3D打印與傳統(tǒng)制造相結(jié)合，西門子的無縫銜接

西門子的新軟件首次使增材制造和傳統(tǒng)制造技術(shù)結(jié)合起來，從而為大眾市場生產(chǎn)個性化產(chǎn)品。西門子集成了增材制造到其NX軟件套件的產(chǎn)品中。與傳統(tǒng)的制造技術(shù)不同，3D打印對產(chǎn)品的復(fù)雜性設(shè)計限制很少，這為批量定制化產(chǎn)品的生產(chǎn)打開了大門。

圖：西門子拓撲優(yōu)化的設(shè)計（右）

傳統(tǒng)CAD技術(shù)本身就是為了支持傳統(tǒng)制造方法而創(chuàng)造的。因此，若要使用它們?yōu)樵霾闹圃爝M行設(shè)計優(yōu)化，其局限性自然顯露無疑。一個明顯的障礙是如何整合傳統(tǒng)和增材制造技術(shù)，3D打印使用完全不同的設(shè)計技術(shù)，甚至打印機讀取的數(shù)據(jù)格式也與傳統(tǒng)制造完全不同。在產(chǎn)品開發(fā)過程的各個階段，如何無縫記錄所有產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)，將增材制造工藝整合到這些系統(tǒng)中，成為制造商迫切需要的解決方案。西門子現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出能彌補這一差距的軟件，從而使得設(shè)計開發(fā)者無需費力地在不同的數(shù)據(jù)格式之間來回轉(zhuǎn)換。

輕量化工程的反思
與傳統(tǒng)的制造技術(shù)，如銑削、噴涂、沖壓和鑄造相比，3D打印帶來產(chǎn)品形狀的自由度。其結(jié)果是有可能創(chuàng)建具有空腔或蜂窩結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新型輕量化零件。這使得3D打印在汽車和航空航天工業(yè)擁有廣闊的應(yīng)用前景，然而許多3D打印技術(shù)的優(yōu)越之處被無法達到與傳統(tǒng)制造方法一樣的精度抵消了，對于生產(chǎn)企業(yè)來說，引用3D打印技術(shù)就需要克服這項技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中的障礙。

端到端的數(shù)據(jù)格式
為了將3D打印集成到工業(yè)生產(chǎn)過程中必須面對的挑戰(zhàn)之一是傳統(tǒng)的CAD技術(shù)是面向針對性的制造技術(shù)，并產(chǎn)生精確定義的幾何形狀。相比之下，3D打印設(shè)計則常采用面結(jié)合多面體來創(chuàng)建任意形狀，在制造過程中通過分層方法來層層制造出來。然而，3D打印設(shè)計的自由度雖然是一大優(yōu)點，但目前3D打印通常無法實現(xiàn)傳統(tǒng)的機加工制造技術(shù)所達到的精度。

作為制造工藝之間的銜接需要，西門子已經(jīng)開發(fā)了一個全新的系統(tǒng)稱為Convergent Modeling，現(xiàn)在是西門子NX的一部分，產(chǎn)品開發(fā)人員可以使用他們熟悉的CAD程序來設(shè)計3D打印產(chǎn)品，而無需轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，新系統(tǒng)確保所有產(chǎn)品相關(guān)信息可以無縫追蹤。

全新的設(shè)計可能性
西門子Convergent Modeling消除了格式轉(zhuǎn)換間的局限，為設(shè)計人員提供操作靈活性，讓他們可以利用增材制造所提供的材料和工藝，快速創(chuàng)建新型的最優(yōu)形狀。

Convergent Modeling的一大建模方法被稱之為“創(chuàng)成式設(shè)計-Generative Design”，在這種方法下，開發(fā)設(shè)計人員可以專注于產(chǎn)品所要達到的性能，而無需像傳統(tǒng)設(shè)計模式那樣考慮太多的加工限制。例如，在連接件的建模情況下，設(shè)計人員只需要輸入零件的可用空間、連接到其它組件的連接點以及作用于連接點上的力，系統(tǒng)會去運算建模結(jié)果。

NX提供了一個特殊的程序稱為拓撲優(yōu)化，針對特定的產(chǎn)品功能自動計算出設(shè)計模型。這種方法創(chuàng)造的產(chǎn)品比傳統(tǒng)制造的產(chǎn)品輕很多，但機械性能同樣強大。此外，通過將后期的機械加工要求考慮進來，可以使3D打印設(shè)計的幾何形狀更為精確，滿足后期如銑削、鉆孔等需要。

Convergent Modeling也簡化了掃描數(shù)據(jù)的處理過程。醫(yī)療、汽車和消費品等不同行業(yè)的用戶越來越多地在設(shè)計過程中使用掃描3D數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)而言，對現(xiàn)有設(shè)計進行逆向工程是一個成本頗高、極其復(fù)雜的過程，不規(guī)則的形狀尤其需要進行大量返工，才能用于3D打印、模具設(shè)計、分析以及其它用途。逆向工程的相關(guān)過程需要花費數(shù)天乃至數(shù)周的時間才能完成。但是利用Convergent Modeling，可以將掃描數(shù)據(jù)作為小面引入，在NX 11中直接進行操作，由此消除映射曲面、創(chuàng)建實體、以及人工創(chuàng)建任何其他形狀的步驟，進而大幅減少上述返工。

重要的工業(yè)合作伙伴
Convergent Modeling正在促進增材制造向傳統(tǒng)制造工業(yè)過程的整合。西門子與世界上最大的機床制造商通快合作，將通快的激光金屬打印設(shè)備配備了NX工作站。其結(jié)果是可以通過NX直接控制3D打印機，完成CAD-CAE-CAM的過程。此外，西門子還與3D打印專家Stratasys公司合作，將有可能通過NX直接操作各種Stratasys打印機。

總之，Convergent Modeling有望顯著的節(jié)約時間和成本，幫助消除易于出錯的返工階段，而這以往是處理掃描幾何體時的常見問題。此外，這一新技術(shù)消除了傳統(tǒng)CAD建模的限制，為3D打印進行零件優(yōu)化。NX11簡化了設(shè)計流程，并為增材制造的發(fā)展提供支持，幫助企業(yè)將產(chǎn)品開發(fā)的創(chuàng)造性提升至全新的高度。

圖片來源：西門子
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