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3M科技創新故事的3M創新連鎖反應故事

車身上的凹痕與斷齒有什麽***同點?假如妳回答說這兩樣都是惱人的麻煩事,需要“修理”,妳或許說對了。不過在3M環環相扣的創新世界裏,答案要深入得多。

故事要從壹支正在為汽車修理店開發產品的3M團隊說起。他們註意到用來修復車身凹痕的填充料的混合工藝竟然50多年來從未改進過。填充料仍是手工混合的,浪費嚴重,錯誤百出,簡直壹團糟——這麽說壹點也不誇張。

後來他們發現,汽車修理店的工人手工混合填充料不是沒有道理的。完成50:1的要求的自動混合技術上是壹大挑戰。進壹步研究還發現,標準的靜態混合系統無法滿足需要。在靜態混合系統中,混合50:1比例的填充料會產生令整個系統難以承受的“背壓”,最終導致機器停車。

3M技術團隊從意料不到的來源出發,終於實現了突破——他們咨詢的是3M牙科產品部的科學家們。牙醫的工作與汽車修理看似遠隔十萬八千裏,然而3M創新背後的基本理念和技術能夠將兩個看似完全不同的世界聯系到壹起,從而解決問題。3M牙科科學家與汽車修理團隊看到了3M ESPE Pentamix?自動混合系統的潛力,這種關鍵產品能幫助牙醫更高效地混合油灰狀的牙科印模材料。這種油灰狀物質通常被用來制作牙冠和牙橋。Pentamix?系統能解決汽車修理工所遭遇到的浪費大和質量低的相似問題。

兩支3M團隊於是攜手合作,探索怎樣運用Pentamix?牙科解決方案來幫助汽車修理團隊實現創新,克服技術障礙,開發出實用的車身填充料混合系統。但是創意的連鎖反應這才剛剛開始而已。自動(動態)混合的確不錯,但是批量處理的臺式混合系統仍然會產生浪費。

3M汽車團隊希望開發壹種持續的、便攜式的工藝,於是他們把目光投向了3M過濾器技術,以及專用噴頭和噴嘴,以設計解決方案。現在,混合工藝不僅動態完成,而且可以是便攜式的,原材料可直接從噴嘴向車身上噴塗:壹點浪費都沒有,工人也不用來來回回地走動。如此開發出來的3M動態混合系統令汽車修理店能夠精確地根據需要,混合車身填充料,避免了手工混合導致的臟亂和浪費。

所以說,從3M的視角來看,無論妳是去看牙醫還是去汽車修理店,目的其實是壹樣的:都是為了解決問題。創新就從這裏萌芽。所需要的只是想象力,以及堅持不懈地在出人意料的地方尋找答案。誰又能知道,3M合作創新的強大能量,下壹次又將“混合”出什麽來? 從清潔的電子設備到巨型烏賊

想象在妳的電腦上播放壹段視頻,或者用手機打電話,而此時妳的電腦或手機是浸泡在壹種看上去和水沒有區別的奇妙液體之中的……又或者放心地將失去了就找不回來的家人的舊照片浸沒在這種神秘的液體中。神奇的是,電腦、手機和照片通通安然無恙。這是因為3M的科學家們發明了壹種獨壹無二的化學藥劑——3M? Novec?牌液劑——不會傷害電子設備或珍藏的紀念品。

事實上,這種液劑常常是用來保它們的。這不是變戲法:這是3M的創新發明在發揮作用。這種神奇的液體對電子設備不會造成損害,能夠完全蒸發,不留下任何水汽或殘留。於是,毫不奇怪地,Novec液劑被用於在藏有美國人視為珍寶的地方安全地滅火——像阿拉莫實驗室、國會圖書館之類的地方。這種液劑還被用來保護富蘭克林圖書館,以及賓夕法尼亞州議會眾議長在就職時宣誓用的那本專用《聖經》。

除了博物館和檔案館,其實3M的Novec液劑就在妳的日常生活中。這種化學品令我們得以和電子設備親密接觸。它被用來清洗電子設備,並將我們的電腦和手機產生的熱量降低到最小程度。

但是,創新發明的應用是不分大小的,所以這種奇跡般的液劑即可以用在妳口袋裏的小設備上,也可以應用於某些“大件”——大到像巨型烏賊那麽大。

假如妳去華盛頓特區參觀史密森學會自然歷史博物館,妳很可能會看見深受震撼的兒童和家長站在24英尺長的巨型烏賊標本面前瞠目結舌的樣子,標本陳列在壹個巨大的水箱中,依靠Novec液劑完好地保存著。正是創新的神奇魔法令博物館的參觀者們得以看清楚這種巨大的標本,因為Novec液劑與酒精不同,不會令標本泛黃或褪色。 3M Novec液劑從電子產品制造到消防滅火的神奇之旅,還在繼續。事實上,這種液劑甚至還被用於整形外科移植組織的制造。我們認識的人中,有不少人的親戚是靠鈦合金制成的髖關節走動的,他們做過移植手術。整形移植裝置的制造商常常使用Novec液劑來清洗它們,因為Novec液劑能進行精密清潔,而且沒有殘留。

創新的力量是如此強大,壹個簡單的點子就能夠從多方面、在很大程度上影響妳的生活。找到正確的應用場合——這大概靠的就是“化學反應”吧。 微復制技術的連鎖反應-從安全道路到無痛註射

從高速公路信號標識到微針頭,微復制技術引發了壹系列令人驚嘆的新產品研發的連鎖反應。

概覽

微復制技術催生了微針頭,後者被用於最新的3M產品中,幫助皮膚科醫生在實施治療前預處理病人的皮膚。3M開發微針頭在醫療保健行業中的新應用的工作仍在繼續。

您怎麽會害怕疫苗甚於車禍?承認吧,壹聽說皮下註射(不管是要給妳自己、還是妳的孩子接種疫苗),連最勇敢的人也會有所畏縮吧。但假如是幾乎無痛的註射,又會怎樣?又假如更進壹步,針頭幾乎看不見呢?

妳可能覺得這不可能吧,但3M天才的科學家們卻不這麽想。他們想出了壹種方法,能夠在壹枚10美分硬幣大小的面積上插上幾百個細微的“微針頭”。而他們的靈感來源卻來自於壹個出人意料領域內的壹種尖端科技——3M開發的壹種原本用於高速公路的技術。

這項名叫微復制(Microreplication)的技術在上世紀六十年代初推出,用於在塑料布之類的表面層疊塗覆精確塑型、相互克隆的形狀。科學家們發現這些精密的微型金字塔能夠改變塑料表面的物理、化學和光學性質,效果常常令人驚訝。

到了八十年代,已經取得了神奇的研究成果,當時3M將這種技術應用於高速公路標誌和路面。數千個微型棱鏡將汽車前燈的光反射出去,道路和施工區域的標誌標識就會成倍照亮,幫助駕車者看清道路,安全行駛。

3M的成就並未止步於此。微復制技術制造出了減摩薄膜,有助於提高船只航行速度、提升飛機飛行效率;增亮電腦顯示屏、延長筆記本電腦電池的使用時間;還能通過使用超微細百葉窗防止移動設備被偷窺;現在,微復制技術又制造出了壹種工具,供皮膚科醫生在實施治療前或病人復診時使用。

3M?微渠道皮膚系統(Microchannel Skin System)含有壹種微型壹次性塑料膠布,上有300多個實體微針頭,皮膚科醫生可以用它在皮膚上戳細微的洞。

在這種初期應用的基礎上,3M科學家又開發了能用來打疫苗和註射其他重要藥物的微針頭膠布,病人只需貼上它10分鐘,甚至10秒鐘即可。這種膠布使用非常簡單,病人甚至可以自己使用。這些膠布很可能會讓痛苦,有時甚至讓您痛得流淚的註射成為過去式。

創造新應用

3M藥物控釋系統產品組的MTS技術和產品開發經理Kris Hansen解釋說:這種應用的開發始於12年前,原設想是微針頭可以用來從糖尿病人身上抽取極少量的血或體液,幫助他們監控自己的血糖,而不必非要用針紮自己壹下。幾年之後,藥物控釋系統產品組的科學家們在這項技術的基礎上進壹步研發,在抽取體液之外,試圖能用它來向身體註射給藥。

“微針頭能夠問世,是因為我們將3M公司集團內的幾項不可思議的發明組合了起來,聚焦於給藥業務專長之上,從而創造出了這種全新的產品。”Kris Hansen說道。

Hansen說利用這項技術制造的產品,能夠在很大程度上改善人們的生活:“這種產品所帶來的改變,能讓嚴重慢性病患者擺脫依賴,不再受制於自己的疾病——這種改變能夠讓整個國家的人口用比當前更快、更有效地方法從傳染病的蔓延中擺脫出來。”

“有了微針頭,我們相信我們能夠讓藥物以更好的方式進入患者體內,令實際治療效果更加顯著。這種幫助人們的潛力正是我們的微針頭技術最吸引人的地方。”她補充道。

與為醫療保健行業開發的其他產品壹樣,這種產品的問世周期要比其他3M產品長壹些。

“在我們大踏步升級微針頭技術的過程中,微針頭為醫療保健行業的各種產品作出貢獻的機會將會大量出現。我們與其他業務部始終保持聯系,相互交流想法,試圖找到最合適的應用。”Hansen說道。“微針頭的終終極願景將絕不僅限於藥物註射而已。”

開發如此新奇、應用潛力如此巨大的產品,是能帶來回報的工作。

“領先壹步,站在研發、制造和法規的潮頭浪尖,是令人非常興奮、非常滿足的。”Hansen表示。“不過這也意味著辛勤的勞動,大量的風險。跟風要比領航容易得多,然而我們從來就不是跟風的人,不是嗎?”

3M壹直認為“小事情”往往很重要。假如微針頭的故事說明了什麽道理的話,那就是3M的發明看上去越“小”,它的影響其實就越大。

連鎖反應讓3M?微渠道皮膚系統(MicrochannelSkin System)應運而生

3M的微復制技術的傳播在3M的幾乎所有業務領域都產生了突破性創新。3M公司的專利微復制技術直接催生了反光材料、工業研磨劑、光學薄膜、消費產品、粘合劑、電子產品、皮膚給藥系統等領域內的大量發明,如今又誕生了微針頭。

目前,3M正計劃推進這種應用技術手段,用以發明能形成微型凹槽、圖案和更為復雜特征的工具,這些正是微復制產品的獨特標誌;還可用於最新的模具技術,以改善這些特征的形狀和排列。 多層創新:從明亮的顯示屏到透明的信用卡

3M在光學和多層光學薄膜研發方面的專長,為看似無關的產品之間創造了聯系

概述:多層技術令多種應用成為可能——從更亮的電子顯示屏,到第壹款透明的可讀信用卡。

無論看電視、上網還是用智能手機瀏覽信息,有壹點是可以肯定的:沒有明亮的、壹目了然的屏幕,壹切都是沒有意義的。人們在日常生活中對此早就已經習以為常了,然而清晰的屏幕和這些設備的節能基本上有賴於壹種關鍵研究領域:光學。

發揮影響

在這個創新領域內,3M發揮影響已經有將近壹個世紀了,制造的高性能節能型產品人們每天都在手持使用。

在電子產業中,3M用微復制薄膜和含有數百個亞顯微層(即納米層)的薄膜來令顯示屏看上去更明亮。

3M? Brightness Enhancement Films(增亮薄膜)上有微型棱柱,能夠將從斜射角損失的光回收回來,導向顯示屏使用者的眼中。3M的多層光學薄膜厚度只不過相當於壹片報事貼? (Post-it? Note),卻有相當於傳統鏡子10倍的光反射強度。

我們的這種薄膜,即反射偏光器,能夠將向錯誤方向偏轉的光送回來,讓光穿透液晶顯示屏而不是散射掉,從而節省了能量。該系列的第壹種產品——3M? Dual Brightness Enhancement Film(雙倍增亮薄膜)——已經被用於筆記本電腦、手持移動電子設備乃至汽車和航空顯示屏等各種場合。

這兩種薄膜(增亮型和反射偏光型)可以結合使用,令電視屏幕和電腦顯示器節能程度提高多達70%。

其他3M產品,如3M平板薄膜(tablet film),有助於延長平板電子設備的電池壽命。它們降低了厚度和重量,而不會犧牲亮度或品質。

將四種3M平板薄膜結合使用——超薄、高亮度反射偏光型的APF-V3;高效背反射型的LBR-160;以及薄型、高亮度增亮型薄膜BEF4-GMv2和BEF4-FT——可提高顯示器亮度,增強戶外觀賞體驗,降低背光薄膜的整體厚度。

層層覆蓋的薄膜的想法可追溯到多年以前,但在1991年,壹場有趣的對話為3M多層光學薄膜技術奠定了概念基石。

企業研發部的專職科學家Jim Jonza——如今被公認為多層光學薄膜的發明者之壹——當時碰巧和電子市場材料業務部的科學家Andy Ouderkirk壹同參加年度技術論壇,兩個人負責的展臺剛好毗鄰。他們談論起薄膜的制造,結果在幾分鐘的時間裏他們就為3M多層光學薄膜技術奠定了概念性的基礎。

拓寬產品應用

了解了光是如何反彈、反射和照明的之後,3M科學家們開始著手研究有趣的材料,沿著創新不可預見的路徑探索下去。

“多層技術有著多種應用前景,3M正在不斷拓寬其應用開發。生產和應用多層薄膜需要很多技術訣竅和資源。盡管如此,回報將是巨大的。”Jonza說道。“更好地理解科學、不斷改進工藝設計、開發新應用,是很多3M人職業生涯的樂趣所在,令他們收獲頗豐。這壹領域內的研究工作不可避免的引發了另壹個有趣的想法。”

今天,3M在光學薄膜技術上的專長催生了多種產品的開發:3M自動立體增強薄膜,這種薄膜令奪人眼球的3D影像成為可能;3M? Sun Control Window Films Prestige Exterior Series(陽光控制窗膜高檔外用系列),這種產品節能、保護窗子不褪色、防紫外線;以及3M? Cool Mirror Film(酷鏡薄膜),有助於提高太陽能電池的效率。

開發獨壹無二的定制解決方案

優點是很明顯的……但3M科學家們好奇的本性不會滿足於這種互動僅限於光學領域。對無限可能性的追求把發明家們引導到了壹個看似無關的目的地:我們的錢包。

壹家知名信用卡公司找到3M,問詢3M薄膜用於信用卡設計的可能,以便令他們的信用卡與競爭對手的不壹樣。3M科學家們於是將他們令電子顯示屏更亮更節能的技術訣竅用了上去。光學薄膜不僅有多層,而且提供了多重機遇,其中包括新信用卡的研發,這種信用卡可以是透明的、樣式時髦的——過去這是根本不可能的。

首款透明的可讀信用卡之所以成為可能,是因為由顯示和圖形薄膜實驗室的公司科學家Mike Weber領導的壹組3M科學家們找到了阻隔紅外光而不阻隔可見光的辦法,這樣ATM就不會故障吃卡了。

Weber表示:“經驗告訴我們,我們能夠阻隔任何壹種光——紫外光、綠光、紅光、藍光、紅外光。問題在於我們能否阻隔紅外光,而制造壹種與信用卡生產工藝兼容的薄膜。這就是最難的部分。”

他們成功了,而這標誌著自塑料卡誕生以來銀行卡制造最大的技術突破。

“這件事情意義重大,因為3M不僅為客戶解決了壹項技術難題,而且公司得以在市場上獨樹壹幟。”移動互動解決方案部支付業務的全球業務經理Mark Griffin說道。

以前所未見的方式反射光,打破了通行200年的布魯斯特定律的傳統物理法則。現在,透明信用卡令信用卡制造商有了更多的表面空間,可以向塑料卡中加入更多設計元素,用定制的形象吸引持卡消費者,同時令自身品牌脫穎而出。

創新在3M的確是沒有明確邊界的。 創新靈感,源於自然

蓮花以其天然的防水防汙能力,如今成為3M中國公司納米技術應用的靈感來源,3M中國公司的研究人員受啟發,開發出了壹種新的防霧清潔布,11世紀的中國哲學家周敦頤在《愛蓮者說》壹文中稱蓮花是他的最愛,贊頌蓮花神奇的出淤泥而不染、美麗依舊的能力。

幾百年前令周敦頤仰慕的蓮花的性格,今天同樣成為了3M中國公司先進技術研究的靈感源泉。受到蓮花隔水和防汙能力的啟發,項目團隊使用納米技術開發出了壹款車用防霧產品,能夠防止汙染物黏著在車身上。

荷葉的表面起伏不平,因而最大限度地降低了汙物與葉子的接觸。這些微小的凸起上覆蓋著植物本身分泌出來的蠟,因而不透水。這兩項特點結合在壹起,令蓮花得以在下雨時“自清”,汙物會自動隨著雨水流走。

3M中國企業研發部(R&D)研究專家3M中國研發人員解釋說:“我們知道荷葉壹塵不染的性能取決於它的微結構和納米結構。我們於是著手研究能否通過簡單的技術工藝復制這種結構。”

3M研究人員在實驗室中合作制造出具有相似的自我清潔能力的納米粒子。他們實驗了各種不同的粒子尺寸、基材和塗層工藝,開發出了壹種材料,希望能夠作為建築和其他戶外構造的保護性塗層使用。

最終,他們的計劃擱淺了,因為測試結果顯示這種塗層耐用性不夠,無法長時間保持戶外表面的清潔。然而盡管遭遇了挫折,研究團隊立即開始尋找其他用途。“在與業務部工程師們的交流中,我們發現市場上對把這種產品做成壹次性消耗類產品形式、由客戶進行DIY操作的模式有需求,信息***享帶來的成果就是我們目前正在商業化的這種產品。”

嶄新應用

第壹種走向市場的、應用了這種新納米技術的產品是壹種清潔布,叫做“3M?505防霧清潔布”,是設計用來防止護目鏡和防護面罩上的鏡片起霧的。

3M中國企業研發部資深技術服務工程師Nancy Sun介紹說:“在高溫潮濕的工作環境中,鏡片容易起霧而阻擋視線。這種清潔布有助於解決這壹問題。”除了中國以外,這種產品還賣到了韓國和南美。

2011年8月,這種清潔布的新版本打入了中國汽車護理產品市場。車窗向著車內的壹面使用了這種“3M? 防霧濕巾PN39060”產品之後,因天氣變化引起的霧氣就被消除了。

3M中國企業研發部資深產品工程師Fiona Hao說:“因外面下雨、車內潮濕而造成的視線朦朧對於駕車者來說是個嚴重的問題。”實驗室測試結果顯示,該產品有助於防止起霧,至少能維持壹個小時,時間長短取決於應用這種產品的表面的狀況。

這種防霧清潔布不含溶劑,成份環保,顧客反映使用很方便。“客戶的反應是十分積極的。”Hao表示。

對3M中國研發人員而言,當前的產品僅僅反映了這種新納米技術應用潛力的冰山壹角。她說:“我們受到荷葉構造的啟發,但不會受制於此。”她補充說研究團隊正在研究怎樣改進塗層。例如,3M中國目前正在研究這種技術在醫療產業的應用。這些產品尚在開發中,但反映了該技術的新應用是大有前途的。

“除了防霧之外,這種技術還有很多有用的作用。這為3M開辟了巨大的潛在商業機會。”