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长文：“新一代软件”是金属增材制造未来发展的关键一环

晰数塔互联网快讯
2023-08-29 13:49

金属增材制造（Additive Manufacturing）工艺有巨大的可能性，该技术为零件整合和轻量化创造了机会，结合了传统技术无法复制的有机结构。它为高级定制、小批量生产甚至批量生产打开了大门。它可以在设计过程中实现快速原型设计和更快的迭代。它减少了浪费、库存和能源消耗。它成熟、易于使用，并广泛应用于众多制造应用中，可以从根本上改变各个行业的生产方式。那么，为什么增材制造在金属制造方面的增长仍然如此缓慢呢？市场规模的差距非常明显。据了解，2021年全球金属增材制造市场价值为25亿美元，而全球塑料增材制造市场价值为456亿美元，是同类市场的近20倍。

软件公司Oqton希望加快金属增材制造技术的推广，他们认为新一代软件是推动3D打印金属工件全面普及的关键。

软件可以促进利用只有增材制造才能实现的复杂几何形状（Courtesy Oqton）

Oqton的CEO Ben Schrauwen近日在《Metal AM》详细分析了当前制约金属增材制造发展的核心难题：生产稳定性欠缺、成本过高、专业人才缺口：

生产稳定性欠缺：不同机器、不同时间、不同地点印制的工件质量存在差异，重复性不高。

成本高：金属材料、设备、人力成本居高不下，每个零件的成本仍很高。

专业技能人才稀缺：金属增材制造的设计和流程需要大量专业知识和经验，掌握者寥寥。

Schrauwen认为，目前缺少的是同时解决所有这三个挑战的方法，使制造商能够提高可重复性，提高成本效率，并使金属增材制造更容易被更广泛的专业人士使用。

传统的制造执行系统 (MES) 暗示了正确的想法，但它们的设计根本无法利用有助于提高金属增材制造零件和产品质量、大幅缩短交货时间并更有效地响应客户要求的流程。

幸运的是，新一代软件已经到来。这些新系统充分利用金属增材制造的固有优势，解决当前的所有挑战，并为更高效和创新的未来指明道路。让我们来看看下一代软件将如何推动金属增材制造更快、更深入的采用。

人工智能，更具体地说是机器学习，可以大大降低金属增材制造工作流程的复杂性。当结合在同一软件系统中时，这些技术有助于为快速、灵活和（在某些情况下）完全自主的金属增材制造生产铺平道路（Courtesy Oqton）

人工智能

AI和ML技术大幅降低工作流程的复杂度，不仅专家，更多用户也可以上手。AI驱动的自动化可处理许多流程：

自动分类工件，确定后续生产路径

识别工件的关键区域，指导支撑生成

推荐最佳的成型方向

优化零件在系统上的排版，提高机器产能

在AI支撑下，不同水平的用户都可以提高工作效率。最终，AI软件可以实现全自动化生产，优化无人值守制造。

将尽可能多的零件装入增材制造机器有助于增加产量并降低成本。人工智能技术可以提供优化的 2D 和 3D 排版方案，以提高机器产量，例如interlocking排版（Courtesy Oqton）

云系统

下一代金属增材制造软件的设计更加模块化和基于服务，允许单个组件随着制造企业需求的变化而扩大或缩小，云对于这种轻松的可扩展性至关重要。

事实上，云是工业4.0的关键技术之一。它看起来似乎是一个简单的开发，但它对制造业的影响是巨大的，因为它开创了软件即服务 (SaaS) 的时代，这使得制造企业可以仅通过互联网处理来自不同站点的相同文件连接和浏览器。

这意味着无需在现场运行软件，也就意味着您无需购买、安装、维护或升级服务器机架，这对于降低总体拥有成本（TCO）有明显的效果。

但对于考虑金属增材制造的商店来说，更重要的是，云意味着您可以确保在两个不同站点制造的两个零件将以完全相同的方式、相同的所需机器和材料配置从完全相同的文件打印，确保一致性和可重复性。

数据安全

对于使用SaaS的制造企业来说，存储在云中的信息的安全性是一个关键问题，因为金属增材制造工作流程中的模型代表着极其宝贵的知识产权。为了推进下一代软件解决方案，制造企业需要确信这些数据将保持安全、可靠和私密。

Schrauwen指出，如果采取正确的措施，云通常是存储有价值数据的最安全选择。云服务供应商提供数据备份、加密、访问控制、ISO 27001等等安全认证和规范，对许多制造企业来说，云服务比自主的数据中心建设方式更安全、更经济：

减轻企业专业人才缺口负担：

制造企业通常不是数据安全专家，创建一个成熟的数据安全管理团队的成本太高。将数据移至云端将安全责任转移给 SaaS 供应商，这些供应商专注于备份文件以实现冗余以及保护数据免受各种威胁。

控制：

不久前，较为保守的制造企业相信本地网络和本地存储是准确了解谁在何时访问哪些数据的唯一方法。事实上，云系统提供相同的控制、访问和审计功能。如今，大大小小的企业都可以安全地使用这些服务。

认证：

安全认证是通过第三方审计、判定服务商已采取正确的安全措施、符合权威安全规范的证明。最著名的云安全认证是起源于美国的SOC 2和流行于欧洲的ISO 27001。其中SOC 2 被认为是“黄金标准”，它描述了确保服务提供商安全地管理信息的审核程序。审核员评估 SaaS 提供商确保安全性、可用性、处理完整性、机密性和隐私的程度。审核员根据他们的发现颁发证书。

加密：

云SaaS 提供商应对传输中的数据（当数据从计算机移动到云时）和存储的数据进行加密。此外，文件应始终首先加密、然后存储，而不是相反。

超越网格面片：混合建模思想

增材制造利用复杂的晶格结构、三周期最小表面 (TPMS)、填充物、腹板线（weblines）和其他有机几何形状，为设计和生产金属零件创造了前所未有的机会，从而突破了创新的极限。

这些独特的结构使设计师能够创造出性能更好的零件。设计人员可以追求轻量化、零件一体成型、拓扑优化、更优秀的热管理，甚至是更有利于骨长入的接骨植入物。

复杂设计技术更广泛接受的障碍是软件。许多解决方案只能创建单一类型的几何表示，而为了设计和打印高性能零件，工程师可以使用几何形状的组合。因此，设计师和工程师必须在多个软件解决方案之间切换，以管理单个零件中不同类型的几何形状。

下一代软件正在通过混合建模来解决这个问题，混合建模能够在单一解决方案中容纳所有文件格式和几何形状。

混合建模结合了各种几何设计和数据，因此可以将它们编辑并从其原始格式转换为打印指令。这意味着制造企业可以使用复杂晶格的隐式建模、用于与进气口平滑连接的实体（CAD 或 BRep）模型、用于定制零件的网格或用于无限几何公式的体素网格。设计完成后，统一的数据可以无缝流入金属增材制造系统，不需要重复转换。

提升质量稳定性

由于过程中存在大量变量，重复性问题是金属增材制造所固有的，每个变量都是在不同时间、不同地点在不同机器上制造一致的高质量零件的一个弱点。

端到端软件系统增加整个金属增材制造工作流程的可视性和控制。自动化报告追踪每个流程步骤，洞察效率改进。传感监控和构建分析帮助尽早发现问题。

全流程自动化确保不同工件、机器和地点保持最佳一致性，最大限度提高可重复性，减少人为错误。