南極熊3d打印專業(yè)垂直平臺！
一、背景
根據(jù)南極熊的觀察，3d打印機打印速度慢一直是被行業(yè)和客戶詬病的一大問題，帶來的直接結(jié)果就是制造效率低，時間成本高，很難用于批量生產(chǎn)。如果3d打印機的速度能夠出現(xiàn)指數(shù)級的提高，那么對3d打印行業(yè)和各應(yīng)用行業(yè)是顛覆性的。
雖然全球3d打印機廠商都在朝著這個方向突破，但是2015年，美國carbon公司在光固化成型工藝上率先取得突破性進展，其研發(fā)出了連續(xù)液界面3d打印技術(shù)（clip），比傳統(tǒng)的3d打印機的打印速度快25-100倍，在世界范圍內(nèi)引起巨大的關(guān)注并登錄《science》雜志封面。使用這項技術(shù)，物體可以在幾分鐘之內(nèi)打印完成，而不再需要幾個小時。
隨后carbon公司在資本市場受到極大的認可，2019年6月完成e輪融資2.6億美金，估值則達到了24億美元。
二、digital light synthesis? (dls?)技術(shù)
carbon剛剛推出這項技術(shù)的時候命名為clip（countinuous liquid interface production）連續(xù)液面生產(chǎn)，目前已經(jīng)更名為dls（digital light synthesis）數(shù)字光處理技術(shù)。
這項技術(shù)的核心是“利用一層透氧膜，隔離光敏樹脂液體和空氣中的氧氣，實現(xiàn)高速、連續(xù)的3d打印成型”。
傳統(tǒng)sla技術(shù)的固化受光引發(fā)劑種類、光引發(fā)劑濃度、光照強度和照射時間等條件的影響，一般引發(fā)劑濃度越高，光強度越高固化速度越快。光的強度會隨著射入物體的深度逐漸降低，只有靠近照射面的一小部分會固化的相對均勻和徹底，理論上打印的精度完全取決于具有足夠能量激活引發(fā)劑的光能夠穿透多深的樹脂。理論上講，只要提高引發(fā)劑濃度和光強就可以加快打印速度，但因為固化反應(yīng)發(fā)生在樹脂與透光板的交界面上，過快的反應(yīng)速度很容易使制件和透光板粘在一起，導(dǎo)致打印失敗。
在此前，解決這一問題的方法主要是降低固化速度，在樹脂完全固化之前移動底板，使部分固化的樹脂與透光板脫離接觸，新的低粘度樹脂會補充到原來的位置，然后再開始下一層的固化。但這樣一來，打印速度就無法有效提高了。
而在新的clip系統(tǒng)中，研究者們通過固化-阻聚效應(yīng)的平衡巧妙地解決了這個問題。clip底面的透光板采用了透氧、透紫外光的特氟龍材料（聚四氟乙烯），而透過的氧氣進入到樹脂液體中可以起到阻聚劑的作用，阻止固化反應(yīng)的發(fā)生。氧氣和紫外光照的作用在這個區(qū)域內(nèi)會產(chǎn)生一種相互制衡的效果：一方面，光照會活化固化劑，而另一方面，氧氣又會抑制反應(yīng)，使得靠近底面部分的固化速度變慢（也就是所謂的“dead zone”）。當(dāng)制件離開這個區(qū)域后，脫離氧氣制約的材料可以迅速地發(fā)生反應(yīng)，將樹脂固化成型。在傳統(tǒng)的sla技術(shù)中，抑制固化的氧氣本來是人們避之不及的存在，但是經(jīng)過巧妙設(shè)計之后，它反而成了提高打印效率的幫手，這也算是一種相當(dāng)戲劇性的逆轉(zhuǎn)。
除了快，clip系統(tǒng)也提高了3d打印的精度，而這一點的關(guān)鍵還也在“死區(qū)”上。傳統(tǒng)的sla技術(shù)在打印換層的時候需要拉動尚未完全固化的樹脂層，為了不破壞樹脂層的結(jié)構(gòu)，每個單層切片都必須保證一定的厚度來維持強度。而clip的固化層下面接觸的是液態(tài)的“死區(qū)”，不需要擔(dān)心它與透光板粘連，因此自然也更不容易被破壞。于是，樹脂層就可以被切得更薄，更高精度的打印也就能夠?qū)崿F(xiàn)了。
這樣的方法聽起來很簡單，不過為了讓它順利工作，研究人員們也進行了相當(dāng)復(fù)雜的計算與調(diào)試。通過合適的打印條件和原料液配方控制，困擾3d打印技術(shù)已久的高速連續(xù)化打印問題在clip技術(shù)中被完全克服，這是高分子學(xué)科工程史上一次融合應(yīng)用的創(chuàng)舉，登上《科學(xué)》封面確實當(dāng)之無愧。
三、carbon公司的商業(yè)化
再好的技術(shù)最終也要為客戶和市場服務(wù)，carbon公司目前已經(jīng)擁有完善的產(chǎn)品解決方案，包括硬件設(shè)備、軟件、材料體系。
目前carbon公司的硬件設(shè)備包括：l1、m2、m2d、清洗機
材料體系包括：epx：環(huán)氧樹脂、mpu：醫(yī)用聚氨酯、epu：彈性聚氨酯、假牙材料、dreve fotodent?間接粘合托盤（ibt）、dreve fotodent?托盤、dreve fotodent? gingiva、whip mix手術(shù)導(dǎo)板材料、sil：硅膠、rpu：剛性聚氨酯、fpu：柔性聚氨酯、ce：氰酸酯、uma：聚氨酯甲基丙烯酸酯、dpr：牙科生產(chǎn)材料。
carbon的3d打印機采用租賃模式，2017年其公布的一份報價單顯示m2機型租金為5萬美金/年，3年起租，材料價格從99美金~479美金不等。
carbon公司主要的客戶包括：阿迪達斯、nasa、蘭博基尼、福特汽車、路特斯跑車、ramaco、riddell、cideas、sculpteo、the technology house、weststar precision等。
四、其他擁有高速光固化3d打印技術(shù)的公司
1、德國envisiontec
德國envisiontec是全球范圍內(nèi)非常專業(yè)的一家光固化3d打印機廠商，創(chuàng)立于2002年，擁有領(lǐng)先的商業(yè)dlp打印技術(shù)。當(dāng)前提供40多款基于6種不同技術(shù)的打印機，用于根據(jù)數(shù)字設(shè)計文件打印實物。先進的3d打印機應(yīng)用范圍廣泛，適用于醫(yī)療、專業(yè)和工業(yè)市場，可提供卓越的精度、表面光潔度、功能性和速度。envisiontec的知識產(chǎn)權(quán)包括100多項待決和授權(quán)專利和70種專利材料。其也推出了高速光固化3d打印機micro plus cdlm。
cdlm（continuous digital light manufacturing，意為連續(xù)數(shù)字光制造）是德國envisiontec公司的專利3d打印技術(shù)，該技術(shù)非常適用于產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的快速驗證，打印整盤模型可在15-30分鐘內(nèi)完成， 非常適用于設(shè)計工作室、院校、珠寶門店以及相關(guān)珠寶領(lǐng)域需要在極短時間內(nèi)完成設(shè)計模型的環(huán)境下，打印品質(zhì)不會因為速度快而丟失。
micro plus cdlm的3d打印速度為z軸每英寸10~20分鐘，其最大3d打印尺寸為45.4×28.5×75毫米。
目前，envisiontec已經(jīng)覆蓋全球66個國家，銷售3d打印機超過5000臺，員工超過200人。envisiontec有多款材料在中國拿到了cfda認證，可以用于醫(yī)療行業(yè)。
2、美國3d systems
3d systems是sla光固化技術(shù)的發(fā)明人，全球sla的龍頭公司，2016年， 3d systems展示了其革命性的大規(guī)模高速樹脂3d打印系統(tǒng)figure 4。此系統(tǒng)融合了機器人和自動化技術(shù)，生產(chǎn)效率要遠高于普通的樹脂3d打印系統(tǒng)（速度快50倍），甚至能與傳統(tǒng)的注塑工藝一較高下。
△將機器人與figure 4 3d打印機結(jié)合，實現(xiàn)高效率生產(chǎn)
△生產(chǎn)出的樹脂件
figure 4的制造速度非?？?！如果按單個件的制造速度來計算，注塑的平均速度為6秒/個，而這套3d systems的系統(tǒng)可以達到7秒/個，速度幾乎可以與注塑相媲美。另外一個重要的特點是，這套系統(tǒng)同時制造的所有零件都是個性的，上面的螺紋都不一樣，而不像模具只能制造完全相同的零件。
3、北京清鋒時代
清鋒時代（清鋒科技）是國內(nèi)比較早從事高速光固化3d打印技術(shù)研發(fā)的公司，也是國內(nèi)當(dāng)前最受資本追捧的創(chuàng)業(yè)項目之一。2017年底獲得來自北極光創(chuàng)投和元始資本千萬級的天使投資，2018年7月清鋒科技3d-fab已完成數(shù)5000萬元pre-a輪融資，這輪融資由順為資本領(lǐng)投，北極光創(chuàng)投、復(fù)星國際跟投。2019年，清鋒時代獲得新的投資。
清鋒時代的高速打印機技術(shù)被命名為：極速3d打印leap?技術(shù)（light enabled additive production technology），極速3d打印“l(fā)eap?”技術(shù)，相較傳統(tǒng)3d打印技術(shù)而言，不需要層層疊加構(gòu)成三維物件，是通過一種“生長”的方式快速成型。這一技術(shù)基于bottom-up dlp，最高打印速度可達到120cm/h，且能適用多種不同材料，真正可以實現(xiàn)批量化定制生產(chǎn)。
△leap?技術(shù)原理
△清鋒時代的3d打印機
△清鋒時代3d打印的運動鞋底
在商業(yè)模式方面，極速3d打印通過賦能制鞋廠家，目標在2024年達成5000萬雙定制化鞋底的產(chǎn)能。同時，將整合一整套可標準化復(fù)制的生產(chǎn)服務(wù)體系，這套服務(wù)體系不僅能應(yīng)用在制鞋領(lǐng)域，未來還將應(yīng)用在醫(yī)療、家居、汽車等其他領(lǐng)域。
團隊方面，大部分創(chuàng)始成員來自相關(guān)技術(shù)研發(fā)領(lǐng)域。目前員工規(guī)模70人，其中有60%負責(zé)技術(shù)研發(fā)，分布在北京、寧波、臺北、美國硅谷等地。目前已申請53項專利，并斬獲多項創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大獎。創(chuàng)始人姚志鋒畢業(yè)于清華大學(xué)雕塑系，是3d打印技術(shù)的二次創(chuàng)業(yè)者，有近10年的技術(shù)探求和管理經(jīng)驗力。
4、北京金達雷（uniz）
uniz由李厚民創(chuàng)立于美國加州，2012年在北京設(shè)立公司，先后在深圳、廣西投資建廠，并在荷蘭建立子公司，業(yè)務(wù)覆蓋中國、歐洲、美洲、大洋洲、東南亞等地區(qū)。（出口為主）
2016年，自主研發(fā)的專業(yè)級超高速光固化3d打印機slash系列在眾籌平臺kickstarter上線，獲得57萬美元預(yù)售訂單。目前uniz有6款光固化3d打印機，均為lcd光源的設(shè)備。
uniz在ces 2019大會上，推出了其最新的，速度達到1200毫米/小時的高精度3d打印機系列 - slash 2和slash 2j。
△uniz的高速lcd光固化3d打印機
2015年，uniz獲得數(shù)百萬美元天使投資，天使投資人成從武一度作為聯(lián)合創(chuàng)始人參與uniz的創(chuàng)立。2017年，uniz獲得a輪融資4500 萬人民幣，由德聯(lián)資本領(lǐng)投，高德地圖創(chuàng)始人成從武，以及其他機構(gòu)跟投。
李厚民本科畢業(yè)于清華大學(xué)，在美國奧本大學(xué)攻讀高分子專業(yè)博士。在此之前，他已經(jīng)拿到美國南加州大學(xué)材料學(xué)碩士學(xué)位、奧本大學(xué)的電子與計算機學(xué)碩士學(xué)位，和高分子學(xué)碩士學(xué)位。
目前uniz設(shè)備可打印的材料體系包括：zdental model沙黃樹脂、zabs amber樹脂、zeng amber樹脂、zwax purple、zsg amber、zudp orange、zabs-gray、zabs-green、zabs-ivory、zabs-white、zortho gray、zpmma clear、zudp gray、zwax amber
5、上海普利生
上海普利生的lcd光固化設(shè)備，在z軸方向的打印速度并沒有carbon等公司這么快，但是其設(shè)備x、y軸的成型面積大，所以可以一次打印更多的部件。普利生?銳打600具備超大面陣曝光：成型尺寸可達580*325*580mm，具有強大的輸出效率：每小時輸出量超過1500g。
上海普利生以前是一家傳統(tǒng)的制造企業(yè)，2013年公司開始利用自身在感光行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢和感光設(shè)備開發(fā)、生產(chǎn)的經(jīng)驗，成功開發(fā)了具有原創(chuàng)性完全知識產(chǎn)權(quán)的prismlab rapid系列sms工藝（lcd光源）的3d快速成型設(shè)備和配套光固化樹脂，具有成型速度快、精度高、尺寸大的特點，已具備批量生產(chǎn)的能力。
普利生的早期投資者是上海曼恒（vr領(lǐng)域的新三板掛牌公司），2018年11月，普利生獲得數(shù)千萬元戰(zhàn)略投資，世界化工巨頭德國basf領(lǐng)投，世界500強企業(yè)沙特基礎(chǔ)工業(yè)跟投。
目前普利生將不少精力投入到齒科應(yīng)用服務(wù)方面，也就是3d打印隱形牙套的生產(chǎn)上。另外，普利生作為牽頭單位承擔(dān)了科技部《納米結(jié)構(gòu)增材制造工藝與裝備》重點專項。該項目中央財政經(jīng)費撥款1739萬元，項目實施周期為3年。
6、塑成科技
塑成科技最早是一家光敏樹脂材料研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)，2018年初獲得北京金科創(chuàng)投、齊河意谷等合投的600萬元天使投資，2019年1月完成a輪兩千萬融資，投資方為某國資背景基金。
塑成的創(chuàng)始人博爾金海倫讀博士期間與carbon的ceo是同一個導(dǎo)師，因此塑成也在朝著carbon的方向發(fā)展，2018年也推出高速的光固化3d打印機，并在運動鞋方面與必邁體育合作試樣。
△塑成的高速光固化3d打印機
△塑成科技與必邁體育 pace x 系列跑鞋
7、深圳光棱科技
2017年1月，深圳光棱科技發(fā)布消息稱，已經(jīng)開發(fā)出了clip 高速3d打印機?？梢栽?0分鐘內(nèi)打印一個鏤空球，深圳光棱科技實為新三板掛牌公司深圳極光爾沃的全資子公司。不過，此項目最近兩年都沒有什么音訊了，項目基本被擱置。
8、大族激光
2016年12月，上市公司大族激光（股票代碼002008）發(fā)布消息稱大族激光研發(fā)出國內(nèi)首臺可以從光敏樹脂中快速生長出產(chǎn)品（連續(xù)液界面制造（clip）技術(shù)）的3d打印機。但在隨后的一直沒見到該設(shè)備的展出和報道。此項目也基本擱置。
9、中科院物構(gòu)所
2016年2月，中科院福建物構(gòu)所3d打印工程技術(shù)研發(fā)中心林文雄課題組在國內(nèi)首次突破了可連續(xù)打印的三維物體快速成型關(guān)鍵技術(shù)，并開發(fā)出了一款連續(xù)打印的dlp 3d打印機。該3d打印機可在6分鐘內(nèi)，從樹脂槽中“拉”出一個高度為60mm的3d物件，即達到了每分鐘長高1厘米的速度。同樣的物件，如果采用傳統(tǒng)的立體光固化成型工藝(sla)來打印則需要約10個小時，也就是速度提高了100倍。
該所提出了一種特殊的半滲透性透明元件，作為樹脂槽內(nèi)底面的一部分，固定于打印光源的照射路徑上。這種半滲透性透明元件對氧氣的透過率比一般高分子聚合物高，最高可達到5-10倍。因此氧氣或空氣均可作為固化抑制劑使用，從而在打印過程中實現(xiàn)全程固化的高速連續(xù)性，獲得最大打印速度超過600mm/h，比美國carbon3d公司發(fā)布的連續(xù)3d打印設(shè)備速度快約20%。
中科院物構(gòu)所的技術(shù)未見商業(yè)化運作。
五、各公司設(shè)備參數(shù)對比：
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