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指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘

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今年春节之前,有则新闻说道,国务院总理李克强一直关心的国产圆珠笔制作取得了重大突破,太原一家钢厂实现了技术突破能够生产圆珠笔头用的钢材。小小圆珠笔究竟有多少有趣的科技在里面值得我们如此关注?而作为消费者,我们能否通过实测来比较出圆珠笔的差异?这是我们试图揭开的谜底。今天这篇我们先来说说圆珠笔尖到底有多少科技含量。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
圆珠笔尖在电子显微镜下的照片

国产圆珠笔钢材

凡是用过的人都知道圆珠笔的头就是一个滚珠和一个金属管,管头卡的臼槽卡住这个圆珠,但又要保障这个圆珠能正常的润滑转动,带动笔管里面的油墨下来形成墨迹。下面的图就是常见的圆珠笔头的物理外形,相信大家都不太陌生。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
圆珠笔头

那么文章开始部分说的就是起到导管和承托滚珠的这一部分。因为这一部分对精度要求非常高,加工的精度在滚球接触的内壁需要只有零点几微米的精度,才能让这个滚球顺滑。而笔者上学的时候这个部分的金属普遍都是类似铜或是黄色的合金,管里还有油但是滚珠脱落、或是滚珠卡死的事情并不罕见,可以说圆珠笔的使用体验普遍一般。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
太钢不锈(000825.SZ)自消息传出以来股价上涨很多

现在的技术突破则是使用特殊的钢材。我们都知道钢其实就是铁和一些其它元素的合金,比如常见的碳、铬等等。圆珠笔尖要求的则是力学性能。我们可以看到自从去年底能够生产笔尖钢以来,太原钢铁的上市公司太钢不锈(600169.SH)持续上涨。

圆珠的科技

圆珠笔本身在上世纪早期,可以说是很贵族的产品,价格非常昂贵。是法国的著名品牌BIC通过商业化的量产,极大的降低了成本,BIC累计生产的圆珠笔超过1400亿支,下面就是这个公司的小短片。

圆珠最开始也用钢来生产。但今天普遍使用的是碳化钨。碳化物本身非常坚硬且耐高温,而这东西本身又不是很贵,所以工业上用的很多。如果大学学的是工科,那么金工实习的时候车刀的某些刀头就是这种材料,异常的坚硬。当然带来的问题也很明显:这么硬又耐高温的东西不易加工。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘 指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
原始的碳化钨小球并不圆

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经过沟槽研磨之后变成接近完美的球形

根据几个视频中得到的资料,碳化钨的小球是先通过模具做出来的,这时候并不是特别圆,然后经过精密研磨、抛光之后才形成使用润滑的近乎完美的球体。当然,就材料而言,除了碳化钨,80年代之后一些军用高性能材料开始走向民用,这里就有陶瓷,氮化硅、碳化硅等新材料陶瓷具有不输给碳化钨的力学性能和物理、化学学性能,现在有圆珠笔就开始使用陶瓷滚珠了。高性能陶瓷的代表产品就是我们买的厨房用陶瓷刀,轻盈且长久锋利。

一个笔尖的诞生

笔尖之前一直是欧洲和日本。这里我们收集到的视频就是国外如何制作笔尖的。以前国内完全依赖进口,后来从瑞士引进了设备,有意思的是随同设备进来的钢材用完之后国产的都不合格,这才有了今年才解决钢材的话题。

在制造流程上,从材料开始,被机器截断成相同长度的材料。然后通过不断的成型设备,最终被灌入墨水或是油墨,嵌上珠子成为一个合格的笔芯。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
专利的申请图解可以看到沟槽的结构

笔尖的臼槽对精度要求达到几微米,并且材料必须稳定不能开裂,否则就报废了。而内壁也并非想象中就是个墨水直通的管道,其实是有四五条引导油墨的槽,可以说别看小,但说是微雕的工艺品也不过分。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
通过离心的方式让油墨全部甩向笔尖方向

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
要能够在划圆机上连续书写一公里不褪色、不断线

笔者小时候也遇到过笔尖的油墨里面有一小段空气的问题,当时是没有什么好办法的。看到视频的工厂内灌注油墨后,居然送入离心机,居然这么简单就解决了这个问题。并且可以保障连续数学(画圆机)一公里都不断、不变色调。

笔尖的进化

仅仅把笔尖做出来,那对于国内虽说是最近才可以,但是对于国外来说显然不能停止研发的脚步。因为他们追求的是更高的书写体验。

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
不同的笔痕影响我们的书写体验

在书写的时候,如果珠子本身的直径比较大,那么有可能就出现笔痕迹内有白色的情况。而朝一个方向写多了,笔尖会积累一小坨油墨就更常见了,这些问题今天都通过努力得到了很好的解决。指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
通过新设计的笔尖解决上墨和大倾斜角度的走珠问题,专利号US20040081507 A1

那就是改良笔尖的结构以及使用不同材料的墨。现在墨已经有了油性、中性和水性的区别。而改良的笔尖则在滚珠上方通过增加了一个储存墨水的空间来实现不在笔尖累计油墨。并且改变笔尖的物理外形,这样当笔尖与直面呈现更大倾角的时候依旧能够留下笔迹。

第5页:远离争议 只问结果

远离争议 只问结果

现实中的争议是,我们到底有没有必要自己来生产圆珠笔尖?因为中国每年生产的圆珠笔大约400亿支,这个数字很大,但是如果放到钢厂的规模来说,笔尖的特种钢材的需求不过上千吨,对钢厂来说利润不算多高,量也很小。可能这一波股票上涨带来的市值提升,要好过卖很多年笔芯钢本身。

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指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘

指尖的科技:圆珠笔横向对比之技术揭秘
这些国内外不同品牌的有区别吗?如果有、有多大?这是我们要探究的

这不是我们的目的,我们也没有心思卷入这种争议,我们只是想单纯的知道,目前市面上的圆珠笔,国产的和进口的(不在中国生产)到底有多大差距?而过程则准备进行盲测:完全遮盖商标,找不同的人来进行体验以及排名。

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通过抽出笔芯盲测的方式来体验式的选择哪个最好

当然得到的结论无外乎两个:和国外差不多或是还有差距,如果没有差距,自然是最好,我们以后只买国产的就行了。如果有差距,那么价格差距与性能差距的沟壑是否能忍受?这些都是我们努力寻找的答案。

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