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圆珠笔的创新

    圆珠笔是一种特殊的钢笔,里面有一个由黄铜、钢或者硬质合金做成的小滚珠。在写字时,墨水通过滚珠被释放出来。在圆珠笔之前出现的所有钢笔——无论是鹅毛笔、金属钢笔还是自来水笔所使用的都是比较稀的深色墨水,墨水通过毛细吸管作用从钢笔里流出来,这种技术存在的问题是墨水不能保证均匀地流出,墨水在钢笔里流动时是暴露在空气里的,所以它不能干得太快,否则会堵塞钢笔。

   设计圆珠笔的目标是制作出一种特别的钢笔,既要释放出墨迹浓厚而又易干的墨水,又不会让墨水干在钢笔里。设计的关键在于滚珠,滚珠可以作为持续保护墨水,防止墨水变干的盖子和将墨水转移到纸上的机构 ,滚珠位于贮墨水管和纸张之间的一个球窝里,尽管滚珠紧密贴嵌在球窝里,但在写字的时候,它仍有足够的空间进行滚动。圆珠笔在纸上滑动时,滚珠不断滚动,重力让墨水从贮墨水管里向下流到滚珠上,滚珠再将墨水转移到纸上,同时也将墨水与空气隔离,防止贮墨水管里的墨水变干。

  圆珠笔由于易于携带、方便耐用,被广泛的应用到生产、生活中。包括笔芯在内,中国圆珠笔产量已达到400多亿支。 但过去,从易切削钢线材、墨水到加工设备都只能依靠进口。 笔头和墨水是圆珠笔的关键,其中笔头分为笔尖上的球珠和球座体。目前,碳化钨球珠在国内外应用最为广泛,我国已经具有很好的基础,不仅可以满足国内生产需要,还大量供出口。但球座体的生产,无论是设备还是原材料,长期以来都掌握在瑞士、日本等国家手中。 

  圆珠笔头需要二十多道工序,传统工艺需要分开进行处理加工,为了满足出口的需求,国内制笔企业开始大量采用瑞士米克朗公司的一体化生产设备,以提高质量和生产效率。 

  国外生产设备对原材料的要求相对更高,国产不锈钢线材无法适用,必须依靠日本进口易切削不锈钢线材。同时,与之相匹配的墨水也要从德国、日本等国家进口。从而形成了我国当前圆珠笔产量第一,但核心材料和设备却大量依靠进口的“尴尬”局面。 圆珠笔头的生产对加工的精度、材料的选择上都有很高的要求。笔头上不仅有小“球珠”,里面还有五条引导墨水的沟槽,加工精度都要达到千分之一毫米的数量级。 每个小小的偏差都会影响笔头书写的流畅度和使用寿命,笔尖的开口厚度不到0.1毫米,还要考虑到书写角度和压力,球珠与笔头、墨水沟槽位必须搭配得“天衣无缝”,加工误差不能超过0.003毫米。 

   为什么生产一个小小的圆珠笔头的“球珠”,钢材却要长期依赖进口?不是因为这个技术有多难,而是没有足够的动力去研究。 圆珠笔看似简单,其实涉及到一个国家工业体系的方方面面,墨水研制需要化工业支持,生产设备涉及机械设计制造能力,特殊钢材则取决于国家钢铁产业的科技水平。 

    2011年底国家有关部门启动了“制笔行业关键材料及制备技术研发与产业化”项目,拨款支持相关科研机构、企业针对中心墨水制造、笔头不锈钢线材、加工设备等开展科技攻关。 并实现了系列技术突破。长期以来,困扰中国制笔行业的“进口依赖”困局,开始被逐渐扭转。 在研制成功易切削不锈钢线材以后,日本的钢材供应商立刻将价格从每吨12.5万元下调到9万元左右。同时进口墨水的价格也都在下降。 

  一个小小圆珠笔的问题,也是我国制造业很多领域都面临的问题,由于核心技术缺失,我们从生产加工到国际标准制定都缺乏主动权。 科技创新的步伐不能停顿,应加大投入完善产学研平台,我们的制笔技术在提升,国外也在不停进行技术更新,要坚持不懈的追赶超越。 

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