俄羅斯3D打印發(fā)展不錯(cuò) 有突破且有特色

俄羅斯科學(xué)界于21世紀(jì)前十年開始研究與先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)的新工業(yè)化課題。俄在發(fā)展3D打印技術(shù)時(shí)需重點(diǎn)研發(fā)“選擇性激光燒結(jié)和熔融”、粉末注射成型、打印產(chǎn)品表面處理、生物醫(yī)學(xué)打印技術(shù)、具有細(xì)微多孔結(jié)構(gòu)的打印制品的應(yīng)用、開發(fā)金屬粉末耗材等相關(guān)技術(shù)。俄羅斯的托木斯克理工大學(xué)高科技物理研究所等4家單位聯(lián)合研制了該國首臺太空3D打印機(jī)樣機(jī)。

在3D打印方面，俄羅斯目前有東西兩大研發(fā)集群。“東方團(tuán)隊(duì)”是以俄科學(xué)院西伯利亞分院、西伯利亞國立工業(yè)大學(xué)、托木斯克理工大學(xué)和當(dāng)?shù)毓I(yè)園的研發(fā)人員為核心的創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)。“東方團(tuán)隊(duì)”研制出首臺太空3D打印樣機(jī)。

“西方團(tuán)隊(duì)”是位于莫斯科附近的“斯科爾科沃”創(chuàng)新中心，在當(dāng)?shù)貏?chuàng)業(yè)基金和官方資金支持下，該中心已培育出以3D打印技術(shù)生產(chǎn)實(shí)用工業(yè)品的多家企業(yè)。

俄羅斯科學(xué)界于21世紀(jì)前十年開始研究與先進(jìn)制造技術(shù)相關(guān)的新工業(yè)化課題。俄非商業(yè)獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)“宏觀經(jīng)濟(jì)分析與短期預(yù)測中心”2014年發(fā)布報(bào)告說，俄在新材料、信息技術(shù)、與3D打印相關(guān)的生物醫(yī)學(xué)技術(shù)研發(fā)等領(lǐng)域有一定基礎(chǔ)優(yōu)勢，可為俄發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)提供支持。該國生產(chǎn)企業(yè)已從2010年開始擴(kuò)大采購生產(chǎn)設(shè)備，并會保持對先進(jìn)制造設(shè)備的需求。

2014年9月，俄經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化和創(chuàng)新發(fā)展委員會舉行主席團(tuán)會議，為俄發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)確定了基本方向。俄開展新型工業(yè)生產(chǎn)的關(guān)鍵在于構(gòu)建適合本土先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的模式，增材制造(3D打印的另一種說法)、計(jì)算機(jī)模型、人工智能、信息技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)是俄學(xué)習(xí)推廣先進(jìn)制造技術(shù)的優(yōu)先方向。

主席團(tuán)發(fā)表的報(bào)告說，俄在發(fā)展3D打印技術(shù)時(shí)需重點(diǎn)研發(fā)“選擇性激光燒結(jié)和熔融”、粉末注射成型、打印產(chǎn)品表面處理、生物醫(yī)學(xué)打印技術(shù)、具有細(xì)微多孔結(jié)構(gòu)的打印制品的應(yīng)用、開發(fā)金屬粉末耗材等相關(guān)技術(shù)。

2011年成立的非商業(yè)性組織“戰(zhàn)略創(chuàng)意機(jī)構(gòu)”為發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)提供有力支撐，負(fù)責(zé)支持俄各界制訂的對經(jīng)濟(jì)、社會優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域有重要創(chuàng)新意義和推動作用的項(xiàng)目，其監(jiān)事會主席是俄總統(tǒng)普京。該機(jī)構(gòu)每年向監(jiān)事會提交“國家技術(shù)創(chuàng)意”市場開發(fā)路線圖，當(dāng)中所列項(xiàng)目一旦獲批，可得到政府資金支持和這家機(jī)構(gòu)的融資及產(chǎn)品出口便利。2016年2月，該機(jī)構(gòu)審議通過的路線圖包含4大項(xiàng)目，其中“未來工廠”項(xiàng)目的一個(gè)主要發(fā)展方向就是3D打印。

誕生于斯科爾科沃園區(qū)的“異形打印”公司是擁有一定國際知名度的俄3D打印企業(yè)，其團(tuán)隊(duì)曾為2014年入軌的俄首顆小型商業(yè)衛(wèi)星“平板-極光”號提供了用于制造太陽能電池板的3D打印機(jī)。31歲的公司總經(jīng)理安東諾夫說，其主要制造工藝是將強(qiáng)化纖維在打印過程中融入熱塑性聚合物，由此制成的碳纖維復(fù)合材料制品的堅(jiān)固性是普通塑料制品的15到20倍，是鋁制品的2倍，但比鋁制品輕。目前該公司還為歐洲空中客車和俄聯(lián)合航空制造公司打印機(jī)艙內(nèi)部件，為俄私營航天企業(yè)的小衛(wèi)星制造外殼部件和太陽能電池板等。

與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)結(jié)合是俄發(fā)展3D打印的另一個(gè)著力點(diǎn)。2013年在斯科爾科沃園區(qū)建立的“3D生物打印”公司已成為俄生物醫(yī)學(xué)3D打印發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。公司科學(xué)部主任米羅諾夫介紹，其主要工藝流程是先將人或動物的脂肪組織干細(xì)胞或胚胎干細(xì)胞、誘導(dǎo)多能干細(xì)胞培育成細(xì)胞團(tuán)，再根據(jù)所需組織器官的數(shù)字化三維模型，用生物打印機(jī)將不同細(xì)胞團(tuán)層層疊加，每層間由凝膠黏合塑形，組織器官的各種細(xì)微空腔都要準(zhǔn)確預(yù)留出來。“肉凍”般的半成品需被放入“孵化器”，待各層細(xì)胞團(tuán)相互融合、整體生長狀況達(dá)標(biāo)后，再進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)。目前，該公司能用這種技術(shù)為實(shí)驗(yàn)動物制作可發(fā)揮生理功能的血管和甲狀腺，下一步試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是打印腎臟和肝臟。

此外，很多小型俄3D打印公司也在開展個(gè)性化服務(wù)，如用3D打印筆讓用戶在家隨心所欲制作小物件;利用3D打印技術(shù)建成試驗(yàn)性房屋等。2015年俄經(jīng)營業(yè)績最好的小型3D打印企業(yè)的年度資金流量達(dá)1億盧布(約合人民幣1千萬元)，月均銷售小型3D打印機(jī)過百臺。

不過，目前俄3D打印技術(shù)主要用于制作批量較小、滿足特殊工業(yè)及家用需求的產(chǎn)品，因此只能作為傳統(tǒng)制造技術(shù)的補(bǔ)充，顛覆傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的周期會很漫長。很多初創(chuàng)小企業(yè)由于同質(zhì)化競爭、供大于求而生存期較短。受俄經(jīng)濟(jì)形勢和國際大環(huán)境影響，俄3D打印行業(yè)還需通過艱苦行軍才有望走到未來先進(jìn)制造業(yè)的舞臺中央。

俄羅斯研制成功該國首臺太空3D打印樣機(jī)

據(jù)報(bào)道，在美國將3D打印機(jī)送入國際空間站后，由位于俄羅斯西伯利亞的托木斯克理工大學(xué)高科技物理研究所等4家單位聯(lián)合研制了該國首臺太空3D打印機(jī)樣機(jī)，計(jì)劃在進(jìn)一步完善后，在2018年送入國際空間站進(jìn)行測試。

該研究所副所長科盧巴耶夫介紹說，目前在國際空間站內(nèi)使用各種設(shè)備和裝置時(shí)，需為它們定期補(bǔ)充、更換零部件，例如螺母、電纜緊固件、儀器插孔的防護(hù)蓋等。它們需由貨運(yùn)飛船從地球運(yùn)送，運(yùn)輸成本太高。如果使用太空3D打印機(jī)在空間站中按需制造這些零部件，就要方便得多。這個(gè)流程并不復(fù)雜，宇航員在與地面通信聯(lián)絡(luò)時(shí)可收到某個(gè)零部件的數(shù)字化三維模型，將該模型輸入后期處理軟件，生成所需產(chǎn)品的各個(gè)橫截面數(shù)據(jù)和打印控制代碼后，即可執(zhí)行“打印”操作。

太空3D打印正在受到各個(gè)航天大國青睞。2014年，美國已為國際空間站送去了第一臺太空3D打印機(jī)，并進(jìn)行了測試。中國科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心等機(jī)構(gòu)也在2016年3月宣布，研制出俄羅斯首臺太空3D打印機(jī)，并用拋物線飛行方式完成了微重力環(huán)境下的試驗(yàn)。

但科盧巴耶夫認(rèn)為，要讓太空3D打印真正走向應(yīng)用，還需解決一些技術(shù)細(xì)節(jié)問題。例如，太空3D打印任務(wù)需在與空間站內(nèi)部環(huán)境隔離的條件下實(shí)施，以免生成的廢氣飄散到空間站內(nèi);此外，在地面環(huán)境下，重力有助3D打印機(jī)層層鋪設(shè)的材料粉末及其噴涂的膠水黏合在一起，而在太空失重環(huán)境中，需要對3D打印機(jī)進(jìn)行針對性的改造。

俄科學(xué)院西伯利亞分院強(qiáng)度物理及材料研究所也參與了這項(xiàng)研制。該研究所所長普薩希耶表示，在地面執(zhí)行3D打印時(shí)需用類似吸油煙機(jī)的大功率裝置將打印過程中多余的粉末吸走并過濾，在空間站這種封閉環(huán)境中怎樣實(shí)施這一操作才能確保宇航員的安全，還需進(jìn)一步研究。

俄羅斯載人航天任務(wù)的重要實(shí)施者“能源”集團(tuán)公司也參與了這一3D打印項(xiàng)目，在其支持下，俄研發(fā)單位已向俄航天主管部門遞交了國際空間站試驗(yàn)申請。如果獲批，俄研發(fā)單位將再制作數(shù)臺太空3D打印機(jī)，進(jìn)行多輪地面測試，力爭在2018年年底前將一臺篩選出的3D打印機(jī)送入國際空間站的俄羅斯太空艙。

俄專家認(rèn)為，未來的太空3D打印機(jī)須具備小規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)各種工具、零部件和日常用品的能力，才能成為本世紀(jì)載人考察月球和火星任務(wù)中的標(biāo)配裝備。

俄羅斯研究小組成功進(jìn)行3D打印子彈測試

近日，俄羅斯視角研究基金會對3D打印子彈進(jìn)行了測試。據(jù)悉，這些3D打印的子彈是采用的類似于傳統(tǒng)子彈的制造方式生產(chǎn)的。

據(jù)OFweek3D打印網(wǎng)了解，在不到一個(gè)星期的時(shí)間里，俄羅斯軍方對外宣傳了一些新的3D打印應(yīng)用程序，包括無人機(jī)、坦克、武器等。而3D打印子彈是軋過最新的國防應(yīng)用技術(shù)，它可以為國家的軍隊(duì)提供一種新型的彈藥。據(jù)俄羅斯視角基金會報(bào)告說，他們對3D打印子彈進(jìn)行了大量的測試，并發(fā)現(xiàn)3D打印的子彈在某些方面的表現(xiàn)和現(xiàn)有的子彈一樣好。

據(jù)了解，研究人員使用激光燒結(jié)的形式來創(chuàng)建3D打印子彈，通過層層金屬粉末融合，以創(chuàng)建一個(gè)完整的子彈，與傳統(tǒng)子彈相比，沒有接縫。雖然3D打印對于批量生產(chǎn)金屬部件來說不是最快的方法，但研究表明，其在創(chuàng)建特定的設(shè)計(jì)以及模具是非常高效的一種方式。

3D打印子彈的測試由俄羅斯視角研究基金會與國防研究中心JSCTsniitochmash合作進(jìn)行。射擊實(shí)驗(yàn)表明，子彈具有必要的強(qiáng)度和形式，與其他彈藥一樣能夠有效地工作。研究人員認(rèn)為，激光燒結(jié)技術(shù)將繼續(xù)用于開發(fā)進(jìn)一步的軍事物品。

如果俄羅斯3D打印研究繼續(xù)以目前的速度向前推進(jìn)，該國的軍隊(duì)可能有一天會使用3D打印武器和彈藥。在俄羅斯視角研究基金和JSCTsniitochmash進(jìn)行的3D打印子彈測試之前，AK-47突擊步槍的創(chuàng)造者、傳奇武器制造商KalashnikovConcern在2016年2月建議，它可以使用增材制造打造一種新型的突擊步槍。俄羅斯金屬公司Stankoprom與KalashnikovConcern公司簽訂合同，為新的武器生產(chǎn)3D打印金屬零件。

隨著工業(yè)或消費(fèi)級3D打印機(jī)在俄羅斯的快速興起，該國的國防部門可以說是最大的增材制造研究領(lǐng)域。然而，3D打印的武器已經(jīng)成為世界各地的一個(gè)有爭議的主題，因?yàn)閭€(gè)人可以使用從互聯(lián)網(wǎng)下載的文件在家里打印自己的武器。但早在2016年9月，美國第五巡回上訴法院裁定，在線分發(fā)3D打印槍設(shè)計(jì)是非法的。

俄羅斯計(jì)劃開發(fā)零重力生物3D打印機(jī)

俄羅斯正致力于將3D打印技術(shù)應(yīng)用于航天工業(yè)，并已取得一些成果。2016年3月末，俄羅斯制造的3D打印微型衛(wèi)星Tomsk-TPU-120成功發(fā)射，用于在國際空間站(ISS)內(nèi)制造衛(wèi)星的碳3D打印機(jī)也在研發(fā)過程中。此外，俄羅斯聯(lián)合火箭航天集團(tuán)(USRC)與3D生物打印解決方案(3D Bioprinting Solutions)公司簽訂協(xié)議，共同開發(fā)磁性零重力生物3D打印機(jī)，并計(jì)劃于2018年在國際空間站中投入運(yùn)行。

零重力3D打印技術(shù)將在太空探索中發(fā)揮巨大作用，而且是解決目前火星探索成本高昂問題的關(guān)鍵因素。將必需品運(yùn)送到太空極其昂貴，但如果利用3D技術(shù)，則可以只運(yùn)送少量的原材料，再在空間站進(jìn)行按需制造，從而顯著降低成本，并提高深空探索的效率與靈活性。因此美國、歐洲都在積極開展零重力3D打印研究。

盡管俄羅斯零重力3D打印技術(shù)研發(fā)還未最終取得成功，URSC已經(jīng)開始進(jìn)行更深入的研究，探索生物3D打印技術(shù)，并計(jì)劃開發(fā)一臺磁性生物3D打印機(jī)，用于在太空中制造組織與器官。未來參與火星探索的宇航員無疑將受益于該技術(shù)，但URSC目前希望將該技術(shù)用于監(jiān)測長時(shí)間停留在太空中宇宙輻射對人體組織的影響，以發(fā)展相應(yīng)的防范技術(shù)。

除了生物打印解決方案公司，其他多個(gè)俄羅斯公司也將參與該3D打印機(jī)的開發(fā)與測試過程。URSC總監(jiān)稱零重力生物3D打印技術(shù)的發(fā)展是人類探索其他行星所邁出的重要一步，實(shí)現(xiàn)在載人航天過程中制造人體器官將支持太空探索邁入新的時(shí)代。

零重力生物3D打印技術(shù)還將對地球上制藥技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響，可能會催生新的組織工程學(xué)和再生醫(yī)學(xué)方法與技術(shù)。此外，生物打印解決方案公司相信該技術(shù)也將加速人造組織與器官技術(shù)的發(fā)展。