技術中心
什么是工業(yè)級3D打印機？工業(yè)3D打印機有什么用？
文章導讀：
對行業(yè)略加深入了解你就會發(fā)現(xiàn)，3D打印是增材制造技術的統(tǒng)稱，在這個大的技術框架下，有各種不同的技術，對應不同的材料，然后對接不同的應用場景，又根據(jù)用戶的需求分為消費級的桌面3D打印機和工業(yè)級的專業(yè)3D打印機，這兩大類是完全不同的體系，可以理解為小皮卡和重型運輸車的區(qū)別。
利用設計優(yōu)化和3D打印做的優(yōu)化的汽車構架方案
工業(yè)級3D打印機目前主要加工高分子材料和金屬材料，也是傳統(tǒng)制造業(yè)中使用量最大的原材料，我們身邊的手機、電腦、家電、汽車，大部分零件不是金屬就是塑料，所以在傳統(tǒng)制造業(yè)的體系中，塑料和金屬這兩類材料是無法繞開的。
化工巨頭巴斯夫的材料體系
高分子材料加工的零件
然而，在傳統(tǒng)鑄造、機加工和注塑等傳統(tǒng)加工工藝中，有完整且成熟的工藝流程以及專業(yè)軟件做支撐，更重要的是，傳統(tǒng)加工工藝不僅僅有理論基礎，還有有著更豐富的實踐經(jīng)驗做支撐。
傳統(tǒng)的減材制造加工方式
傳統(tǒng)CNC加工制作的模具
作為未來與減材制造（CNC）、等材制造（鑄造）同臺競技的增材制造（3D打?。谡麄€應用端實現(xiàn)高效、高質量的加工服務，從設計端發(fā)起的優(yōu)化成為必然，而過程監(jiān)控、加工工藝優(yōu)化以及仿真檢測也是整個加工流程中必不可少的環(huán)節(jié)，我們從過去3D打印硬件公司的一些收購案中，不難發(fā)現(xiàn)，巨頭型的硬件公司，要么是收購，要么通過是通過合作的方式來形成一套與應用鏈接的功能模塊，目前還沒有非常完整的生態(tài)系統(tǒng)的出現(xiàn)。
設計優(yōu)化過的自行車零件
從生態(tài)的角度，我們來看增材制造行業(yè)，制造需求、設計師+設計軟件、仿真軟件、檢測工藝、材料、3D打印設備、后處理工藝和流程、裝配驗證形成了整個加工流程，由用戶發(fā)起需求，設計師利用專業(yè)的設計軟件進行設計，這一環(huán)節(jié)非常關鍵，因為針對增材制造技術的設計和針對其它加工工藝的設計方向應該有所區(qū)別，比如是否要輕量化、是否要更高要求的強度和更多的功能等等，傳統(tǒng)制造業(yè)由于龐大的體量和成本述求，所使用的材料既要結實耐用，又要低成本，然而3D打印所使用的材料理論上也應該朝這個方向去走，但是如果一類針對3D打印技術開發(fā)的材料體系，同樣既便宜又有很好的材料特性，就有可能替代掉部分傳統(tǒng)加工工藝，也就是說，要利用了3D打印技術，既要有更優(yōu)化的設計，還要有更符合該技術的材料，才有可能讓將傳統(tǒng)制造進行升級，成為一種新的制造工藝，從而得到推廣和普及。
增材制造要尋找到合適的契機進入真正的制造業(yè)和加工業(yè)，作為制造業(yè)大國，中國有先天的試驗優(yōu)勢，目前整個3D打印行業(yè)的競爭格局已經(jīng)悄然升級，早已不再是只有硬件就能獨步天下了，軟實力、加工工藝、材料體系以及后處理全流程的競爭格局正在建立。
我們先回來回顧過去3D打印高速發(fā)展的幾年中，這些所謂的行業(yè)巨頭做了哪些事情來提升競爭力的。
圖片說明
圖片說明
2014年9月，之前聚焦于高分子可塑性材料3D打印的Stratasys花1億美元收購了創(chuàng)立四年的設計師社區(qū)GrabCAD，這個社區(qū)擁有一個重要的再現(xiàn)協(xié)同設計軟件Workbench，Grabcad被Stratasys收購時，注冊用戶已超150萬，由設計師共享的CAD文件高達52萬個。如今，我們看到Stratasys的工業(yè)級3D打印機的管理、模型管理、共享和工作流管理全部集成在GrabCAD中，同一年，Stratasys花4億美金收購了桌面級3D打印機公司MakerBot，現(xiàn)在看來MakerBot當時被一定程度上高估，而MakerBot的Thingivers的設計師和模型共享社區(qū)對于Stratasys這樣的硬件公司而言更為重要，這兩大收購案在現(xiàn)在看來絕對是戰(zhàn)略布局的行為，因為除Stratasys之外，其它3D打印硬件企業(yè)要擁有如此規(guī)模的模型共享和設計師社區(qū)還有不小的難度。
GrabCAD的理念：讓機器制造產(chǎn)品更好更快
與GrabCAD功能類似，德國工業(yè)級3D打印機公司EOS使用EOSTATE everywhere來對生產(chǎn)進行監(jiān)控和管理，從而保證打印質量，不同的是，EOS沒有自己的設計師社區(qū)。
EOS與德國初創(chuàng)公司Additive Works合作
EOS與德國初創(chuàng)公司Additive Works合作，通過進一步開發(fā)Amphyon，Additive Works基于模擬的AM預處理軟件，推進金屬增材制造工藝。該軟件解決方案能夠虛擬模擬AM構建過程，并在打印前識別零件設計中的潛在問題區(qū)域，從而為用戶節(jié)省時間和生產(chǎn)成本。模擬階段有兩個模塊：支撐模塊(在beta測試中)和機械過程模擬(MPS)模塊。支撐模塊使用戶能夠優(yōu)化并自動生成支撐結構。
在軟件方面，Stratasys并沒有收購三維建模軟件公司Solidworks，而是在2015年收購了它在中國的代理商智誠科技，從而在三維設計、數(shù)字仿真分析、數(shù)控加工、模具設計和三維打印等方面有所積累。
除Stratasys之外，美國第二大3D打印機公司3D System在收購軟件公司上下手更早，早在2013年1月3日，3D System收購美國數(shù)字化現(xiàn)實解決方案供應商Geomagic（杰魔），這個軟件擁有強大的設計、掃描、檢測以及觸覺類產(chǎn)品方案，Geomagic在設計、工程、制造和質量驗證方面為用戶縮短產(chǎn)品開發(fā)周期和優(yōu)化工序，另外，它的掃描及設計解決方案主要應用于捕捉真實對像并三維建模，可用于雕琢復雜形面、預備批量制造等。此外，三維測量和檢測軟件可通過對比實物件和設計模型來驗證品質。目前為止，Geomagic依托于強大的功能，依然是三維設計師必須要掌握的一個軟件之一。在此之前，3D System還收購了韓國一家逆向和檢測軟件Rapidform，用于逆向公司和三維檢測。
GE利用3D打印的零件
制造業(yè)的代表公司GE收購了金屬3D打印公司Arcam和ConceptLaser之后，掌握了世界上除德國EOS之外的兩大金屬3D打印的最強實力。后來GE又收購了仿真軟件開發(fā)商GeonX，GeonX的能夠模擬粉末合金熔池的監(jiān)測系統(tǒng)將成為GE 產(chǎn)品系列中有價值的部分。
GE醫(yī)療打印的金屬醫(yī)用鈦合金零件
Arcam是掌握電子束熔融技術的金屬3D打印專業(yè)公司，同時還經(jīng)營著金屬粉末生產(chǎn)公司AP&C和醫(yī)療3D打印公司DiSanto Technology。此外，Arcam在全球都有銷售和應用站點，能隨時為航空航天和醫(yī)療領域的客戶提供服務。這些對于GE進一步發(fā)展自己的金屬3D打印業(yè)務來說都十分重要。
2017年11月，美國3D仿真工具開發(fā)商ANSYS宣布經(jīng)收購美國金屬3D打印仿真軟件開發(fā)商3DSIM，由此產(chǎn)生的聯(lián)合仿真解決方案是目前業(yè)界唯一的完整增材制造仿真工作流程。3DSIM在業(yè)界享有很高的聲譽，它的客戶包括零件制造商、材料科學家、航空航天和汽車原始設備制造商、研究實驗室以及金屬AM機器制造商等。
materialise的軟件制作的超復雜結構設計
在設計優(yōu)化這個環(huán)節(jié)，瑪瑞斯（Materialise）的magics可能大家更熟悉，除此之外，mimics和3-matic在專業(yè)領域能給設計師帶來更多的便利。
Altair軟件優(yōu)化的衛(wèi)星的支架
除了瑪瑞斯之外，專業(yè)的工程軟件供應商Altair在設計和設計優(yōu)化方面更加擅長，從概念設計到整個產(chǎn)品的聲明周期中，通過軟件來縮短產(chǎn)品開發(fā)時間、降低成本，提供能夠優(yōu)化產(chǎn)品的結構、運動、流體、熱管理、電磁學以及系統(tǒng)建模和嵌入式系統(tǒng)等設計功能，同時提供數(shù)據(jù)分析和可視化功能。
這兩家公司中，前者的軟件功能能夠更好的匹配3D打印技術，然而Altair和Autodesk這兩大工程設計軟件近幾年也通過設計軟件積極連接3D打印，Altair更擅長設計優(yōu)化包括拓撲優(yōu)化，要知道，Altair OptiStruct是除了西門子LMS Boss Quattro之外第二個繼承了Conlin教授大規(guī)模優(yōu)化算法的商業(yè)軟件。
西門子的軟件系統(tǒng)
在制造業(yè)，西門子PLM software在數(shù)字化制造制造業(yè)有一整套完整的集成解決方案，這套方案不僅用于西門子自己的產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)，還為整個制造業(yè)輸出4.0的數(shù)字化制造的解決方案，包括驅動產(chǎn)品的研發(fā)、協(xié)同創(chuàng)新、工作流管理、簡化制造流程、智能設計、仿真測試、制造優(yōu)化、3D打印、數(shù)據(jù)分析、客戶經(jīng)驗等，從產(chǎn)品的全生命周期進行制造流程的優(yōu)化和變革。
我們來看國內的情況，國家戰(zhàn)略中，軟件、材料、工藝、加工技術等都被高度重視，國內的工業(yè)級3D打印機品牌在設計端和國際軟件公司合作，而針對細分市場的行業(yè)需求，也在積極開發(fā)相應的應用型軟件，目前更多基礎工作集中在科研課題和國家重點項目上，在商用領域，目前中望的3Done在普及教育
目前來看，在增材制造這個食物鏈的頂端，應該是設計軟件和材料公司，設計和材料決定了應用的落地和規(guī)?；瘧谩Ｔ诋a(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，還能夠有硬件公司通過收購來盡可能的實現(xiàn)一定程度的系統(tǒng)集成，然而未來，專業(yè)化分工的趨勢下，更深層次的合作才是增材制造應用落地的出路。
