趋势分析｜从控制和设计软件看3D打印最新发展趋势

摘要

3D打印软件工具为提高速度、质量、降低材料的浪费，并适应材料的多样性，正变得更复杂、集成度更高。自动化和控制是如何推进增材制造的发展进步呢？

随着3D打印技术的不断发展进步，增材制造将与控制和设计软件更紧密的结合在一起，帮助制造企业提高联合创新效率，缩短从概念到零件生产的时间。

本文将从三个视角来介绍增材制造的最新进展，包括西门子公司新推出的为全球增材制造市场提供全面支持的平台，ASTM国际组织制定的增材制造新标准，以及卡内基梅隆大学下一代生产制造中心在增材制造的材料、设计、过程等方面所进行的探索性研究。

数字化协作平台

为了促进工具集成，支持全球增材制造业的发展，在2017年4月举办的汉诺威工业博览会上，西门子推出了全新的线上协作平台，旨在将定制化的产品设计和3D打印引入全球制造行业。西门子数字化零件制造平台，由Siemens PLM Software开发，对全球的制造业从业者开放，可多方参与，以求资源利用的最大化、共享增材制造的专业知识，并扩大商业机会。

第一台3D打印的旋转燃气涡轮发动机叶片SGT400第一级燃机叶片由西门子附属公司Materials Solutions生产。Siemens PLM Software的NX软件在后台运行。预计将于2018年推出的西门子零部件制造平台，旨在以新的方式连接成员，以推进增材制造在生产领域中的应用。图片来源：西门子

平台可为零件买家与小型工厂建立联系，让参与其中的各方都能根据需要进行零件的3D打印制造。此外，该零件制造平台还提供协同能力，提高联合创新效率，促进3D打印成为工业零件的主流制造方法。

改进生产制造流程

增材制造市场涉及的参与者有着多样性的需求，这些参与者包括设计师、工程师、制造商、3D打印机的OEM、物料供应商以及软件供应商等。Siemens PLM Software总裁兼首席执行官Tony Hemmelgarn说：“西门子能够为分布式工业增材制造和联合创新提供完整、无缝的技术解决方案。平台旨在即时共享想要抓住商业机会所需的人才、技术、设备和专业知识。”

预计该平台将打造一个线上生态系统，由不同领域的优秀人才组成，包括产品设计人员、车间、零件买家、3D打印机的OEM、物料供应商、专业服务供应商以及小型工厂等。所有人可即时互相沟通，通过最新的增材制造软件工具发起产品的联合创新。

更便捷的连接所带来的优势可能包括：连接更多的设计专家、零件买家和服务；增强工作调度效率，减少为获得终端零件生产所需花费的时间，以及更高的机器利用率，更易于获得最新的系统、技术和专业知识，以便于工业零件的重复生产。

西门子正在开发一个新的在线协同制造平台，旨在提供一种能够连接全球生产制造领域成员的社区环境。这个新的合作平台，将有助于简化重新设计产品的协同创新，推动3D打印技术被接纳为一种主流的合作创新生产方法。图片来源：西门子

增材制造新标准

在2017年5月份举办的匹兹堡RAPID+TCT增材制造会议上，标准成为了讨论的重点议题之一。ASTM国际增材制造项目主任Mohsen Seifi博士介绍，美国材料与试验协会（ASTM）国际组织和国际标准化组织（ISO）已达成协议，共同制定开发增材制造标准的最新框架协议。

这些努力旨在协调进料、工艺、设备、成品部件特性等相关标准的制定，同时支持航空航天、医疗器械、汽车、和其它行业标准的制定。

ASTM国际组织致力于创建一个增材制造的标准化路线图，该计划由增材制造标准协同开发（AMSC）组织制定，ASTM国际组织的发展运营总监Pat Picariello 解释道。ASTM国际组织F42增材制造标准化专委会成立于2009年，截至2016年2月，专委会吸引了来自22个国家的417家独立成员和组织。

金属3D打印： 卡内基梅隆大学的下一代生产制造中心，使用直接金属工艺可以创建各种金属部件。整合从部件的生产过程中采集的数据，可以获得对技术更完整的认识。

未来的增材制造

RApID+TcT会议的另外一个重点是增材制造学术研究。研讨会由卡内基梅隆大学下一代生产制造中心主办，重点讨论了增材制造技术，培养行业、政府和非营利部门之间的协作。演讲者包括来自通用电气、ANSYS、Arconi、ATI Powder Metals等公司的顶级业内人士，以及来自卡内基梅隆大学、宾夕法尼亚州立大学和匹兹堡大学的研究人员等。

CONTROL ENGIN-EERING向两位会议演讲人征询了一些建议，希望基于他们各自的研究和实际经验，给出关于3D打印的一些趋势和看法。

卡内基梅隆大学机械工程系教授、下一代生产制造中心的主任Jack Beuth博士认为，“过程监测和控制，或许是目前增材制造研究领域中最重要的部分，它在未来10年或更长的时间内，将会成为持续创新的驱动力。”

此外，Beuth指出，“金属行业的企业，应该认真对待增材制造，持续收集信息，并继续重新评估增材制造最可能以何种形式影响他们的企业。这个过程变化非常迅速，我们所看到的一切都告诉我们，变化的速度将会加快。”

3D打印蓝图：卡内基梅隆大学的下一代生产制造中心正在开发一种新的实现金属增材制造的方法——融合过程数据，以获得对技术的全面了解。图片来源：卡内基梅隆大学工程学院

卡内基梅隆大学材料科学和工程教授Anthony Rollett博士，也是下一代生产制造中心的副主任，他建议，“粉末床设备的用户去了解：为他们的特定机器构建一个完善的工艺窗口要基于过程的物理特性。 通过关注各种细节，可以不断扩展这个工艺窗口。”

本文来自于《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China）2017年11-12月刊《封面故事》栏目，原标题为：增材制造的最新发展趋势

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