隨著科技的不斷進(jìn)步，中國(guó)正努力攻克一系列被外界稱(chēng)為“卡脖子”的關(guān)鍵技術(shù)。超精密拋光技術(shù)作為其中的一項(xiàng)，對(duì)于提升我國(guó)制造業(yè)水平和實(shí)現(xiàn)高端裝備自主化具有重要意義。那么，超精密拋光技術(shù)還要多久才能攻破呢？本文將圍繞這一問(wèn)題展開(kāi)探討。
一、超精密拋光技術(shù)的重要性
超精密拋光技術(shù)是制造高精度、高質(zhì)量產(chǎn)品的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于光學(xué)、半導(dǎo)體、航空航天等領(lǐng)域。在光學(xué)領(lǐng)域，超精密拋光技術(shù)用于制造高精度光學(xué)元件，如鏡頭、反射鏡等，對(duì)于提高光學(xué)儀器的成像質(zhì)量和性能至關(guān)重要。在半導(dǎo)體領(lǐng)域，超精密拋光技術(shù)則是制造集成電路芯片的必要手段，對(duì)于提升半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。
二、超精密拋光技術(shù)的挑戰(zhàn)與突破
盡管我國(guó)在超精密拋光技術(shù)方面取得了一定的進(jìn)展，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在一定的差距。目前，我國(guó)在超精密拋光技術(shù)方面面臨的主要挑戰(zhàn)包括：技術(shù)瓶頸、設(shè)備依賴、人才培養(yǎng)等方面。
為了攻破這些技術(shù)難題，我國(guó)科研人員和企業(yè)家們正在積極探索和創(chuàng)新。一方面，他們加強(qiáng)與國(guó)外先進(jìn)企業(yè)的合作與交流，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)；另一方面，他們加大研發(fā)投入，推動(dòng)超精密拋光技術(shù)的自主研發(fā)和創(chuàng)新。同時(shí)，國(guó)家也出臺(tái)了一系列政策措施，支持超精密拋光技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用。
三、超精密拋光技術(shù)的未來(lái)展望
雖然超精密拋光技術(shù)的攻破之路充滿挑戰(zhàn)，但隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷提升和科研人員的不斷努力，相信不久的將來(lái)，我國(guó)一定能夠在超精密拋光技術(shù)領(lǐng)域取得重大突破。
展望未來(lái)，我國(guó)超精密拋光技術(shù)的發(fā)展將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)：一是技術(shù)水平不斷提升，逐步實(shí)現(xiàn)從跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的轉(zhuǎn)變；二是應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，不僅局限于光學(xué)和半導(dǎo)體領(lǐng)域，還將拓展到更多高端制造領(lǐng)域；三是產(chǎn)業(yè)鏈不斷完善，形成從原材料、設(shè)備到技術(shù)的完整產(chǎn)業(yè)鏈，提高我國(guó)在全球超精密拋光技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)力。
中國(guó)“卡脖子”的35項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，超精密拋光還要多久才能攻破？
跟專(zhuān)業(yè)投資人學(xué)投資：本公眾號(hào)運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)皆出身于國(guó)內(nèi)外知名財(cái)經(jīng)院校，與美國(guó)前財(cái)長(zhǎng)，高盛前主席亨利保爾森和諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)獲得者加里貝克爾教授的研究團(tuán)隊(duì)有深入合作，曾任職國(guó)內(nèi)頂級(jí)風(fēng)投機(jī)構(gòu)和私募基金。本公眾號(hào)志在為中國(guó)迅猛增長(zhǎng)的中產(chǎn)階級(jí)提供最前沿財(cái)富風(fēng)口指引，最詳盡的熱點(diǎn)行業(yè)研究報(bào)告以及市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)提示。
一、超精密加工技術(shù)行業(yè)長(zhǎng)期被卡脖子，國(guó)產(chǎn)替代需求迫切
超精密加工，指以不改變工件材料物理特性為前提，以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性(無(wú)或極少的表面損傷，包括微裂紋等缺陷、殘余應(yīng)力、組織變化)為目標(biāo)的機(jī)械加工。
通常，按加工精度量級(jí)可將機(jī)械加工分為普通加工、精密加工、超精密加工。
超精密加工技術(shù)成為衡量一個(gè)國(guó)家先進(jìn)制造技術(shù)水平的重要指標(biāo)之一。
長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)外超精密機(jī)床的進(jìn)口受到西方國(guó)家的禁運(yùn)限制，我國(guó)超精密加工行業(yè)技術(shù)發(fā)展較慢。
工業(yè)母機(jī)在國(guó)家戰(zhàn)略意義上的重要十分緊迫，屬于牽一發(fā)而動(dòng)全身關(guān)鍵領(lǐng)域。
此前國(guó)家工信部、科學(xué)技術(shù)部相繼發(fā)布亟待突破“卡脖子”的35項(xiàng)核心技術(shù)，超精密加工及拋光工藝就位列其中。
近年國(guó)內(nèi)相關(guān)基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)支持政策不斷出臺(tái)；2021年8月19日，國(guó)資委擴(kuò)大會(huì)議首次提及工業(yè)母機(jī)，并強(qiáng)調(diào)針對(duì)工業(yè)母機(jī)等領(lǐng)域，加強(qiáng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)。
-《（中國(guó)制造2025）重點(diǎn)領(lǐng)域技術(shù)路線圖》，到2025年，高檔數(shù)控機(jī)床國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率超過(guò)80%；主軸、絲桿、線軌等中高檔功能部件國(guó)內(nèi)市場(chǎng)占有率達(dá)到80%；我國(guó)高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備要總體進(jìn)入世界強(qiáng)國(guó)行列；
-《產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新能力發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》強(qiáng)調(diào)機(jī)械工業(yè)基礎(chǔ)制造技術(shù)關(guān)鍵零部件的高速高效精密切削等先進(jìn)基礎(chǔ)制造工藝技術(shù)，提高我國(guó)在光學(xué)加工設(shè)備、光學(xué)器件、光學(xué)鏡頭等方面的設(shè)計(jì)及整體制造能力；
-《工業(yè)強(qiáng)基工程實(shí)施指南（2016-2020年）》指出加快促進(jìn)工業(yè)基礎(chǔ)能力提升，重點(diǎn)發(fā)展光學(xué)精密及超精密加工工藝，非球表面零件加工工藝；
-《“十三五”先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域科技創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃》要求重點(diǎn)發(fā)展精密與超精密加工工藝及裝備，突破高精度光學(xué)元件等精密超精密加工關(guān)鍵技術(shù)。
光學(xué)鏡片按材質(zhì)可分為塑料鏡片和玻璃鏡片，按幾何形狀及制程可分為球面鏡片和非球面鏡片，玻璃非球面鏡片在性能方面優(yōu)于其他鏡片
玻璃相比塑膠具有較高折射率、低吸收率、寬的光透過(guò)光譜范圍、高抗變形性、高抗高溫性、高抗?jié)裥?、硬度高及擁有較佳表面抗刮等特性；
非球面相比球面更容易修正影像畸變、色差、彗差等光學(xué)像差，使畫(huà)面更加清晰，提高光學(xué)性能，使大光圈和廣角設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單；并讓鏡頭的鏡片數(shù)目大幅降低，1片非球面鏡可抵3-5片球面鏡的效果。
玻璃非球面制備工藝
非球面玻璃鏡片制備工藝主要包括傳統(tǒng)磨削工藝、熱加工法-模造法、冷加工法，模造成型工藝高精度、低成本，是制備玻璃非球面透鏡的主流工藝。
模造工藝主要應(yīng)用于車(chē)載鏡頭、高清廣角鏡頭、數(shù)位相機(jī)鏡頭等。
模造玻璃技術(shù)門(mén)檻較高，以往全球僅HOYA（日本）、亞洲光學(xué)（臺(tái)灣）等少數(shù)公司可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，隨著海外技術(shù)人才流入國(guó)內(nèi)，加上下游需求爆發(fā)，國(guó)內(nèi)廠商紛紛入局，目前舜宇光學(xué)、聯(lián)創(chuàng)電子、藍(lán)特光學(xué)、聯(lián)合光電等公司均掌握該工藝，近三年持續(xù)擴(kuò)產(chǎn)。
玻璃非球面熱模造工藝壁壘高，核心難點(diǎn)在于模具加工。
模仁表面加工精度需達(dá)納米級(jí)別
-玻璃非球面鏡常用的模仁材質(zhì)為碳化鎢和碳化矽，其輪廓必須利用超精密研削機(jī)床加工成形，后用超精密拋光機(jī)床微加工，模仁表面精度達(dá)到納米級(jí)別；還需在模仁表面鍍上一層離形膜，以提高模仁的壽命及避免玻璃與模仁表面發(fā)生沾粘，上述工藝要求在千級(jí)無(wú)塵車(chē)間進(jìn)行。如何確保加工精度的同時(shí)最大化加工效率，對(duì)模具生產(chǎn)設(shè)備提出巨大挑戰(zhàn)。
加工過(guò)程需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，測(cè)量方法需匹配工藝
-玻璃非球面生產(chǎn)流程檢測(cè)要求高，需使用誤差足夠小的精密檢測(cè)設(shè)備，并根據(jù)工藝要求選擇合理的測(cè)量方法。非球面由于面形復(fù)雜，采用何種表面測(cè)量方法，需要綜合考慮待測(cè)非球面光學(xué)元件的表面曲率、縱深、表面結(jié)構(gòu)特征、尺寸，以及對(duì)測(cè)量速度、測(cè)量精度的要求。
四、應(yīng)用場(chǎng)景不斷出現(xiàn)，催生玻璃非球面鏡片市場(chǎng)需求
①車(chē)載是玻璃非球面目前主戰(zhàn)場(chǎng)。
玻璃非球面鏡片是車(chē)載攝像頭最佳解決方案。相較于消費(fèi)類(lèi)電子攝像頭，車(chē)載攝像頭的工作環(huán)境極度惡劣，如震動(dòng)、高低溫、雨霧、光線變化劇烈等。車(chē)載攝像頭以駕駛安全為目的，塑膠鏡片無(wú)法提供穩(wěn)定、可靠、清晰的周邊環(huán)境數(shù)據(jù)，而玻璃非球面鏡片同時(shí)具有小型化、輕量化和成像效果佳的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為高像素車(chē)載鏡頭的最佳解決方案。
玻璃非球面鏡片準(zhǔn)直性能優(yōu)異成為激光雷達(dá)不同技術(shù)路線透鏡的主流選擇。一方面激光器發(fā)射的原始激光存在光斑形狀不規(guī)則、發(fā)散角過(guò)大等缺點(diǎn)，要提高測(cè)量精度就必須使用準(zhǔn)直透鏡將激光準(zhǔn)直為平行光線。另一方面激光穿透溫度高，玻璃熱膨脹系數(shù)極低，是準(zhǔn)直端透鏡主流選擇材料。
AR-HUD離不開(kāi)玻璃非球面。為優(yōu)化顯示效果，HUD需要根據(jù)擋風(fēng)玻璃的尺寸和曲率去有針對(duì)性地適配高精度非球面反射鏡。
l車(chē)載攝像頭
-全球每年銷(xiāo)售8000萬(wàn)輛汽車(chē)，未來(lái)3年車(chē)載攝像頭滲透率達(dá)80%以上，單車(chē)平均搭載6顆以上，每顆攝像頭至少4片玻璃非球面，年市場(chǎng)需求量為15.36片。根據(jù)調(diào)研行業(yè)，目前全球玻璃非球面產(chǎn)能約2億片，仍有約13億片的玻璃非球面新增需求。
l激光雷達(dá)
-未來(lái)3年車(chē)載激光雷達(dá)滲透率達(dá)20%以上，單車(chē)平均搭載1個(gè)以上，每個(gè)激光雷達(dá)至少4片玻璃非球面，年市場(chǎng)需求量為0.64億片。目前出貨量很小，激光雷達(dá)對(duì)玻璃非球面需求預(yù)計(jì)有0.64億片的新增空間。
l車(chē)載HUD
-未來(lái)3年車(chē)載HUD滲透率達(dá)40%以上，單車(chē)平均搭載1個(gè)以上，每個(gè)匹配1片玻璃非球面/自由曲面，年市場(chǎng)需求量為0.32億片。目前出貨量很小，預(yù)計(jì)后續(xù)有0.32億片的新增需求空間。
l車(chē)載市場(chǎng)對(duì)應(yīng)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模
-玻璃非球面一條年產(chǎn)能1000萬(wàn)顆產(chǎn)線總投入約1.5億，轉(zhuǎn)換成產(chǎn)線設(shè)備，其中磨削機(jī)床2000萬(wàn)，拋光機(jī)床600萬(wàn)，測(cè)量設(shè)備1000萬(wàn)。
-根據(jù)以上假設(shè)，玻璃非球面車(chē)載需求未來(lái)三年新增約14億片，考慮設(shè)備稼動(dòng)率80%，則后續(xù)需新增產(chǎn)能17.5億片。
-未來(lái)三年，對(duì)應(yīng)磨削機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模35億，拋光機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模10.5億，測(cè)量設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模17.5億，合計(jì)約63億元。
?、谥悄苁謾C(jī)是玻璃非球面未來(lái)巨大的可想象空間。
玻璃非球面上高端手機(jī)大勢(shì)所趨。從近兩年手機(jī)新品來(lái)看，攝影/攝像是廠商最看重的性能，越來(lái)越多的廠商將高像素、長(zhǎng)焦距攝影作為最大賣(mài)點(diǎn)，這都離不開(kāi)玻璃非球面鏡片。如果采用玻璃非球面鏡片，鏡頭的厚度也可明顯減小。
近期市場(chǎng)不斷傳出風(fēng)聲。2023年10月底臺(tái)灣《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》，供應(yīng)鏈傳出蘋(píng)果明年推出iPhone 16鏡頭將大改版，旗艦款擬搭載更高階的模造玻璃。11月29日，天風(fēng)證券分析師發(fā)文，玻塑混合鏡頭在獲得蘋(píng)果與華為采用后將成為鏡頭產(chǎn)業(yè)的新關(guān)鍵趨勢(shì)，其他品牌高階機(jī)型未來(lái)可能會(huì)跟進(jìn)。玻塑混合鏡頭采用模造玻璃，而非效能較差的晶圓級(jí)玻璃。
若智能手機(jī)相機(jī)上玻璃非球面，相關(guān)設(shè)備需求將迎來(lái)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。
2023年全球手機(jī)銷(xiāo)量約12億臺(tái)，未來(lái)5年玻璃非球面滲透率達(dá)35%，每臺(tái)手機(jī)用2片玻璃非球面，需求量8.4億片，考慮設(shè)備稼動(dòng)率80%，則需新增產(chǎn)能10.5億片。對(duì)應(yīng)磨削機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模21億，拋光機(jī)床市場(chǎng)規(guī)模6.3億，測(cè)量設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模10.5億，合計(jì)約37.8億元。
?、跘RVR、智能家居、安防監(jiān)控等應(yīng)用對(duì)光學(xué)鏡片提出更高的性能要求，非球面玻璃鏡片市場(chǎng)不斷增長(zhǎng)。
在AR/VR領(lǐng)域，非球面玻璃鏡片和自由曲面鏡片是必不可少的光學(xué)元件。光學(xué)鏡頭是AR/VR的必要組件，被廣泛應(yīng)用于拍照、位置追蹤和環(huán)境映射，以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境及周?chē)繕?biāo)的感知。隨著消費(fèi)者對(duì)成像體驗(yàn)的要求不斷提升，具備大倍率變焦、高可靠性等特征的玻璃非球面產(chǎn)品在AR/VR領(lǐng)域的應(yīng)用也將持續(xù)加深。
安防領(lǐng)域?qū)h(yuǎn)距離大空間場(chǎng)景的監(jiān)控需求催生對(duì)玻璃非球面鏡片的需求。一般來(lái)說(shuō)定焦鏡頭可滿足無(wú)放大和3X放大鏡頭的基本需求，但在智慧城市發(fā)展背景下，安防對(duì)于遠(yuǎn)距離大空間場(chǎng)景的監(jiān)控需求不斷提高。根據(jù)沙利文數(shù)據(jù)顯示，定焦鏡頭在全球安防鏡頭占比從2018年的67.4%下降到2023年的59.4%，而變焦鏡頭占比從2018年的32.6%增長(zhǎng)到2023年的40.6%。變焦鏡頭必須使用玻璃非球面鏡片才能滿足性能需求，因此玻璃非球面鏡片在安防領(lǐng)域?qū)⒂芯薮笮枨蟆?br /> 制造5G光通信的光纖耦合器和和光纖激光領(lǐng)域也需要用到非球面透鏡。
玻璃非球面鏡片在智能家居不斷衍生新場(chǎng)景，如高端激光電視、掃地機(jī)器人、單反相機(jī)等。為追求更高的流明和清晰度，激光電視用激光光源進(jìn)行發(fā)射，投射在鏡片上溫度高，塑膠鏡片難以匹配。掃地機(jī)的視覺(jué)方案也會(huì)選配玻璃非球面。單反相機(jī)一直都是標(biāo)配玻璃非曲面鏡片。
五、國(guó)內(nèi)工業(yè)母機(jī)廠商加快追趕，在部分領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代
?、俪苎邢骷庸ぴO(shè)備
目前國(guó)產(chǎn)化率小于5%，市場(chǎng)主要被東芝（日本）和Precitech（美國(guó)）占據(jù)；
國(guó)產(chǎn)僅有北京海普瑞森超精密技術(shù)有限公司和廣州精點(diǎn)科技有限公司小批量送樣。
?、诰苣＞邟伖庠O(shè)備
此前外資壟斷，被黑田精工（日本）和ZEEKO（英國(guó)）占據(jù)；
國(guó)產(chǎn)有廣州精點(diǎn)科技有限公司通過(guò)五年時(shí)間，已實(shí)現(xiàn)性能和效率全面領(lǐng)先，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)替代。下游光學(xué)廠商調(diào)研反饋，目前其占據(jù)該款設(shè)備60%以上市場(chǎng)份額。此外國(guó)內(nèi)還有廣東金鼎光學(xué)技術(shù)股份有限公司已小批量送樣。
③精密非球面測(cè)量設(shè)備
國(guó)產(chǎn)化幾乎為0，市場(chǎng)主要被松下（日本）和泰勒霍普森（英國(guó)）占據(jù)；
國(guó)內(nèi)廠商鮮有出貨。
五、結(jié)尾語(yǔ)
工欲善其事，必先利其器。對(duì)于制造業(yè)來(lái)說(shuō)，這個(gè)“器”就是機(jī)床?！笆奈濉睍r(shí)期，機(jī)床行業(yè)要補(bǔ)短板、鍛長(zhǎng)板，任重道遠(yuǎn)。我國(guó)在精密和超精密制造領(lǐng)域顯著落后于美、日、德等國(guó)家，超精密拋光更是被列為35項(xiàng)中國(guó)被卡脖子的關(guān)鍵技術(shù)之一，國(guó)產(chǎn)替代需求迫切。在高像素車(chē)載鏡頭和高端手機(jī)將搭載更高階的玻璃非球面鏡片雙重共振下，超精密磨床和拋光機(jī)床市場(chǎng)有望迅速放量，在政策和市場(chǎng)的雙重作用下，有望助推我國(guó)高端超精密加工機(jī)床行業(yè)實(shí)現(xiàn)“彎道超車(chē)”。
結(jié)語(yǔ)
超精密拋光技術(shù)作為中國(guó)“卡脖子”的35項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)之一，其攻破對(duì)于提升我國(guó)制造業(yè)水平和實(shí)現(xiàn)高端裝備自主化具有重要意義。雖然目前我國(guó)在超精密拋光技術(shù)方面還存在一定的差距和挑戰(zhàn)，但隨著科技的不斷進(jìn)步和科研人員的不斷努力，相信我們一定能夠攻克這一難題，實(shí)現(xiàn)超精密拋光技術(shù)的重大突破。讓我們期待這一天的到來(lái)！
