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AR/VR材料大全

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前段时间,Facebook宣布更名为Meta后,AR/VR随之火热起来。根据IDC 预测,VR 头戴设备的出货量将从 2020 年的约500万台增加到 2025年的2800+万台。AR 头戴设备,预计出货量增长将从 2020年的约30万台增加到2025的2100万台。AR/VR头显设备成为消费级电子产品指日可待。



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HTC Vive Focus 3 拆解

目前为止,成本偏高、便携性不佳、内容匮乏等因素,是摆在VR/AR面前亟需破解的难题。从材料的角度来看,AR/VR所用到的材料有几类:


  • 第一类,结构性材料要求轻量化、低密度,高强度;

  • 第二类光学材料:透明度以及红外穿透性,尺寸稳定性;

  • 第三类,人体接触材料,要求舒适性,透气性,耐化学性,耐磨等;

  • 第四类:亮丽的外观,绿色环保,低碳可持续也是大品牌的目标之一。


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(一)塑胶材料



1. 尼龙(PA)


尼龙(Nylon)化学名为聚酰胺,是世界上第一种合成纤维,是分子主链上含有重复酰胺基团的热塑性树脂的总称。尼龙具有优良的力学性能和电绝缘性能,机械强度高,韧性好,还具有优良的耐热性、耐候性和耐摩擦性。

尼龙在AR/VR上可用作边框、外壳、头部松紧带和卡扣等,相关材料供应商有:帝斯曼、阿科玛、杜邦、华力兴、山东祥龙、山东东辰、同益股份等。

值得注意的是,部分材料厂商开始在AR/VR布局的超低密度尼龙,具有更加轻巧、延展性好、形状记忆、可染色等特点。

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图  Bose智能音频眼镜,尼龙边框

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图 杜邦尼龙材料用于运动眼镜

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图 阿科玛生物基PA11用于VR眼镜部件

透明尼龙具有透光率高、质轻、透氧率高等特点,可用作VR/AR镜片及其他部件。透明尼龙技术要求更高,相关材料供应商有:艾曼斯、阿科玛、赢创、科莱特等。艾曼斯透明尼龙已应用到华为、Google、Mate等AR/VR设备上。关注公众号,对话框中输入“”可以申请加入AR/VR产业微信群

2. 聚碳酸酯(PC)


聚碳酸酯(PC)既具有类似有色金属的强度,同时又兼备延展性及强韧性,它的冲击强度极高,用铁锤敲击不能被破坏,能经受住电视机荧光屏的爆炸。聚碳酸酯的透明度又极好,并可施以任何着色。可用作AR/VR的主体框架和镜片等。相关材料供应商有:科思创、三菱化学、万华化学等。

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图  Rokid Air主体材质使用了聚碳酸酯和医用级镁铝合金

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图  Bose智能音频眼镜运动款,镜片采用聚碳酸酯材质

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图 聚碳酸酯AR/VR镜片 来源网络


3. COC



COC是是具有环状烯烃结构的非晶性透明共聚高分子材料。COC具有与PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂)相匹敌的光学性能以及高于PC(聚碳酸酯)的耐热性,还有低吸水性、优良的尺寸稳定性等,在市场上获得了很高的评价。COC还具有改善水蒸汽气密性,增加刚性、耐热性,能赋予易切割性等优点。材料供应商为宝理塑料、三井化学等。

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图 三井化学APEL®可用于AR/VR穿戴式装置光学零件


4. PMMA



聚甲基丙烯酸甲酯,简称PMMA,是一种高分子聚合物,又称作亚克力或有机玻璃,具有高透明度,低价格,易于机械加工等优点,是平常使用的玻璃替代材料。PMMA密度较低,但机械强度高,透光率高达92%,光学性、绝缘性、耐候性、可加工性佳。

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图 VR 非球面PMMA镜片


5. 碳纤维



碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维,用腈纶和粘胶纤维做原料,经高温氧化碳化而成。是制造航天航空等高技术器材的优良材料,具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的密度小,因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合,制造先进复合材料。亚马逊第二代Echo Frames镜框采用碳纤维和钛合金制成。材料供应商有:中材科技、新秀新材等。

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图 新秀新材碳纤维制成的VR/AR眼镜架

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图 亚马逊第二代Echo Frames


6. TPU



热塑性聚氨酯弹性体又称热塑性聚氨酯橡胶,简称TPU,是一种(AB)n型嵌段线性聚合。TPU具有高强度、高韧性、耐磨、耐油等优异的综合性能,加工性能好,广泛应用于国防、医疗、食品等行业。在VR/AR领域,TPU 可用作镜片防尘膜,固定头带、头枕等。材料供应商有路博润、科思创、阿科玛等。

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图 VR头带、头枕 来源:网络

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图 TPU防尘膜 来源:网络


(二)金属材料




1. 镁合金



镁合金有镁铝合金和镁锂合金。镁锂合金是密度最小的合金材料,密度一般为1.35-1.65,比普通镁合金轻1/4-1/3,比铝合金轻1/3-1/2,,被称为超轻合金。镁锂合金具有高的比强度比刚度,和优良的抗震性能以及抗高能粒子穿透能力,而且其密度远远小于新型航空用的密度,是航空、航天、兵器工业、核工业、汽车、3C产业、医疗器械等领域最理想并有着巨大发展潜力的结构材料之一。西安四方超轻一款镁锂合金AR眼镜结构件,其重量只在12-15g之间。

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图 HTC Vive Focus 3 采用镁合金


2. 钛金属



钛合金重量轻,具有非常高的强度和韧性(即使在极端温度下也是如此)以及耐腐蚀性和耐高温性。由于成本较高,只有军事领域、飞机、航天器、自行车、医疗设备、珠宝、高应力部件(如跑车的连杆)以及一些高档运动用品备和消费电子产品中有用到钛合金。枭龙一款AR智能眼镜采用了钛合金眼镜架,亚马逊第二代Echo Frames也用到了钛。材料供应商有湘投金天等。

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图 枭龙 XLOONG X300 AR智能眼镜 来源:官网


3. 液态金属



液态金属指在室温附近或更高一些的常温下呈液态的金属,又称低熔点金属。典型的有镓基、铋基金属及其合金,具有安全无毒、可流动、高导电、高导热、高强度等优异性能。宜安科技将其用于VR转轴。关注公众号,对话框中输入“”可以申请加入AR/VR产业微信群

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图 最右侧为VR转轴 来源:宜安科技展台


(三)有机硅



有机硅,即有机硅化合物,是指含有Si-C键、且至少有一个有机基是直接与硅原子相连的化合物。由于有机硅独特的结构,兼备了无机材料与有机材料的性能,具有表面张力低、粘温系数小、压缩性高、气体渗透性高等基本性质,并具有耐高低温、电气绝缘、耐氧化稳定性、耐候性、难燃、憎水、耐腐蚀、无毒无味以及生理惰性等优异特性。有机硅主要应用于密封、粘合、润滑、涂层、表面活性、脱模、消泡、抑泡、防水、防潮、惰性填充等。材料供应商有新安天玉、信越化学、埃肯、陶氏等。

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图 VR面罩,有机硅材质

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