从2纳米到40微米，从光刻机到人的牙齿，有着怎样的关系？
在小红书上，有一批“网红”正在争相试用一款操作起来“像做美甲一样便捷”的牙齿贴面产品。
一般人不容易知道这款产品与光刻机制造技术之间的渊源——2018年，夏春光从工作了8年的阿斯麦（ASML）离职，带着制造光刻机的精密技术，加盟摩方精密任CTO，开拓了高精度微米级增材制造（3D打印）新赛道，随后，这家公司用技术上一脉相承的精密3D打印设备，制造出一款在世界上最薄的牙齿贴面，解决了行业长期以来需要患者“磨牙”、贴面边缘做不薄、对医生技术依赖度高等痛点。
牙齿贴面3D模型 图源：pixabay
几年前，增材制造（3D打印）曾是热门概念之一，但很快被资本市场中层出不穷的后浪吞没，——而在聚光灯之外的落地场景中，增材制造已悄然渗入高端工业制造的方方面面，闪现于人们日常生活之中：小到人们手机里的钛合金手机零件，大到一体化压铸的汽车，乃至进入人体内给药的载药微球，贴在牙齿上的贴面修复体……
对比全球，国内的增材制造近年来发展迅速，整体技术水平已然不输国外，在个别细分领域甚至处于全球领先水平。
01. 3D打印10年，玩具or泡沫？
普通人接触到的增材制造设备（3D打印机）一般属于桌面级。时至今日，多数人对3D打印功能的认识，依然止于路边的3D打印小玩偶。
当然，各大厂商对3D打印娱乐功能的玩法开发也一直在推陈出新。例如日前，腾讯元宝上线3D角色梦工厂玩法，用户只需要在APP或小程序上传一张照片，就能直接得到一个打印链接，拿去线下3D打印店能打印一个立体玩偶形象。
图：摩方精密制造的高精度冰墩墩手办
事实上，3D打印企业不仅自身从上游材料、中游设备到下游终端应用等差别巨大，实现3D打印的工艺路线、技术门类也是百花齐放，不同应用领域竞争格局和市场空间更是天差地别。玩具级/桌面级3D打印设备之外，具备工业级加工公差，被企业引入生产线的工业级增材制造设备，是近年来制造业升级迭代中的亮点，被认为与制造业革新进程紧密相连。
工业级3D打印除了可以帮助工业企业快速生成产品原型，缩短产品开发周期，便于设计验证和迭代改进，还可以制造传统制造方法（如切削、铣削）难以或无法实现的产品，例如复杂几何结构制造，及内部有复杂通道或结构的器件，后者在航空航天领域和医疗领域都有大量需求。
2024年4月3日，探月工程用鹊桥通导技术试验卫星—天都二号卫星在轨分离正常，冷推系统工作正常，标志着国内航天首次实现3D打印贮箱在轨应用，为3D打印技术在空间推进领域的运用奠定坚实的基础。 图源：中国航天科技集团
另外，3D打印可以实现定制化生产，尤其适合小批量和个性化产品的制造，例如定制医疗植入物、牙科修复体和个性化的消费品（如珠宝、鞋子等）。此外，传统减材制造会产生大量废料，而增材制造仅使用必要的材料，减少了浪费。在很多时候，当产品需要修改款式时，厂家往往就要修改整条生产线，不管是成本还是应对时间，都会给厂家造成极大的麻烦，因此通常难以应对需要频繁修改款式的产品；而3D打印可以实现灵活生产，对生产过程可以进行快速调整，不需要复杂的工具或模具、甚至产线变更，适应性极强。
当然，没有一种制造加工技术是完美的，3D打印的限制也很明显。材料是 3D 打印技术发展的重要物质基础，与中游设备和下游需求紧密相连。尽管3D打印材料种类在不断增加，但相比传统制造材料（如某些合金、特种工程塑料等）仍然有限，且部分材料性能可能不如传统材料。过去，3D打印还有一点经常被诟病的是制造产品的表面质量和精度，因此很多产品在3D打印后还需要进行抛光或再加工。此外，3D打印的生产速度，特别是在大规模生产时，效率会不如传统制造如注塑成型、冲压，成本也可能会较高。
根据新兴技术成熟曲线图，一项技术的发展包括技术萌芽期、期望膨胀期、泡沫破裂谷底期、稳步爬升复苏期和生产成熟期。
2015年前后，国内3D打印曾迎来一波投资热潮，一定程度上将其技术进程推入期望膨胀期。但行业的繁荣掩盖了发展的困境，典型的是技术创新不足以及同质化竞争等问题接踵而至。随着部分3D打印大型企业因“亏损、缺乏原创性技术”等原因，让全行业屡遭“泡沫”质疑，带来一波行业洗牌。如上总总，令萦绕在3D打印“成本高、效率低、精度粗糙”的偏见挥之不去。但人们往往容易高估一门技术2年内的变化，而低估其10年的变革。过去十多年，全球3D打印行业一直在保持增长。根据Wohlers Associates数据，2021年全球增材制造产值为 152.44 亿美元，同比增长 19.5%，十年复合增长率为23.5%。与此同时，2012年至2021年，全球工业级增材制造设备销量年复合增长率达14.45%。2008-2022年全球增材制造产值增长情况，资料来源：Wohlers Associates稳步向上的数据背后，是国内外3D打印正加速渗透万亿制造市场，给各领域高端工业制造带来的颠覆性的制造工具和产品创新方案。牙科一直是3D打印入侵较早的领域。由于精准化和定制化等优点，过去几年， 3D打印技术被国内外不少公司成熟运用于制造牙冠、牙齿矫正器、牙科模型等，但相对而言，牙齿贴面，则一直是个较难突破的领域。牙齿贴面是贴在牙齿表面的一种美白修复体。传统切削方法制造的牙齿贴面修复体大部分厚度在500微米（0.5毫米）以上，实际操作时需要磨掉患者相应厚度的牙齿，且因为精度不够高，修复体边缘做不薄，易破碎，容易带来远期微渗透和边缘继发龋等问题。用3D打印制作牙齿贴面，首要解决“薄”和“强韧”的问题。“薄”意味着高精度，“强韧”意味着材料要有很好的韧性、耐磨性和生物相容性。“高精度”这一项，一度难倒了绝大多数3D打印企业。直至2016年摩方精密在深圳成立，其从一开始就专注于高精度3D打印，CTO夏春光在此前先后供职泛林集团（Lam Research）、阿斯麦（ASLM）等世界知名半导体公司。在留美创始人团队的带领下，公司瞄准0-30微米高精度3D打印细分领域的空白，成为全球较早突破2微米级3D打印光学精度兼具高标准公差控制力的企业。“半导体设备机器的设计要比精密3D打印要复杂得多，不管是涂层设备还是光刻设备，加工的特征尺寸都是在十到百纳米级，而精密3D打印在微米量级。但EUV光刻设备和我开发的3D打印机有一定的关联，比如EUV用的就是反射掩膜，就像摩方精密的机器上的DLP反射动态掩膜; 摩方精密的打印机也用类似半导体光刻机的平面多次曝光技术。”夏春光介绍。摩方精密“从0到1”的原始创新技术，及时地满足了零件微型化、复杂化趋势加速背景下精密制造市场的需求，被各行业引入，用于拓展制造和应用的创新。同时也被深知传统牙齿贴面痛点、一直在搜寻颠覆性制造技术的北京大学口腔医院所发现，在得知摩方的技术实力后，双方一拍即合，2021年开始，二者依托多个国家级实验室和国家重点学科，协同攻关新产品开发。2023年，该项目还被科技部批准立项“国家重点研发计划重点专项”。摩方牵头的国家重点研发计划项目实施方案论证及启动会现场这一合作以摩方精密创新的“面投影微立体光刻技术”为切入点，深度融合精密增材制造、齿科材料仿生设计、精细陶瓷工艺和人工智能等交叉学科。在此过程中，摩方专门为牙齿贴面产品进行设备技术更新，并发明“浸润性微立体光刻技术”，解决了很多功能材料在打印过程中因为结构性能低，垂直分离作用力过大导致精细打印无法完成的问题，让超薄牙齿贴面得以成功实现。这款的贴面最低厚度可达40微米，且强韧性不输以往，不仅可以让患者真正实现免磨牙，推动义齿修复从“有创”到“无创”的质变，且由于产品完整性高，边缘密合度好，还能有效解决牙齿贴面远期微渗透和边缘继发龋等问题。“不磨牙”的超薄牙齿贴面，对整个行业来说，都是一场意义不小的革新。它不仅能减少项目操作时对医生的依赖，也让这一齿科项目的消费门槛大幅降低，带来市场规模的扩容，对口腔行业和患者来说，都是福音。事实证明，技术本身没有对错，只是如果把技术放在错误的应用方向上，自然得不到满意的效果。相反，放对了位置，其自身的市场价值，及给产业带来的爆发力，远超想象。例如，在桌面级3D打印赛道，部分国产品牌做出了亮眼的成绩。创想三维已成为全球入门级FDM/FFF3D打印设备的领先制造商，主导消费级市场，销量达百万台。另一家消费级3D打印机厂商深圳拓竹年销量近20亿元，在去年底完成了新一轮融资。此外，已经上市的企业如铂力特、华曙高科等，综合实力雄厚，均属于工业级金属增材设备领军企业。前者专注于工业级金属增材制造，拥有较为完整的金属3D打印产业生态链和国内最大的金属增材制造产业化基地，产品广泛应用于航空航天、工业机械、能源动力、科研院所、医疗研究、汽车制造、船舶制造及电子工业等领域，2023年营业收入达12.3亿元。华曙高科聚焦金属与高分子3D打印，布局全球市场，与德国巴斯夫（BASF）、德国宝马（BMW）、美国捷普（Jabil）等众多全球500强企业建立了合作关系，其自主产品销售规模位居全球前列。与此同时，随着国内工业级3D打印企业技术不断积累，与国外差距快速缩小，并开始在细分领域出现全球领先的企业。典型代表是摩方精密，由于其在微米级光学精度打印制造领域在全球难寻对手，从公开信息看，过去数年，来自美国、日本、德国等的世界排名前十的医药生物企业、连接器企业以及头部电子企业均引入了其设备或服务，用于微小、精密、复杂的的器件研发和产品迭代。事实上，3D打印“入侵”高端制造业的现象，在海外表现得更为明显。近年来，全球制造龙头企业都则在悄然加速引入工业级增材制造装备，用以赋能产品研发，保持企业竞争力。其中各行业排名靠前、注重研发投入的头部企业表现得尤为显著。例如在航空航天领域，GE航空使用3D打印制造喷气发动机燃油喷嘴，与传统制造方法相比，重量减轻了25%，零件数量减少了20个，提高了燃油效率和耐用性。空中客车利用3D打印制造飞机内部结构和零部件。在汽车行业，福特公司使用3D打印快速制造汽车零部件原型，从而大幅缩短新车开发周期。宝马使用3D打印技术制造复杂的金属零件和轻量化结构。在医疗领域，3D打印能够根据患者的具体解剖结构定制假肢和植入物，提供更好的匹配和舒适度。例如，Smith & Nephew公司使用3D打印技术制造定制髋关节植入物。史赛克（Stryker）利用3D打印技术生产定制化的医疗植入物。在消费品领域，耐克使用3D打印技术生产鞋类原型和定制鞋底。更有GE、HP、波音等大型跨国集团，纷纷亲自下场，通过投资、收购等方式，布局3D打印赛道。国内3D打印在2023年度过了高速发展的一年。根据中信证券研报，2023年国内3D打印融资案例38起，总融资额逾73.3亿元，同比增长28%。除了铂力特二级市场定向增发，华曙高科IPO，包括摩方精密、江苏威拉里等，均完成新一轮融资。2024年过半，一、二级市场投资环境整体低迷，各赛道景气度下滑，3D打印行业也不例外。收缩的环境下，资金面对选择时，更需要看长远，下注有长期战略意义的板块。3D打印的对制造业转型升级的战略意义不言而喻。中国工程院院士卢秉恒表示，3D打印对新质生产力发展十分重要，“它具备高科技、高效能、高质量的特征，是能够带来更大效益的先进生产力”。人类历史上数次产业变革都表明，制造业的变革是科技创新的基石，决定了工业更新迭代的速度，进而影响区域经济综合竞争力。在当前环境下，我们急需深入制造业肌理，把脉微观变化，洞见发展方向，把握变革机遇。增材制造诞生时间短却极具颠覆性，对制造业创新、效率和可持续性产生广泛的影响，有望成为启动产业创新的新引擎。若科技的发展因为经济周期的波动而遭遇中断，错失产业升级的宝贵机会，那将会是时代的遗憾。尽管当前，我们并未完全冲破3D打印黑障期，增材制造之于中国制造的答案还未最终揭晓，这一技术还有巨大的发展空间，但过程已注定：唯有持续投入一条路。因为越是机会收缩，越要下注长期战略价值。让政策、资本以及应用的共振得以延续，让创新在负重中继续前行，才是带领经济穿越周期、抵达未来的良方。
