3DEXPERIENCE下的积层制造与数码工厂

2016/07/11 - DIGITIMES企划

3D打印技术的出现，因为摆脱传统的制造方式，为产品设计带来更多的可能性。达梭系统大中华区技术资深顾问许欲生指出，未来的产品设计及造型不仅将变得更多样且更为大胆，投入3D打印领域的经营者，也将不在仅限于个人，未来的3D打印市场也将不再只是强调少量多样，大量定制化的产业需求如医疗制造，将会是3D打印未来的发展趋势，积层制造技术也机会变得更加重要。

许欲生指出，3D打印之所以会被视为新一代的工业革命，是因为除了已经可以轻易地让设计者直接掌控商品制造的阶段外，崭新的制造机器、方式及设计，已经形成崭新的生态圈，而从达梭系统的角度来观察，其实每一个行业都在尝试3D打印，想看看3D打印可以为该行业带来什麽样的新面貌。

但3D打印目前仍有许多挑战仍待解决。以积层制造技术为例，许欲生指出，首先需要考虑材料特性(Material)，包括探索各种新型材料，掌握这些新型材料的使用性能及对产品组成过程的影响，以及健康和安全的相关问题等。

接下来要考虑设计(Design)，如何为了符合新的造型，就得有新的方式来建模，如何能够更快速的交付设计，让产品设计拥有更有机的形状，同时还能为设计规范增加制造设计相关的规则。

接下来是准备的阶段(Preparation)，因为打印时仍可能会碰到一些困难，如倾倒、变形等，因此在送到打印机之前，仍需要做好准备，包括如何确保该制造的部分确定可以生产，提供相应的维修服务，定义和模拟前期的沉积策略(deposition strategy)等。

然后就是制造(Manufacturing)阶段，目标在于找出将产品完成的最适合制程，包括克服高制作成本、具有竞争力的产品循环寿命、品质控制标准化等。

最后则是车间管理(Shopfloor)，必须要设法蒐集每一个阶段的数据，才能做到标准化过程检验和品质控管，并依照数据改进工艺，设法减少更多的后处理步骤。

许欲生指出，达梭系统针对前述五个阶段都已有对应的解决方案。首先是基础材料研究(In-Silico Material Engineering)，可以透过模拟实验室的方式，了解各种材料在不同的温度所产生的各种变化，让创客可以掌握处理材料的微观结构，并借此找出材料更广泛的可能用途。

其次是功能生成设计解决方案(Functional Generative Design)，可透过分析手法，找出最能符合强度的形状。许欲生表示，创客可以透过网格方式组成一个3D模型，就可以转换成3D打印的格式，产生各种意想不到的形状，以及功能性组合，找到最省材料、最有效能的造型设计。

第三个解决方案是制造流程定义及模拟系统(Manufacturing Process Definition & Simulation)，除了确保产品设计可以打印外，同时希望能够透过工艺与品质控管，能够确保产品打印出来的品质符合要求，找出误差最小的打印方式，以达到重复性高、生产率高的双重目标。

第四个是全球生产系统(Global Production System)，可以随时监控，控制制造现场的各种状况，确保机器的使用效益，处理各种制造问题，必要时可以停止生产，修正问题，进而达到制造最佳化。

第五个是协同制作平台(Additive Manufacturing HUB)，目标除了要能够连接相关的生态圈外，还要确保所提供的服务品质能够达到最佳化的要求。

许欲生更进一步说明快速建模解决方案的特色，如用软件完成设计流程(Functional Generative Design Workflow)，可以找出设计最佳化，减轻产品重量，而且扣件也更少，重量甚至可以减少一半。

积层制造技术发展快速，目前已出现许多格式，其中最标准的格式就是STL。许欲生强调，积层制造虽然可以减少制造流程，但还是需要一定的制程，做好调整，才能达到最佳的制造效果。

许欲生指出，工业4.0目前已经成为全球制造业关注的焦点，由于其价值在于贯穿价值链的工程和制造领域的数码化整合(端到端工程数码化)，未来甚至可能进一步发展成3D模拟工厂，相关解决方案值得各界关注。


图说：达梭系统大中华区技术资深顾问许欲生。