金屬增材制造（Additive Manufacturing）工藝有巨大的可能性，該技術(shù)為零件整合和輕量化創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，結(jié)合了傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)法復(fù)制的有機(jī)結(jié)構(gòu)。它為高級(jí)定制、小批量生產(chǎn)甚至批量生產(chǎn)打開(kāi)了大門(mén)。它可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速原型設(shè)計(jì)和更快的迭代。它減少了浪費(fèi)、庫(kù)存和能源消耗。它成熟、易于使用，并廣泛應(yīng)用于眾多制造應(yīng)用中，可以從根本上改變各個(gè)行業(yè)的生產(chǎn)方式。那么，為什么增材制造在金屬制造方面的增長(zhǎng)仍然如此緩慢呢？市場(chǎng)規(guī)模的差距非常明顯。據(jù)了解，2021年全球金屬增材制造市場(chǎng)價(jià)值為25億美元，而全球塑料增材制造市場(chǎng)價(jià)值為456億美元，是同類(lèi)市場(chǎng)的近20倍。

軟件公司Oqton希望加快金屬增材制造技術(shù)的推廣，他們認(rèn)為新一代軟件是推動(dòng)3D打印金屬工件全面普及的關(guān)鍵。

軟件可以促進(jìn)利用只有增材制造才能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜幾何形狀（Courtesy Oqton）

Oqton的CEO Ben Schrauwen近日在《Metal AM》詳細(xì)分析了當(dāng)前制約金屬增材制造發(fā)展的核心難題：生產(chǎn)穩(wěn)定性欠缺、成本過(guò)高、專(zhuān)業(yè)人才缺口：

• 生產(chǎn)穩(wěn)定性欠缺：不同機(jī)器、不同時(shí)間、不同地點(diǎn)印制的工件質(zhì)量存在差異，重復(fù)性不高。

• 成本高：金屬材料、設(shè)備、人力成本居高不下，每個(gè)零件的成本仍很高。

• 專(zhuān)業(yè)技能人才稀缺：金屬增材制造的設(shè)計(jì)和流程需要大量專(zhuān)業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，掌握者寥寥。

Schrauwen認(rèn)為，目前缺少的是同時(shí)解決所有這三個(gè)挑戰(zhàn)的方法，使制造商能夠提高可重復(fù)性，提高成本效率，并使金屬增材制造更容易被更廣泛的專(zhuān)業(yè)人士使用。

傳統(tǒng)的制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES) 暗示了正確的想法，但它們的設(shè)計(jì)根本無(wú)法利用有助于提高金屬增材制造零件和產(chǎn)品質(zhì)量、大幅縮短交貨時(shí)間并更有效地響應(yīng)客戶要求的流程。

幸運(yùn)的是，新一代軟件已經(jīng)到來(lái)。這些新系統(tǒng)充分利用金屬增材制造的固有優(yōu)勢(shì)，解決當(dāng)前的所有挑戰(zhàn)，并為更高效和創(chuàng)新的未來(lái)指明道路。讓我們來(lái)看看下一代軟件將如何推動(dòng)金屬增材制造更快、更深入的采用。?

人工智能，更具體地說(shuō)是機(jī)器學(xué)習(xí)，可以大大降低金屬增材制造工作流程的復(fù)雜性。當(dāng)結(jié)合在同一軟件系統(tǒng)中時(shí)，這些技術(shù)有助于為快速、靈活和（在某些情況下）完全自主的金屬增材制造生產(chǎn)鋪平道路（Courtesy Oqton）

人工智能

AI和ML技術(shù)大幅降低工作流程的復(fù)雜度，不僅專(zhuān)家，更多用戶也可以上手。AI驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化可處理許多流程：

• 自動(dòng)分類(lèi)工件，確定后續(xù)生產(chǎn)路徑

• 識(shí)別工件的關(guān)鍵區(qū)域，指導(dǎo)支撐生成

• 推薦最佳的成型方向

• 優(yōu)化零件在系統(tǒng)上的排版，提高機(jī)器產(chǎn)能

在AI支撐下，不同水平的用戶都可以提高工作效率。最終，AI軟件可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)，優(yōu)化無(wú)人值守制造。

將盡可能多的零件裝入增材制造機(jī)器有助于增加產(chǎn)量并降低成本。人工智能技術(shù)可以提供優(yōu)化的 2D 和 3D 排版方案，以提高機(jī)器產(chǎn)量，例如interlocking排版（Courtesy Oqton）

云系統(tǒng)

下一代金屬增材制造軟件的設(shè)計(jì)更加模塊化和基于服務(wù)，允許單個(gè)組件隨著制造企業(yè)需求的變化而擴(kuò)大或縮小，云對(duì)于這種輕松的可擴(kuò)展性至關(guān)重要。

事實(shí)上，云是工業(yè)4.0的關(guān)鍵技術(shù)之一。它看起來(lái)似乎是一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)發(fā)，但它對(duì)制造業(yè)的影響是巨大的，因?yàn)樗_(kāi)創(chuàng)了軟件即服務(wù) (SaaS) 的時(shí)代，這使得制造企業(yè)可以僅通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)處理來(lái)自不同站點(diǎn)的相同文件連接和瀏覽器。

這意味著無(wú)需在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行軟件，也就意味著您無(wú)需購(gòu)買(mǎi)、安裝、維護(hù)或升級(jí)服務(wù)器機(jī)架，這對(duì)于降低總體擁有成本（TCO）有明顯的效果。

但對(duì)于考慮金屬增材制造的商店來(lái)說(shuō)，更重要的是，云意味著您可以確保在兩個(gè)不同站點(diǎn)制造的兩個(gè)零件將以完全相同的方式、相同的所需機(jī)器和材料配置從完全相同的文件打印，確保一致性和可重復(fù)性。

數(shù)據(jù)安全

對(duì)于使用SaaS的制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，存儲(chǔ)在云中的信息的安全性是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)榻饘僭霾闹圃旃ぷ髁鞒讨械哪Ｐ痛碇鴺O其寶貴的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。為了推進(jìn)下一代軟件解決方案，制造企業(yè)需要確信這些數(shù)據(jù)將保持安全、可靠和私密。

Schrauwen指出，如果采取正確的措施，云通常是存儲(chǔ)有價(jià)值數(shù)據(jù)的最安全選擇。云服務(wù)供應(yīng)商提供數(shù)據(jù)備份、加密、訪問(wèn)控制、ISO 27001等等安全認(rèn)證和規(guī)范，對(duì)許多制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，云服務(wù)比自主的數(shù)據(jù)中心建設(shè)方式更安全、更經(jīng)濟(jì)：

• 減輕企業(yè)專(zhuān)業(yè)人才缺口負(fù)擔(dān)：

制造企業(yè)通常不是數(shù)據(jù)安全專(zhuān)家，創(chuàng)建一個(gè)成熟的數(shù)據(jù)安全管理團(tuán)隊(duì)的成本太高。將數(shù)據(jù)移至云端將安全責(zé)任轉(zhuǎn)移給 SaaS 供應(yīng)商，這些供應(yīng)商專(zhuān)注于備份文件以實(shí)現(xiàn)冗余以及保護(hù)數(shù)據(jù)免受各種威脅。

• 控制：

不久前，較為保守的制造企業(yè)相信本地網(wǎng)絡(luò)和本地存儲(chǔ)是準(zhǔn)確了解誰(shuí)在何時(shí)訪問(wèn)哪些數(shù)據(jù)的唯一方法。事實(shí)上，云系統(tǒng)提供相同的控制、訪問(wèn)和審計(jì)功能。如今，大大小小的企業(yè)都可以安全地使用這些服務(wù)。

• 認(rèn)證：

安全認(rèn)證是通過(guò)第三方審計(jì)、判定服務(wù)商已采取正確的安全措施、符合權(quán)威安全規(guī)范的證明。最著名的云安全認(rèn)證是起源于美國(guó)的SOC 2和流行于歐洲的ISO 27001。其中SOC 2 被認(rèn)為是“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，它描述了確保服務(wù)提供商安全地管理信息的審核程序。審核員評(píng)估 SaaS 提供商確保安全性、可用性、處理完整性、機(jī)密性和隱私的程度。審核員根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)頒發(fā)證書(shū)。

• 加密：

云SaaS 提供商應(yīng)對(duì)傳輸中的數(shù)據(jù)（當(dāng)數(shù)據(jù)從計(jì)算機(jī)移動(dòng)到云時(shí)）和存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。此外，文件應(yīng)始終首先加密、然后存儲(chǔ)，而不是相反。

超越網(wǎng)格面片：混合建模思想

增材制造利用復(fù)雜的晶格結(jié)構(gòu)、三周期最小表面 (TPMS)、填充物、腹板線（weblines）和其他有機(jī)幾何形狀，為設(shè)計(jì)和生產(chǎn)金屬零件創(chuàng)造了前所未有的機(jī)會(huì)，從而突破了創(chuàng)新的極限。

這些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)使設(shè)計(jì)師能夠創(chuàng)造出性能更好的零件。設(shè)計(jì)人員可以追求輕量化、零件一體成型、拓?fù)鋬?yōu)化、更優(yōu)秀的熱管理，甚至是更有利于骨長(zhǎng)入的接骨植入物。

復(fù)雜設(shè)計(jì)技術(shù)更廣泛接受的障礙是軟件。許多解決方案只能創(chuàng)建單一類(lèi)型的幾何表示，而為了設(shè)計(jì)和打印高性能零件，工程師可以使用幾何形狀的組合。因此，設(shè)計(jì)師和工程師必須在多個(gè)軟件解決方案之間切換，以管理單個(gè)零件中不同類(lèi)型的幾何形狀。

下一代軟件正在通過(guò)混合建模來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，混合建模能夠在單一解決方案中容納所有文件格式和幾何形狀。

混合建模結(jié)合了各種幾何設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)，因此可以將它們編輯并從其原始格式轉(zhuǎn)換為打印指令。這意味著制造企業(yè)可以使用復(fù)雜晶格的隱式建模、用于與進(jìn)氣口平滑連接的實(shí)體（CAD 或 BRep）模型、用于定制零件的網(wǎng)格或用于無(wú)限幾何公式的體素網(wǎng)格。設(shè)計(jì)完成后，統(tǒng)一的數(shù)據(jù)可以無(wú)縫流入金屬增材制造系統(tǒng)，不需要重復(fù)轉(zhuǎn)換。

提升質(zhì)量穩(wěn)定性

由于過(guò)程中存在大量變量，重復(fù)性問(wèn)題是金屬增材制造所固有的，每個(gè)變量都是在不同時(shí)間、不同地點(diǎn)在不同機(jī)器上制造一致的高質(zhì)量零件的一個(gè)弱點(diǎn)。

端到端軟件系統(tǒng)增加整個(gè)金屬增材制造工作流程的可視性和控制。自動(dòng)化報(bào)告追蹤每個(gè)流程步驟，洞察效率改進(jìn)。傳感監(jiān)控和構(gòu)建分析幫助盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

全流程自動(dòng)化確保不同工件、機(jī)器和地點(diǎn)保持最佳一致性，最大限度提高可重復(fù)性，減少人為錯(cuò)誤。

帶有實(shí)時(shí)儀表板的端到端增材制造解決方案可通過(guò)有關(guān)增材制造機(jī)器、后處理設(shè)備、機(jī)器狀態(tài)、時(shí)間表和傳感器數(shù)據(jù)的信息全面洞察流程（Courtesy Oqton）

新一代質(zhì)量控制

現(xiàn)代質(zhì)量管理工具使問(wèn)題檢測(cè)和早期糾正更容易，避免昂貴的報(bào)廢和后處理。例如，報(bào)告結(jié)合掃描分析和日志數(shù)據(jù)判斷變形的根本原因。操作員可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器工件的磨損趨勢(shì)。

產(chǎn)程協(xié)同與快速?gòu)?fù)制

AI軟件系統(tǒng)不僅提高了透明度和預(yù)防錯(cuò)誤，還使制造商能夠在人工智能的幫助下快速開(kāi)發(fā)和部署高效的工作流程，適應(yīng)變化的業(yè)務(wù)需求。在經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的生產(chǎn)模板基礎(chǔ)上，制造企業(yè)可以應(yīng)用金屬增材制造到新用途，無(wú)需從零開(kāi)發(fā)。AI幫助高效、低浪費(fèi)地編排流程，降低總成本。

通過(guò)降低總擁有成本促進(jìn)增材制造發(fā)展

上述功能綜合作用，通過(guò)降低總體擁有成本來(lái)減少金屬增材制造的采用障礙。流程優(yōu)化降低人工成本，云系統(tǒng)降低基礎(chǔ)設(shè)施投入，AI提升質(zhì)量和產(chǎn)量，一致性流程減少材料和時(shí)間浪費(fèi)。

單獨(dú)來(lái)看，其中每一項(xiàng)都可能不足以支持金屬增材制造。但下一代軟件在單一解決方案中提供了所有這些優(yōu)勢(shì)，這確實(shí)可以改變投資回報(bào)率方程，對(duì)金屬增材制造有利。

對(duì)于正在考慮金屬增材制造的制造企業(yè)，這類(lèi)新軟件有望扭轉(zhuǎn)他們的成本預(yù)測(cè)。通過(guò)協(xié)調(diào)和改進(jìn)每個(gè)步驟，這些解決方案使金屬增材制造比以往任何時(shí)候都更易獲取和經(jīng)濟(jì)。

Schrauwen重申了軟件公司Oqton的愿景：“當(dāng)前缺少的是同時(shí)解決一致性、成本和專(zhuān)業(yè)性等難題的方法。新一代軟件以統(tǒng)一系統(tǒng)提供所有這些優(yōu)勢(shì)，可以徹底改變金屬增材制造的方程式。”

如果成功，Oqton的方法可能大大拓展金屬增材制造在更多應(yīng)用和行業(yè)中的實(shí)際采用。結(jié)合人工智能、云系統(tǒng)和連接工作流程的優(yōu)勢(shì)，新軟件似乎準(zhǔn)備好釋放工業(yè)3D打印金屬的真正潛力。

注：本文內(nèi)容由3D打印技術(shù)參考整理編輯，轉(zhuǎn)載請(qǐng)點(diǎn)擊轉(zhuǎn)載須知。