探秘圆珠笔芯笔头：球座体制造之难，工业科技的奇妙挑战

工业技术其实是一个非常奇妙的东西，一些看似不起眼的小工业产品，对设计制造的工艺和技术要求却非常严格，比如我们今天要说的圆珠笔的笔尖。整个圆珠笔笔尖可以分为球珠和球座两个部分。球珠就是笔尖的小圆珠，球座就是包裹球珠的长圆柱形金属体。

微小的笔尖很难制作

此前，世界上只有两个国家掌握了圆珠笔芯整支笔尖的制造，分别是瑞士和日本。这种圆珠笔芯的笔尖为何如此难以制造呢？有网友认为，主要是因为笔尖的球珠难以制造。其实恰恰相反，笔尖球珠的制造比较简单，我国制造碳化钨球珠的技术早就非常成熟，并已大量出口。真正难以制造的是球座。

我的国家已经掌握了球的制造技术

圆珠笔芯的球座并不是简单的包裹球珠的金属结构，球座内壁有5条凹槽，用于墨水流通，这些凹槽的加工精度误差必须控制在3微米以内，也就是误差不能超过0.003毫米。0.003毫米是什么概念？一根头发的直径约为100微米，3微米相当于一根头发直径的三十分之一。

圆珠笔芯结构示意图

为什么凹槽的公差要控制得那么严格呢？凹槽是用来流通墨水的，如果五条凹槽中的任何一条太小，书写时墨水就会流不畅，因为五条凹槽是相通的，如果所有的凹槽都太小，书写时墨水就会流不畅。同样，如果凹槽太大，书写时墨水就会太多。相信大家在书写过程中都遇到过这种现象。是的，不是我们之前做不出完整的笔尖，而是我们做出的笔尖书写体验不好。

笔尖结构图

另外圆珠笔芯的球座对于钢材的质量要求也是非常高的，因为整个球座的内壁非常薄，我们在书写的时候会施加一定的力，如果使用的钢材不合格，书写一段时间之后，球座的内壁就会变形。大家有没有遇到过球座掉球的现象呢？这就是制作球座的材料不合格造成的。

笔尖的质量直接决定了书写的体验

从上文我们可以看出，圆珠笔笔头球座的制造，会涉及到加工精度和制造材料的两大难题，属于精密加工产品，此前这两项技术被瑞士和日本垄断。不过众所周知，我国现在已经可以成功制造出合格的整体式圆珠笔笔芯了。关于这一点，还有一则笑话：太钢接到任务后，冶炼了一炉重达60吨的钢。这已经是太钢最小的炉子了，但这60吨钢可供全球制造圆珠笔笔芯和笔尖4年之久，并因此差点让瑞士笔尖制造商破产。

笔尖的制造需要非常高的工艺

这句笑话还说，以前我国之所以不生产圆珠笔尖，是因为市场太小，没有必要竞争。这句笑话的内容天衣无缝，乍一听似乎不是我们以前造不出圆珠笔尖，而是我们不重视这个市场。其实，在制造出合格的国产圆珠笔尖的过程中，我们的科研人员经历了一段艰难的过程，经历了无数次失败！

目前，我国已经能够生产出合格的笔尖。

圆珠笔尖国产化是我国科技支撑计划重点项目，这个项目的全称是“制笔工业关键材料及制备技术研究及产业化”。参与这一过程的中国科技工程师王辉曾说：2011年，我们接到科技部这个任务，选定了几家骨干制笔企业，太钢、中科院全程参与。在拥有充足的研发经费后，2014年我们基本掌握了笔尖钢的技术要点，2015年，国产笔尖钢的生产加工技术基本成熟稳定。在这个过程中，生产从几十公斤的冶炼炉开始，经过上千次尝试，失败的次数已经数不清了！

笔尖的国产化是多家科研机构合作的结果。

从王辉工程师的描述中我们可以看出，圆珠笔尖整体国产化是一个非常艰难的过程，参与的科研人员付出了巨大的努力和心血，并不像上述笑话中描述的那么容易。小小的圆珠笔尖，其实是一个国家炼钢技术和精加工技术的体现，不存在因为市场小而不积极参与的问题。而且，这个市场也没有笑话中描述的那么小。目前，我国每年生产400亿支笔芯，此前，每年进口的笔尖钢不下千吨。一炉60吨钢可供全世界使用4年的说法，并不属实！

圆珠笔笔尖的市场不小

任何工业产品的成功研发背后，都凝聚着科研人员的辛勤劳动。从一支小小的圆珠笔尖，到一艘航空母舰、一架战斗机，研发过程艰辛枯燥，没有一件工业产品是唾手可得的。这个艰难的过程，不能用一句玩笑话来掩饰。我们要对科学抱有敬畏之心，也要对科学家的辛勤劳动抱有基本的敬意。