产品交流

3M科技创新故事

发布时间:2016-06-02

从长颈鹿的皮肤到全新疗法


长颈鹿到全新疗法

当你看到一头长颈鹿,你观察到了什么?一头高高的、姿态优雅的动物,在非洲大草原上悠闲地散步?是本地动物园里你最喜爱的动物?假如你通过3M的好奇心文化(坚持敢冒风险、拒绝平庸的精神)做成的望远镜来观察的话,你又会观察到些什么?你可能会看到一种治疗人类痛苦的严重病症的新疗法,这种病叫做下肢静脉性溃疡(因血管、瓣膜受损或肌肉功能衰退而失去控制的高静脉血压导致的严重并发症)。

下肢静脉性溃疡的患者是幸运的,因为此类挑战刺激了3M科学家们的好奇心,激发了他们解决问题的创造性灵感。在这个案例中,德国的一名3M产品开发人员回忆说,他曾经读到长颈鹿从来不会生静脉性溃疡。他很好奇这是为什么,因为长颈鹿的腿这么长,从腿到心脏的距离是人类的两倍,这就要求更高的静脉血压,才能维持血液循环,于是血管受到的压力就更大。

他想到,长颈鹿粗糙、缺乏弹性的皮肤起到了类似压迫绷带的作用,将每一次肌肉运动的效应最大化,以优化血液回流,防止肿胀和溃疡。意识到了这一点之后,3M团队开始着手寻找一种具备长颈鹿皮肤的功能的材料。3M的好奇心文化激发了机遇,而合作的文化则推动了解决方案的出台。在3M,人与技术之间的纽带令不同专业的结合和应用产生了无穷的可能,令创意倍增,解决方案拓展。在调查了一系列材料、成败互现之后,3M团队中的一名成员建议试试3M™ Coban™ 自粘绷带中使用的材料——一种用来包裹扭伤的地方和固定包扎的弹性材料。这种绷带基于3M的核心技术之一的无纺技术(Nonwovens),并于1960年代问世,其材料最初是3M开发用在礼品包装缎带上的。今天,这种技术被应用于数千种产品上,从外科手术口罩到拖地擦,一直到保暖服的隔热材料。

团队回到研发工作中来,将Coban™ 牌的材料加以改进,设计出了3M™ Coban™双层压迫系统,其中包含一个泡沫塑料层,以解决舒适性的问题,和一个紧绷的压迫层。两层涂敷在一起之后,会互相锁定,构成薄而缺乏弹性的“裤腿”,与传统的四层系统或锌膏绷带相比,让医生更容易涂敷,并且在舒适性和压迫性之间达到了理想的平衡。在3M,寻找更好的方法解决问题的本能,已经成为第二天性了。这一次,故事是从长颈鹿开始的——证明了在创新的世界中,没有什么难题是“高”不可攀的。[1]

3M™多层光学膜技术的诞生

实验室中的灵光乍现

实验室里面的奇思妙想蜕变成最后的创造发明是最为司空见惯的事了,同样, 对于3M而言,实验室也是3M创新科技一个重要孵化器。

二十多年前的一个冬天,加拿大魁北克的一个地下室,一位3M的研究员正在作实验。由于地处北半球高纬度,冬日的太阳整日低低地挂在地平线上方,于是他发明了一种带棱镜的玻璃导管,斜射的阳光射入导管一端后,会沿着导管壁传播,整个管子像个灯管通体发亮,令地下室顿时明亮许多。

在这之后,3M采用薄膜技术生产这种光导管,但在很多年内,这种棱镜导管的应用一直局限在建筑物的照明或装饰上,每年只有很小的销售量。二十世纪九十年代,随着笔记本电脑的普及,液晶显示技术开始飞速发展。由于液晶板独特的特性和构造,光的利用率很低,如何增加液晶显示的亮度一直是困扰科研人员的难题。

偶然的一个奇思妙想让3M的科学家尝试着剪开这种棱镜导管,平铺在LCD背光源上。令人意想不到的事情发生了,由于棱镜的聚光作用,这个新颖的尝试方法让液晶显示屏正向的亮度大为提高。

之前,3M的科学家曾经受到蝴蝶翅膀由于鳞片物理结构对光线的折射、反射产生不同斑点想象的启发,利用高分子工业上最先进的计算机模拟控制系统,成功地发明了3M™多层光学膜(Multilayer Optical Film )技术,通过改变薄膜的结构来控制光的出射。这种多层膜由上百层纳米级的膜组成,每一层的材料性质都不同。通过膜层间的光学作用,最终达到反射光的功能。

由此,3M的科学家想到了将这两个独特的发现合而为一,经过一段时间的研究开发,3M结合微复制技术和薄膜技术,进一步优化了棱镜导管的聚光功能,从而使其增亮效果更加显著,并将其命名为增亮膜BEF(Brightness Enhancement Film)。

为了让客户更好地接受这一产品,3M的工程师购买了两台当时市场上最好的笔记本电脑,将其中一台加上两片棱镜方向相互垂直的增亮膜,在这层不起眼的薄膜的作用下,电脑屏幕亮度竟然比原来增加了一倍多!当这两台电脑摆在它的制造商面前,他们很快就被说服了。从这一天起,增亮膜开始了它的神奇之旅,广泛应用于小至手机、PDA,大至电脑显示器、液晶电视等各种液晶显示产品中,而这些产品的制造商也不再被如何既省电又能使屏幕亮度增加这个难题困扰了。[1]

3M胶带切割器的发明

留心生活,细致入微

相比较实验室的单调乏味,生活更像是一本瑰丽神奇的书本,不经意的瞬间也可能会洞开创新的天窗,折射出智慧的光芒,关键就在于你是否足够细致入微。

1930年,3M生产的透明胶带被数以万计的家庭及办公室广泛应用,成为公司直接与消费市场产生关系的第一个产品。但是,要把薄而且透明的胶带从厚纸圈上剥离,十分麻烦。有时胶带前端卷起或粘在纸圈上撕不下来,很难处理。整天用透明胶带固定包装纸的店员,因为整天撕胶带,甚至发生手部抽筋的现象。3M的一位业务经理注意到了这个问题,于是,他开始研究如何将胶带从厚纸圈上剥离的简单方法,从而让透明胶带的使用更加便捷。

反复实验后,他最终发明了带有小刀的桌上型胶带切割器。使用这种胶带切割器,不但能使胶带在所需长度的地方切断,而且因为带有小刀,使用时再也不必麻烦寻找剪刀或者刀片了。

胶带切割器(3张)随着带有锯齿型小刀的胶带切割器发明后,爱用透明胶带的顾客逐日增多,为3M带来了更多的顾客群。试想如果没有这样的组合,透明胶纸的市场可能远不及今天的发展势头,而更为重要的是,想到并且解决这个问题的不是负责研究开发或产品企划的人,而是一个面对问题能发挥创意,努力设法解决的业务经理。

现代移动通讯设备的发明发展大大便利了人们的工作和生活,随时随地沟通的愿望唾手可及,但在这些便捷的背后,也存在着隐私泄漏的隐患。

一个偶然的机会,一位细心的3M研究员发现,百叶窗可以在不同的视角呈现不同的景象。正对着看过去的时候,可以清晰地看到窗外的景象,如果微微侧转一个角度,则景色全被遮蔽。他很受启发,并立即着手研发超微细百叶窗结构。经过3M众多研究人员的不懈努力和探索,终于成功研发出了显示防窥片,使屏幕资料专供使用者从正面60度视角阅读,任何人在两侧只能看到漆黑画面,从而保护了商业机密及个人隐私权,让电脑或手机等的使用更加自由自在。

更为重要的是,这种时刻关注生活,留心生活的态度,正是3M一直以来创意无限的源泉。一个世纪以来,也正是这种永远用创新的眼光打量生活的态度推动了3M不断推陈出新,为消费者提供更为优质的产品[2]。

Scotch(TM) 玻璃布胶带的发明

创意源自客户的需求

不是所有3M的点子都来自于实验室和对日常生活的细心观察,有时候,客户的抱怨和要求也是另一次创新旅程的开始。

20世纪30年代早期的美国流行双色车身的汽车。当时工人的做法是在对车身涂漆之前,用强力胶带和牛皮纸把一部分车身遮住,待油漆干了以后再把“胶纸”撕掉,但这样的操作方式有很多缺点:在撕掉“胶纸”的同时往往会带下车身上的一部分新漆,结果既增加了工人的工作量,又导致了生产成本的超支。3M的一名科研人员Dick Drew从圣保罗市一家汽车车身修理厂工人的抱怨中偶然得知了上述的情况。当时,3M还只生产研磨产品,但敏感的Dick却由此发现了顾客(车修厂)对一种特殊胶带的强烈需求。因此他利用业余时间进行深入细致的研究,在无数次尝试之后最终利用将砂纸背基的生产工艺与胶水涂布工艺相结合,成功地开发出了粘性适中,操作简便,易剥除的遮蔽胶带。

经过多年的不断改进和完善,3M遮蔽胶带形成了高品质全方位的系列产品,并成功地应用于小汽车原装厂及配件供应商,飞机及其它交通工具生产厂,汽车维修遮蔽厂,船只及其它水上交通工具生产厂,印刷造纸业以及各类电子电器生产厂。而这种遮蔽胶带也成为了3M在以后60多年里最重要的产品之一。

20世纪20年代, Dick Drew 已经成为3M历史上最具创意的发明家之一,但他并没有安于现状,没有忽视不断改变的客户需求。当他知道圣保罗市的一家搞绝缘的工厂需要3M帮助开发一种为有轨冷藏车的绝缘棉设计的防水物时, Dick Drew 又开始了他的工作……

3M的一些研究员开始考虑在3M遮蔽胶带外包裹一层DuPont发明的防水玻璃布,Drew

Scotch(TM)(3张)于是联想到:为什么不能在玻璃布上直接涂上一层胶粘剂来作为绝缘棉的防水封条。1929年7月,Drew 用100码的玻璃布做导电试验,他很快开发了一种胶带样品并送到了圣保罗市的那家绝缘公司。不幸的是,他的新产品不能充分解决这个特殊顾客的要求,但这个样品明确地显示出了为其他类型的产品做绝缘包装的优越性能。Drew继续努力的工作,他用了一年多的时间解决了很多材料的难题,最后一个生产工艺的难题又摆在了前面:在玻璃布上均匀地涂胶粘剂很困难,玻璃布在用机器挂糖衣时很容易扯断,经过不断尝试,Drew发现如果底涂应用到玻璃布上,胶粘剂就能涂得很均匀,而断裂的难题,也在运用了一种特殊机器之后迎刃而解。最终,Drew 开发了无色无味的粘合剂,改善了这种胶带。

1930年9月8号,第一卷Scotch(TM) 玻璃布胶带送到了客户手中,客户反馈时盛赞3M“你们毫不犹豫地使自身尽可能地完善。我相信如果把这种产品推向市场,将会有足够的销售额来证明这笔研发支出是正当的”。实践证明,客户的话显然是保守的。Scotch(TM) 玻璃布胶带成为了3M历史上最著名并被广泛使用的产品之一。商业企业用来封装;农民发现它可以用来修补火鸡鸡蛋的破损;家庭用户用他来修补玩具和破损的纸张……新的用途被不断的发现,销售额到现在一直在增涨。

以卓越的品质、价值、服务满足客户的需要,继而超越他们的期望值是3M的核心价值观之一,这一价值观让3M不断的进行自我突破,建立了稳固的客户关系,从而也让自己成为全球最为人尊重的企业之一[]1[1]。

报事贴®(Post-it®)的发明

失误的土壤孕育创新的果实

 Art Fry一个新产品的诞生往往不是一蹴而就的,许多产品从设想到诞生一波三折,3M的报事贴®就是其中一例。1978年,3M科学家Spence Silver发现了一种非常与众不同的胶,粘性不大,能保持很久,重复使用还能保持粘性,但是不知道怎么把它用到产品中。跟许多其它的新技术一样,如果找不到用途就不能算好的技术,Silver不断在公司内部宣传这个技术,3M的技术人员也没有放弃对新产品开发的希望。

1973年,一位负责产品开发的研究员Art Fry听说了Silver的技术,非常感兴趣。他在教堂做礼拜的时候,看到唱诗班的人会把一条纸片放在圣经里做书签,但是纸片常常会从书中滑落下来。这激发了Fry的灵感:这种可以重复使用的、不太粘的胶涂在纸片上不正合适这个用途么?于是,报事贴®(Post-it®)的创意在教堂的唱诗诞生了。

 Post-it但是很多人对报事贴的市场表示怀疑,这样一个小黄纸片能有什么样的吸引力呢?谁会愿意付出额外的费用来买这样一个带胶的纸片,来代替原有的书签呢?经过市场和技术人员地不断努力,报事贴®[3]在1980年正式推向市场,令人意想不到的是,这个小小的黄纸片取得了巨大的成功。如今,各种颜色和造型的产品不断涌现,每天世界上有千千万万的人使用3M的报事贴®,而这个原本不起眼的小纸片甚至流行成为一种办公室的文化,由此诞生出了各种各样的精彩创意。

生生不息,创意不止,在过去的一百多年里,3M的创新科技和产品以细节打动人心,装点着人们的生活。放眼未来,3M创新文化的传承将会引领一批又一批3M员工,孜孜不倦,用源源不断的创新科技和产品刷新历史,点亮生活。

增亮膜新市场的诞生

跨部门的沟通促进新市场的诞生

1993年的9月,3M在圣保罗的研发中心又一次技术交流大会开始了。研发人员都私下里把它称为“奥林匹克运动会”。因为每个科学家在这一天都要制作展示板,登台演讲,介绍自己新的研究想法和实施方式。在3M,只有吸引了其他领域的科学家的关注,才能将一个单纯的技术转向多领域应用的可能,也只有这样,相应的公司内部基金才有可能赞助这个创新项目。

3M科学家A在发布会上告诉大家,自己发现了一个折射率非常高的材质,它可以调控反射比率,让材料100%或者80%或者更小比率的反射光线。但是他不清楚,这个发明有什么用途,但是经验告诉他,也许这将带来材料界的一次革新。A来自工艺研究部门的激光研究部门,这项意外的发现与他所在部门的项目毫无关系。A的想法获得了薄膜开发部门的B博士的响应,B当时是一种防爆膜的产品工程师。他一直在考虑什么能够让玻璃爆炸而不会碎成碎片,伤及司机。B在了解到A的想法时,当即有了一个想法,有没有可能让这种技术挡住红外线的热量,同时多膜重叠,起到防止爆炸的作用。

这让他们不得不找到另一个光学研究部门的博士C,请他在研究室做一个计算机模拟试验,看一看这一材料是否有助于防止红外线的影响。而试验的结果给予三位科学家以极大的震惊。因为试验的结果显示,这一材质的反应完全违反了光学定律。反复推算仍然无法解决的情况下,三位3M科学家决定向公司申请两笔研究基金,以实物研究的方式来制作多层膜,以验证是否出现技术上的突破。

1997年,基金支持下的小规模生产开始了,三位科学家制作了不同反射率的产品,并发现这个产品可能在非常广泛的领域都有应用的可能。3M的高层为这一发现欣喜不已,在非常短的时间内成立了项目团队。这个项目团队由各个国家、地区、不同的事业部门的员工组成,包括了市场部、研发部、生产部门等等不同的部门。这个小型的团队担负起了一个关键的责任,把新技术转变为新的业务机会。而如何做到这一点,则由非常严格的步骤来达成。

 060_Vikuiti参与这一项目的3M中国研发中心总经理刘尧奇博士依然还记得当时非常有趣的市场反应:光学部门的市场人员把技术样品带到灯具厂,客户对他说,这样的技术也许可能用在电灯的背后,这样也许相同的瓦度就可以带来更亮的折射效果。而汽车厂家则对机械部门的市场人员说,也许我们可以用在汽车玻璃上,因为可以防止灼热的红外线,另外也许可以达到隐私保密的效果。最有经济价值的建议来自液晶显示器的厂商,他们惊喜的发现同样的液晶屏幕在背部使用了这个技术之后亮度可以增加一倍。亮度一直是液晶显示器被晶体管显示器打得抬不起头的关键原因,而这一技术让液晶显示器有了飞速发展的潜力。

最终,市场人员将各方客户的想法带回了实验室。在考核了每个可能应用的产品的实现方式和生产成本之后,市场人员又回到了客户那里,去询问对方愿意为这一新技术的应用付出多少成本。最终,大家发现在液晶屏幕上的应用价值最高。3M公司最终用这一技术开发出了应用于液晶显示屏的Vikuiti增亮膜,目前这种产品被广泛用于全世界的手机、电视、手提电脑的液晶显示屏上,不仅使画面更亮,色彩更鲜艳,而且大大节省了能耗,使产品设计能更轻薄、小巧。而3M光学产品事业部在2005年开始演变为近千人的新事业部门,

“1993年到2005年也许不是很短暂的时间,但是这确实是一个非常快的速度,从一个想法萌芽到一个巨大的事业部门。”刘尧奇博士说。技术的研发用了4、5年的时间,而一旦从液晶屏市场上看到商机,整个业务的发展速度得到了迅速的提升。“另一个机遇是全球市场对于液晶屏需求的增长,如果这个发明提早了20年,也许这个技术现在还只能支撑一个小型的事业部门。”

3M很多产品都是结合了正在成长的经营和科技领域,在很多领域不断通过技术进步以取得产品区隔,遥遥领先于其他企业,它的录像带、遮蔽与透明胶带、保温棉(Thinsulate新雪丽,超薄保温防水材料)、外科用无尘套(surgicaldrape)等部份创新产品,都是改变了市场游戏规则,不仅创造了崭新的产业,也衍生出整个产品家族,从而保证了3M获得新的市场和一流的品牌[]1[4]。

光学微复建筑隔热膜

大闪蝶的启发

受到在中美洲和南美洲雨林发现的蓝色大闪蝶的启发,3M的科学家们经过数年研究,正式推出极景系列多层光学微复建筑隔热膜。它能让光线在我们的膜上大变戏法,就像光线让蝴蝶翅膀流光溢彩一样!

Morpho butterfl大闪蝶是一种大型色彩艳丽蝴蝶,生活于中美和南美的热带地区,因其翅膀呈显著的彩虹蓝色而著名。

光学微复建筑隔热膜效果展示(3张)

据英国《新科学家》周刊报道,英国埃克塞特大学物理学家彼得·武库希奇和罗伊·桑布尔斯于1997年开始合作,花了3年时间研究蝴蝶和飞蛾翅膀的构造特征。他们发现,从不同角度观察大闪蝶时,它的虹彩会发生令人惊叹的改变。其实大闪蝶鲜艳的蓝翅膀上并不含有任何色素,它的颜色来自于光线的反射,既所谓的“结构颜色”——光线在物体内部经过多次反射而形成的颜色。他们发现,蝴蝶翅膀由数层仅有3至4微米厚的鳞片组成,这些鳞片像微小的屋瓦一样交迭,每个鳞片的构造也很复杂。蝴蝶翅膀这种井然有序的安排形成了所谓的光子晶体,光子晶体能捕捉光线,仅让某种波长的光线透过。

两位科学家的研究成果很快引起了以创新为宗旨的美国3M公司的兴趣,3M的研究人员由此开发出极景系列多层光学微复建筑隔热膜。这款具有卓越的隔热效能和良好通透性、景观性的建筑膜,采用了尖端的纳米技术和微复制技术,实现了完全无金属化,为整个行业树立了全新的标准。

3M™ Tegaderm™ 透明敷料的诞生

每个领域的研究与创新是一系列平行延伸的线条,相互之间并无交点,但当这一系列平行线在某一点交叉时,往往能碰撞出火花,形成突破性的卓越创新,这便是3M视如生命的多元化创新。当这个交叉点不断向外扩展,触及到各个市场的终端,这便是3M魔幻般的链式反应。3M医疗产品事业部的核心产品-- Tegaderm™透明敷料的发明就是源自灵感之触。

1978 年, 医疗事业产品研发部产品研发科学家Steve Heinecke 博士在医院观察护士进行静脉输液操作时, 发现护士在常规进行静脉留置针穿刺部位护理的时候是使用纱布和胶带固定。“在护理穿刺部位的时候, 护士只好先撕取胶带固定导管, 再用纱布覆盖,” 他说:“我想应该可以有更加简单的方法解决。”

为什么不可以设计一种透明的,具有粘性的薄膜,帮助护士即可以观察静脉输液穿刺部位, 又可以起到保护固定作用呢?

 3M™ Tegaderm™ 透明敷料

当然可以! Steve 带着这个想法回到实验室, 将3M的经典粘结和薄膜技术结合,经过4 年的研发, 1982 年3M™ Tegaderm™ 透明敷料上市了。医用透明敷料的概念瞬间成为流行, 在医院系统Tegaderm™ 透明敷料迅速彻底变革了IV 穿刺部位护理的方法。今天,Tegaderm™透明敷料被广泛运用到全球140 多个国家。

美国疾病预防与控制中心CDC 有关《预防血管导管相关性感染规范》声明:“ 透明的、半渗透性的、聚氨酯敷料是用于导管穿刺部位护理的常用敷料。透明敷料能够可靠地固定导管及血管通路器材; 可以持续观察穿刺部位; 患者可以沐浴;与纱布及胶带的传统方法, 相比可以减少更换敷料的次数; 可以减少护理时数。”目前,越来越多的国家和地区引用此规范指导本国的临床实践。[1]

3M封釉产品的诞生

故事发生在2004年,当时的中国汽车美容市场还停留在洗车打蜡的阶段,然而打蜡只能实现一时的光亮,遇到空气氧化、雨水冲刷甚至最简单的洗车,薄薄的一层保护层,很快就不起作用了。如何更好地实现汽车漆面的持久性养护?作为汽车美容行业的领军者,3M中国汽车售后市场产品部的技术工程师们率先开始了对更高阶产品的研究。

他们首先从当时业内领先的日本引进了一些漆面美容的新产品,研究后发现其特性是可以在车漆表面形成一个较硬的保护层,实现相对持久的保护和耐磨,但也会带来一些弊端,如果局部损坏,就需要对整个漆面重新维护。

经过多种材料的反复实验,终于有一天,3M中国技术团队的Irene Rao灵光一现,持久保护漆面,并不一定要做硬,何不试试反向思考,做个有弹性的表面保护层?

3M封釉产品(4张)

从这一思路出发,再回到3M庞大的专利和技术材料库里去搜索,Irene对THV这款3M独有的专利含氟材料产生了浓厚兴趣。经过与3M欧洲技术同事的反复沟通,Irene进一步发现THV下属的多种牌号材料中,有一款对于金属漆面的疏水疏油能起到独特的作用,而这正可以解决我们汽车漆面常遇到的雨水和泥沙冲刷、沾染油污难以去除,影响漆面光泽的问题。

在欧洲同事的帮助下,Irene最终完成了新配方的设计,这就是后来为人们所熟知的3M封釉套装。3M封釉套装一经推出,即迅速占领了汽车美容界的高端市场,受到广大车主的热烈追捧。

3M的创新并未止步于此, THV在3M还有很多应用,比如塑料光纤和汽车油管的防渗透层,在新能源领域将THV应用于太阳能电池板的保护膜(back sheet film)产品等等。而3M封釉产品本身近年来也开始进行配方的进一步改进。3M的创新成果已在多个行业遍地开花,为技术创新、产品升级做出了更多贡献![1]

编辑本段3M创新连锁反应故事从灿烂的微笑到外型美观的汽车

 从灿烂的微笑到外型美观的汽车

车身上的凹痕与断齿有什么共同点?假如你回答说这两样都是恼人的麻烦事,需要“修理”,你或许说对了。不过在3M环环相扣的创新世界里,答案要深入得多。

故事要从一支正在为汽车修理店开发产品的3M团队说起。他们注意到用来修复车身凹痕的填充料的混合工艺竟然50多年来从未改进过。填充料仍是手工混合的,浪费严重,错误百出,简直一团糟——这么说一点也不夸张。

后来他们发现,汽车修理店的工人手工混合填充料不是没有道理的。完成50:1的要求的自动混合技术上是一大挑战。进一步研究还发现,标准的静态混合系统无法满足需要。在静态混合系统中,混合50:1比例的填充料会产生令整个系统难以承受的“背压”,最终导致机器停车。

3M技术团队从意料不到的来源出发,终于实现了突破——他们咨询的是3M牙科产品部的科学家们。牙医的工作与汽车修理看似远隔十万八千里,然而3M创新背后的基本理念和技术能够将两个看似完全不同的世界联系到一起,从而解决问题。3M牙科科学家与汽车修理团队看到了3M ESPE Pentamix™自动混合系统的潜力,这种关键产品能帮助牙医更高效地混合油灰状的牙科印模材料。这种油灰状物质通常被用来制作牙冠和牙桥。Pentamix™系统能解决汽车修理工所遭遇到的浪费大和质量低的相似问题。

两支3M团队于是携手合作,探索怎样运用Pentamix™牙科解决方案来帮助汽车修理团队实现创新,克服技术障碍,开发出实用的车身填充料混合系统。但是创意的连锁反应这才刚刚开始而已。自动(动态)混合的确不错,但是批量处理的台式混合系统仍然会产生浪费。

3M汽车团队希望开发一种持续的、便携式的工艺,于是他们把目光投向了3M过滤器技术,以及专用喷头和喷嘴,以设计解决方案。现在,混合工艺不仅动态完成,而且可以是便携式的,原材料可直接从喷嘴向车身上喷涂:一点浪费都没有,工人也不用来来回回地走动。如此开发出来的3M动态混合系统令汽车修理店能够精确地根据需要,混合车身填充料,避免了手工混合导致的脏乱和浪费。

所以说,从3M的视角来看,无论你是去看牙医还是去汽车修理店,目的其实是一样的:都是为了解决问题。创新就从这里萌芽。所需要的只是想象力,以及坚持不懈地在出人意料的地方寻找答案。谁又能知道,3M合作创新的强大能量,下一次又将“混合”出什么来?[1]

从电子设备到巨型乌贼

从清洁的电子设备到巨型乌贼

 

想象在你的电脑上播放一段视频,或者用手机打电话,而此时你的电脑或手机是浸泡在一种看上去和水没有区别的奇妙液体之中的……又或者放心地将失去了就找不回来的家人的旧照片浸没在这种神秘的液体中。神奇的是,电脑、手机和照片通通安然无恙。这是因为3M的科学家们发明了一种独一无二的化学药剂——3M™ Novec™牌液剂——不会伤害电子设备或珍藏的纪念品。

事实上,这种液剂常常是用来保它们的。这不是变戏法:这是3M的创新发明在发挥作用。这种神奇的液体对电子设备不会造成损害,能够完全蒸发,不留下任何水汽或残留。于是,毫不奇怪地,Novec液剂被用于在藏有美国人视为珍宝的地方安全地灭火——像阿拉莫实验室、国会图书馆之类的地方。这种液剂还被用来保护富兰克林图书馆,以及宾夕法尼亚州议会众议长在就职时宣誓用的那本专用《圣经》。

除了博物馆和档案馆,其实3M的Novec液剂就在你的日常生活中。这种化学品令我们得以和电子设备亲密接触。它被用来清洗电子设备,并将我们的电脑和手机产生的热量降低到最小程度。

3M(3张)

但是,创新发明的应用是不分大小的,所以这种奇迹般的液剂即可以用在你口袋里的小设备上,也可以应用于某些“大件”——大到像巨型乌贼那么大。

假如你去华盛顿特区参观史密森学会自然历史博物馆,你很可能会看见深受震撼的儿童和家长站在24英尺长的巨型乌贼标本面前瞠目结舌的样子,标本陈列在一个巨大的水箱中,依靠Novec液剂完好地保存着。正是创新的神奇魔法令博物馆的参观者们得以看清楚这种巨大的标本,因为Novec液剂与酒精不同,不会令标本泛黄或褪色。 3M Novec液剂从电子产品制造到消防灭火的神奇之旅,还在继续。事实上,这种液剂甚至还被用于整形外科移植组织的制造。我们认识的人中,有不少人的亲戚是靠钛合金制成的髋关节走动的,他们做过移植手术。整形移植装置的制造商常常使用Novec液剂来清洗它们,因为Novec液剂能进行精密清洁,而且没有残留。

创新的力量是如此强大,一个简单的点子就能够从多方面、在很大程度上影响你的生活。找到正确的应用场合——这大概靠的就是“化学反应”吧。[1]

微复制技术的连锁反应

微复制技术的连锁反应-从安全道路到无痛注射

从高速公路信号标识到微针头,微复制技术引发了一系列令人惊叹的新产品研发的连锁反应。

概览

微复制技术催生了微针头,后者被用于最新的3M产品中,帮助皮肤科医生在实施治疗前预处理病人的皮肤。3M开发微针头在医疗保健行业中的新应用的工作仍在继续。

您怎么会害怕疫苗甚于车祸?承认吧,一听说皮下注射(不管是要给你自己、还是你的孩子接种疫苗),连最勇敢的人也会有所畏缩吧。但假如是几乎无痛的注射,又会怎样?又假如更进一步,针头几乎看不见呢?

你可能觉得这不可能吧,但3M天才的科学家们却不这么想。他们想出了一种方法,能够在一枚10美分硬币大小的面积上插上几百个细微的“微针头”。而他们的灵感来源却来自于一个出人意料领域内的一种尖端科技——3M开发的一种原本用于高速公路的技术。

微复制技术的连锁反应(6张)这项名叫微复制(Microreplication)的技术在上世纪六十年代初推出,用于在塑料布之类的表面层叠涂覆精确塑型、相互克隆的形状。科学家们发现这些精密的微型金字塔能够改变塑料表面的物理、化学和光学性质,效果常常令人惊讶。

到了八十年代,已经取得了神奇的研究成果,当时3M将这种技术应用于高速公路标志和路面。数千个微型棱镜将汽车前灯的光反射出去,道路和施工区域的标志标识就会成倍照亮,帮助驾车者看清道路,安全行驶。

3M的成就并未止步于此。微复制技术制造出了减摩薄膜,有助于提高船只航行速度、提升飞机飞行效率;增亮电脑显示屏、延长笔记本电脑电池的使用时间;还能通过使用超微细百叶窗防止移动设备被偷窥;现在,微复制技术又制造出了一种工具,供皮肤科医生在实施治疗前或病人复诊时使用。

3M™微渠道皮肤系统(Microchannel Skin System)含有一种微型一次性塑料胶布,上有300多个实体微针头,皮肤科医生可以用它在皮肤上戳细微的洞。

在这种初期应用的基础上,3M科学家又开发了能用来打疫苗和注射其他重要药物的微针头胶布,病人只需贴上它10分钟,甚至10秒钟即可。这种胶布使用非常简单,病人甚至可以自己使用。这些胶布很可能会让痛苦,有时甚至让您痛得流泪的注射成为过去式。

创造新应用

3M药物控释系统产品组的MTS技术和产品开发经理Kris Hansen解释说:这种应用的开发始于12年前,原设想是微针头可以用来从糖尿病人身上抽取极少量的血或体液,帮助他们监控自己的血糖,而不必非要用针扎自己一下。几年之后,药物控释系统产品组的科学家们在这项技术的基础上进一步研发,在抽取体液之外,试图能用它来向身体注射给药。

“微针头能够问世,是因为我们将3M公司集团内的几项不可思议的发明组合了起来,聚焦于给药业务专长之上,从而创造出了这种全新的产品。”Kris Hansen说道。

Hansen说利用这项技术制造的产品,能够在很大程度上改善人们的生活:“这种产品所带来的改变,能让严重慢性病患者摆脱依赖,不再受制于自己的疾病——这种改变能够让整个国家的人口用比当前更快、更有效地方法从传染病的蔓延中摆脱出来。”

“有了微针头,我们相信我们能够让药物以更好的方式进入患者体内,令实际治疗效果更加显著。这种帮助人们的潜力正是我们的微针头技术最吸引人的地方。”她补充道。

与为医疗保健行业开发的其他产品一样,这种产品的问世周期要比其他3M产品长一些。

“在我们大踏步升级微针头技术的过程中,微针头为医疗保健行业的各种产品作出贡献的机会将会大量出现。我们与其他业务部始终保持联系,相互交流想法,试图找到最合适的应用。”Hansen说道。“微针头的终终极愿景将绝不仅限于药物注射而已。”

开发如此新奇、应用潜力如此巨大的产品,是能带来回报的工作。

“领先一步,站在研发、制造和法规的潮头浪尖,是令人非常兴奋、非常满足的。”Hansen表示。“不过这也意味着辛勤的劳动,大量的风险。跟风要比领航容易得多,然而我们从来就不是跟风的人,不是吗?”

3M一直认为“小事情”往往很重要。假如微针头的故事说明了什么道理的话,那就是3M的发明看上去越“小”,它的影响其实就越大。

连锁反应让3M™微渠道皮肤系统(MicrochannelSkin System)应运而生

 Microchannel_packaging_2

3M的微复制技术的传播在3M的几乎所有业务领域都产生了突破性创新。3M公司的专利微复制技术直接催生了反光材料、工业研磨剂、光学薄膜、消费产品、粘合剂、电子产品、皮肤给药系统等领域内的大量发明,如今又诞生了微针头。

目前,3M正计划推进这种应用技术手段,用以发明能形成微型凹槽、图案和更为复杂特征的工具,这些正是微复制产品的独特标志;还可用于最新的模具技术,以改善这些特征的形状和排列。

显示屏到透明的信用卡

多层创新:从明亮的显示屏到透明的信用卡

3M在光学和多层光学薄膜研发方面的专长,为看似无关的产品之间创造了联系

概述:多层技术令多种应用成为可能——从更亮的电子显示屏,到第一款透明的可读信用卡。

无论看电视、上网还是用智能手机浏览信息,有一点是可以肯定的:没有明亮的、一目了然的屏幕,一切都是没有意义的。人们在日常生活中对此早就已经习以为常了,然而清晰的屏幕和这些设备的节能基本上有赖于一种关键研究领域:光学。

发挥影响

在这个创新领域内,3M发挥影响已经有将近一个世纪了,制造的高性能节能型产品人们每天都在手持使用。

在电子产业中,3M用微复制薄膜和含有数百个亚显微层(即纳米层)的薄膜来令显示屏看上去更明亮。

3M™ Brightness Enhancement Films(增亮薄膜)上有微型棱柱,能够将从斜射角损失的光回收回来,导向显示屏使用者的眼中。3M的多层光学薄膜厚度只不过相当于一片报事贴® (Post-it® Note),却有相当于传统镜子10倍的光反射强度。

我们的这种薄膜,即反射偏光器,能够将向错误方向偏转的光送回来,让光穿透液晶显示屏而不是散射掉,从而节省了能量。该系列的第一种产品——3M™ Dual Brightness Enhancement Film(双倍增亮薄膜)——已经被用于笔记本电脑、手持移动电子设备乃至汽车和航空显示屏等各种场合。

 增亮薄膜

这两种薄膜(增亮型和反射偏光型)可以结合使用,令电视屏幕和电脑显示器节能程度提高多达70%。

其他3M产品,如3M平板薄膜(tablet film),有助于延长平板电子设备的电池寿命。它们降低了厚度和重量,而不会牺牲亮度或品质。

将四种3M平板薄膜结合使用——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——可提高显示器亮度,增强户外观赏体验,降低背光薄膜的整体厚度。

层层覆盖的薄膜的想法可追溯到多年以前,但在1991年,一场有趣的对话为3M多层光学薄膜技术奠定了概念基石。

企业研发部的专职科学家Jim Jonza——如今被公认为多层光学薄膜的发明者之一——当时碰巧和电子市场材料业务部的科学家Andy Ouderkirk一同参加年度技术论坛,两个人负责的展台刚好毗邻。他们谈论起薄膜的制造,结果在几分钟的时间里他们就为3M多层光学薄膜技术奠定了概念性的基础。[1]

拓宽产品应用

了解了光是如何反弹、反射和照明的之后,3M科学家们开始着手研究有趣的材料,沿着创新不可预见的路径探索下去。

“多层技术有着多种应用前景,3M正在不断拓宽其应用开发。生产和应用多层薄膜需要很多技术诀窍和资源。尽管如此,回报将是巨大的。”Jonza说道。“更好地理解科学、不断改进工艺设计、开发新应用,是很多3M人职业生涯的乐趣所在,令他们收获颇丰。这一领域内的研究工作不可避免的引发了另一个有趣的想法。”

今天,3M在光学薄膜技术上的专长催生了多种产品的开发:3M自动立体增强薄膜,这种薄膜令夺人眼球的3D影像成为可能;3M™ Sun Control Window Films Prestige Exterior Series(阳光控制窗膜高档外用系列),这种产品节能、保护窗子不褪色、防紫外线;以及3M™ Cool Mirror Film(酷镜薄膜),有助于提高太阳能电池的效率。

开发独一无二的定制解决方案

优点是很明显的……但3M科学家们好奇的本性不会满足于这种互动仅限于光学领域。对无限可能性的追求把发明家们引导到了一个看似无关的目的地:我们的钱包。

一家知名信用卡公司找到3M,问询3M薄膜用于信用卡设计的可能,以便令他们的信用卡与竞争对手的不一样。3M科学家们于是将他们令电子显示屏更亮更节能的技术诀窍用了上去。光学薄膜不仅有多层,而且提供了多重机遇,其中包括新信用卡的研发,这种信用卡可以是透明的、样式时髦的——过去这是根本不可能的。

首款透明的可读信用卡之所以成为可能,是因为由显示和图形薄膜实验室的公司科学家Mike Weber领导的一组3M科学家们找到了阻隔红外光而不阻隔可见光的办法,这样ATM就不会故障吃卡了。

Weber表示:“经验告诉我们,我们能够阻隔任何一种光——紫外光、绿光、红光、蓝光、红外光。问题在于我们能否阻隔红外光,而制造一种与信用卡生产工艺兼容的薄膜。这就是最难的部分。”

他们成功了,而这标志着自塑料卡诞生以来银行卡制造最大的技术突破。

“这件事情意义重大,因为3M不仅为客户解决了一项技术难题,而且公司得以在市场上独树一帜。”移动互动解决方案部支付业务的全球业务经理Mark Griffin说道。

以前所未见的方式反射光,打破了通行200年的布鲁斯特定律的传统物理法则。现在,透明信用卡令信用卡制造商有了更多的表面空间,可以向塑料卡中加入更多设计元素,用定制的形象吸引持卡消费者,同时令自身品牌脱颖而出。

创新在3M的确是没有明确边界的。

防雾技术的广泛应用

创新灵感,源于自然

莲花以其天然的防水防污能力,如今成为3M中国公司纳米技术应用的灵感来源,3M中国公司的研究人员受启发,开发出了一种新的防雾清洁布,11世纪的中国哲学家周敦颐在《爱莲者说》一文中称莲花是他的最爱,赞颂莲花神奇的出淤泥而不染、美丽依旧的能力。

几百年前令周敦颐仰慕的莲花的性格,今天同样成为了3M中国公司先进技术研究的灵感源泉。受到莲花隔水和防污能力的启发,项目团队使用纳米技术开发出了一款车用防雾产品,能够防止污染物黏着在车身上。

荷叶的表面起伏不平,因而最大限度地降低了污物与叶子的接触。这些微小的凸起上覆盖着植物本身分泌出来的蜡,因而不透水。这两项特点结合在一起,令莲花得以在下雨时“自清”,污物会自动随着雨水流走。

 防雾湿巾

3M中国企业研发部(R&D)研究专家3M中国研发人员解释说:“我们知道荷叶一尘不染的性能取决于它的微结构和纳米结构。我们于是着手研究能否通过简单的技术工艺复制这种结构。”

3M研究人员在实验室中合作制造出具有相似的自我清洁能力的纳米粒子。他们实验了各种不同的粒子尺寸、基材和涂层工艺,开发出了一种材料,希望能够作为建筑和其他户外构造的保护性涂层使用。

最终,他们的计划搁浅了,因为测试结果显示这种涂层耐用性不够,无法长时间保持户外表面的清洁。然而尽管遭遇了挫折,研究团队立即开始寻找其他用途。“在与业务部工程师们的交流中,我们发现市场上对把这种产品做成一次性消耗类产品形式、由客户进行DIY操作的模式有需求,信息共享带来的成果就是我们目前正在商业化的这种产品。”

崭新应用

第一种走向市场的、应用了这种新纳米技术的产品是一种清洁布,叫做“3M™505防雾清洁布”,是设计用来防止护目镜和防护面罩上的镜片起雾的。

3M中国企业研发部资深技术服务工程师Nancy Sun介绍说:“在高温潮湿的工作环境中,镜片容易起雾而阻挡视线。这种清洁布有助于解决这一问题。”除了中国以外,这种产品还卖到了韩国和南美。

2011年8月,这种清洁布的新版本打入了中国汽车护理产品市场。车窗向着车内的一面使用了这种“3M™ 防雾湿巾PN39060”产品之后,因天气变化引起的雾气就被消除了。

3M中国企业研发部资深产品工程师Fiona Hao说:“因外面下雨、车内潮湿而造成的视线朦胧对于驾车者来说是个严重的问题。”实验室测试结果显示,该产品有助于防止起雾,至少能维持一个小时,时间长短取决于应用这种产品的表面的状况。

这种防雾清洁布不含溶剂,成份环保,顾客反映使用很方便。“客户的反应是十分积极的。”Hao表示。

对3M中国研发人员而言,当前的产品仅仅反映了这种新纳米技术应用潜力的冰山一角。她说:“我们受到荷叶构造的启发,但不会受制于此。”她补充说研究团队正在研究怎样改进涂层。例如,3M中国目前正在研究这种技术在医疗产业的应用。这些产品尚在开发中,但反映了该技术的新应用是大有前途的。

“除了防雾之外,这种技术还有很多有用的作用。这为3M开辟了巨大的潜在商业机会。”