技術(shù)?！毕拇汗饨榻B。

摩方精密“從0到1”的原始創(chuàng)新技術(shù)，及時地滿足了零件微型化、復(fù)雜化趨勢加速背景下精密制造市場的需求，被各行業(yè)引入，用于拓展制造和應(yīng)用的創(chuàng)新。同時也被深知傳統(tǒng)牙齒貼面痛點、一直在搜尋顛覆性制造技術(shù)的北京大學(xué)口腔醫(yī)院所發(fā)現(xiàn)，在得知摩方的技術(shù)實力后，雙方一拍即合，2021年開始，二者依托多個國家級實驗室和國家重點學(xué)科，協(xié)同攻關(guān)新產(chǎn)品開發(fā)。2023年，該項目還被科技部批準(zhǔn)立項“國家重點研發(fā)計劃重點專項”。

摩方牽頭的國家重點研發(fā)計劃項目實施方案論證及啟動會現(xiàn)場這一合作以摩方精密創(chuàng)新的“面投影微立體光刻技術(shù)”為切入點，深度融合精密增材制造、齒科材料仿生設(shè)計、精細(xì)陶瓷工藝和人工智能等交叉學(xué)科。

在此過程中，摩方專門為牙齒貼面產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)備技術(shù)更新，并發(fā)明“浸潤性微立體光刻技術(shù)”，解決了很多功能材料在打印過程中因為結(jié)構(gòu)性能低，垂直分離作用力過大導(dǎo)致精細(xì)打印無法完成的問題，讓超薄牙齒貼面得以成功實現(xiàn)。這款的貼面最低厚度可達(dá)40微米，且強(qiáng)韌性不輸以往，不僅可以讓患者真正實現(xiàn)免磨牙，推動義齒修復(fù)從“有創(chuàng)”到“無創(chuàng)”的質(zhì)變，且由于產(chǎn)品完整性高，邊緣密合度好，還能有效解決牙齒貼面遠(yuǎn)期微滲透和邊緣繼發(fā)齲等問題。

“不磨牙”的超薄牙齒貼面，對整個行業(yè)來說，都是一場意義不小的革新。它不僅能減少項目操作時對醫(yī)生的依賴，也讓這一齒科項目的消費門檻大幅降低，帶來市場規(guī)模的擴(kuò)容，對口腔行業(yè)和患者來說，都是福音。

03. 被3D打印悄然改變的高端制造業(yè)

事實證明，技術(shù)本身沒有對錯，只是如果把技術(shù)放在錯誤的應(yīng)用方向上，自然得不到滿意的效果。相反，放對了位置，其自身的市場價值，及給產(chǎn)業(yè)帶來的爆發(fā)力，遠(yuǎn)超想象。例如，在桌面級3D打印賽道，部分國產(chǎn)品牌做出了亮眼的成績。創(chuàng)想三維已成為全球入門級FDM/FFF3D打印設(shè)備的領(lǐng)先制造商，主導(dǎo)消費級市場，銷量達(dá)百萬臺。另一家消費級3D打印機(jī)廠商深圳拓竹年銷量近20億元，在去年底完成了新一輪融資。此外，已經(jīng)上市的企業(yè)如鉑力特、華曙高科等，綜合實力雄厚，均屬于工業(yè)級金屬增材設(shè)備領(lǐng)軍企業(yè)。前者專注于工業(yè)級金屬增材制造，擁有較為完整的金屬3D打印產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈和國內(nèi)最大的金屬增材制造產(chǎn)業(yè)化基地，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空航天、工業(yè)機(jī)械、能源動力、科研院所、醫(yī)療研究、汽車制造、船舶制造及電子工業(yè)等領(lǐng)域，2023年營業(yè)收入達(dá)12.3億元。華曙高科聚焦金屬與高分子3D打印，布局全球市場，與德國巴斯夫（BASF）、德國寶馬（BMW）、美國捷普（Jabil）等眾多全球500強(qiáng)企業(yè)建立了合作關(guān)系，其自主產(chǎn)品銷售規(guī)模位居全球前列。

與此同時，隨著國內(nèi)工業(yè)級3D打印企業(yè)技術(shù)不斷積累，與國外差距快速縮小，并開始在細(xì)分領(lǐng)域出現(xiàn)全球領(lǐng)先的企業(yè)。典型代表是摩方精密，由于其在微米級光學(xué)精度打印制造領(lǐng)域在全球難尋對手，從公開信息看，過去數(shù)年，來自美國、日本、德國等的世界排名前十的醫(yī)藥生物企業(yè)、連接器企業(yè)以及頭部電子企業(yè)均引入了其設(shè)備或服務(wù)，用于微小、精密、復(fù)雜的的器件研發(fā)和產(chǎn)品迭代。

事實上，3D打印“入侵”高端制造業(yè)的現(xiàn)象，在海外表現(xiàn)得更為明顯。近年來，全球制造龍頭企業(yè)都則在悄然加速引入工業(yè)級增材制造裝備，用以賦能產(chǎn)品研發(fā)，保持企業(yè)競爭力。其中各行業(yè)排名靠前、注重研發(fā)投入的頭部企業(yè)表現(xiàn)得尤為顯著。例如在航空航天領(lǐng)域，GE航空使用3D打印制造噴氣發(fā)動機(jī)燃油噴嘴，與傳統(tǒng)制造方法相比，重量減輕了25%，零件數(shù)量減少了20個，提高了燃油效率和耐用性?？罩锌蛙?yán)?D打印制造飛機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和零部件。

在汽車行業(yè)，福特公司使用3D打印快速制造汽車零部件原型，從而大幅縮短新車開發(fā)周期。寶馬使用3D打印技術(shù)制造復(fù)雜的金屬零件和輕量化結(jié)構(gòu)。在醫(yī)療領(lǐng)域，3D打印能夠根據(jù)患者的具體解剖結(jié)構(gòu)定制假肢和植入物，提供更好的匹配和舒適度。例如，Smith & Nephew公司使用3D打印技術(shù)制造定制髖關(guān)節(jié)植入物。史賽克（Stryker）利用3D打印技術(shù)生產(chǎn)定制化的醫(yī)療植入物。在消費品領(lǐng)域，耐克使用3D打印技術(shù)生產(chǎn)鞋類原型和定制鞋底。更有GE、HP、波音等大型跨國集團(tuán)，紛紛親自下場，通過投資、收購等方式，布局3D打印賽道。

04. 關(guān)注長期戰(zhàn)略價值，推動更多創(chuàng)新應(yīng)用爆發(fā)

國內(nèi)3D打印在2023年度過了高速發(fā)展的一年。根據(jù)中信證券研報，2023年國內(nèi)3D打印融資案例38起，總?cè)谫Y額逾73.3億元，同比增長28%。除了鉑力特二級市場定向增發(fā)，華曙高科IPO，包括摩方精密、江蘇威拉里等，均完成新一輪融資。2024年過半，一、二級市場投資環(huán)境整體低迷，各賽道景氣度下滑，3D打印行業(yè)也不例外。收縮的環(huán)境下，資金面對選擇時，更需要看長遠(yuǎn)，下注有長期戰(zhàn)略意義的板塊。3D打印的對制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的戰(zhàn)略意義不言而喻。中國工程院院士盧秉恒表示，3D打印對新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展十分重要，“它具備高科技、高效能、高質(zhì)量的特征，是能夠帶來更大效益的先進(jìn)生產(chǎn)力”。

人類歷史上數(shù)次產(chǎn)業(yè)變革都表明，制造業(yè)的變革是科技創(chuàng)新的基石，決定了工業(yè)更新迭代的速度，進(jìn)而影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)綜合競爭力。在當(dāng)前環(huán)境下，我們急需深入制造業(yè)肌理，把脈微觀變化，洞見發(fā)展方向，把握變革機(jī)遇。增材制造誕生時間短卻極具顛覆性，對制造業(yè)創(chuàng)新、效率和可持續(xù)性產(chǎn)生廣泛的影響，有望成為啟動產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新的新引擎。若科技的發(fā)展因為經(jīng)濟(jì)周期的波動而遭遇中斷，錯失產(chǎn)業(yè)升級的寶貴機(jī)會，那將會是時代的遺憾。

盡管當(dāng)前，我們并未完全沖破3D打印黑障期，增材制造之于中國制造的答案還未最終揭曉，這一技術(shù)還有巨大的發(fā)展空間，但過程已注定：唯有持續(xù)投入一條路。因為越是機(jī)會收縮，越要下注長期戰(zhàn)略價值。讓政策、資本以及應(yīng)用的共振得以延續(xù)，讓創(chuàng)新在負(fù)重中繼續(xù)前行，才是帶領(lǐng)經(jīng)濟(jì)穿越周期、抵達(dá)未來的良方。