该文看懂负面影响3D列印的应用软件有什么样？

3D列印应用领域的应用软件。作者：Digital Alloys

应用软件与统计数据互相变异

在制造自然环境中为的是有效率实行3D列印，须要用作内部结构设计、模拟、后处理、博尔兹纳区、锻造、检查产品质量管理工作的应用开发工具。

l 内部结构设计（CAD）

贾伯斯(Steve Jobs) 曾说过，21世纪末最合适的控制技术创新是将生物化学与控制技术相交叠。轻工业锻造应用领域许多零配件或机械设备的内部结构设计都从生物化学中获得的意念，比如潜舰的内部结构设计从鳄鱼体型或眼部内部结构中获得的意念….这种的范例在轻工业应用领域除了许许多多。

那么，为什么我们须要将生物化学的概念引入锻造中呢？大自然创造的生物内部结构巧妙而复杂，人们如何将这些大自然的作品“复制”到轻工业锻造中呢？

日益发展的智能化内部结构设计应用软件与3D列印控制技术为我们提供了一条创造仿生内部结构的捷径。市场上存在一类特殊的内部结构设计应用软件，称为“创成式内部结构设计”以及“拓扑优化”（GD / TO）应用软件，可定义加载方案，设定边界条件和内部结构设计约束条件下优化零件几何形状，以实现所需的性能。该应用软件依靠计算机迭代与模拟来完善零件的几何形状，将CAD内部结构设计规则与来自计算机辅助工程（CAE）工具的模拟相结合。

创成式内部结构设计可以帮助内部结构设计师优化零件强度重量比，可以模仿自然内部结构发展的方式，创造出最强大的内部结构，同时最大限度地减少材料的使用。

创成式内部结构设计是一个人机交互、自我控制技术创新的过程。根据输入者的内部结构设计意图，通过”创成式”系统，生成潜在的可行性内部结构设计方案的几何模型，然后进行综合对比，筛选出内部结构设计方案推送给内部结构设计者进行最后的决策。

“创成式内部结构设计”以及“拓扑优化”GD / TO应用软件的领先提供商包括Altair、PTC的Frustum、Autodesk、西门子的Solid Edge ST10和Paramatters等。

l 模拟（CAE）

产品上市时间的缩短、研发周期的缩短，以及新产品发布速度的提升使锻造业用户面临着持续增长的控制技术创新压力，当今产品的复杂性和多样性也在日益提高，这给产品研发带来了压力。

根据安世中德工程模拟高级咨询专家的寇晓东博士，一方面增材锻造为内部结构设计带来的自由度，将模拟的应用提到了产品内部结构设计的前端，从内部结构设计最早期就发现并解决内部结构设计缺陷，增材锻造为正向内部结构设计提供了工艺基础；另一方面模拟控制技术能够激发增材锻造的潜能。

在3D列印的情况下，CAE不仅用作优化内部结构设计，而且还用作预测锻造过程、优化锻造过程和开发新材料。由于3D列印涉及的物理复杂问题，CAE应用软件可以帮助缓解产品质量问题的许多潜在原因。根据安世中德的控制技术总经理包刚强，增材锻造模拟的应用价值体现在改善、减少和开发几个方面。改善，包括改善金属增材锻造内部结构设计流程、对工艺过程的了解、机器制造效率、材料利用率、可重复性和产品质量；减少，包括减少列印失败，列印时间，不合格零件，后处理，试错，设备维护和对自然环境的负面影响；开发，包括开发新材料，新机器，新参数，个性化微观内部结构和期望的材料属性。

可以说模拟对于3D列印至关重要，渗透到从建模到前馈控制，再到过程控制、材料开发等3D列印工艺链的方方面面。

随着3D列印-增材锻造控制技术的不断成熟和应用，通过CFD和FEM在锻造前预测性能、优化内部结构设计并验证产品行为，零件经过内部结构流体特性拓扑优化、内部结构拓扑轻量化以及尺寸优化内部结构设计之后通过增材锻造控制技术加工出来。CFD、FEM控制技术与3D列印-增材锻造控制技术相得益彰，互相成就，共同推动零件实现性能升级。

除了用作改善整体列印产品质量外，CAE工具在帮助优化诸如列印速度以及能量和材料输入等参数方面也起着重要作用，这些参数是3D列印经济学中的重要因素。CAD和CAE的结合变得越来越紧密无缝，建模与模拟的无缝结合正成为大势所趋，在这方面，欧特克（Autodesk）2019年11月就宣布了与轻工业模拟应用软件企业ANSYS 之间的下一步合作关系，双方将建立起内部结构设计应用软件与模拟应用软件的无缝互操作性，为锻造用户带来革命性的内部结构设计与工程敏捷性。这种合作可以实现增强创成式内部结构设计等新的自动化流程，而自动化的流程将缩短产品上市时间，使多个工程团队可以更为顺畅的地一起工作。

l  锻造处理（CAM）

确定零件构建方向：在零件中确定零件方向的最佳方法取决于多种因素，例如精度和表面光洁度要求、工艺、支撑内部结构等。CAM可以建议最佳构建方向，但通常也须要用户输入。

支撑策略：支持零件有许多不同的方法，最佳的支撑内部结构取决于其几何形状，过程，材料和其他变量。在大多数CAM应用软件中，此步骤在很大程度上是自动化的。

加工余量：为的是达到所须要的高表面光洁度和精度要求，通常须要预留一定的加工余量。这些余量通过机加工等后加工过程被去除。

零件布局：某些3D列印过程可以一次列印许多零件，分布在整个基板上，也可以堆叠在z轴上。CAM应用软件有助于嵌套零件，从而使每次构建的零件数量最大化。

加工策略：完成上述所有步骤并选择了列印参数后，CAM应用软件将生成G代码，该代码将发送至列印机以执行列印过程。

l 工作流程（MES / ERP / PLM）

锻造工作流程应用软件已在常规供应链中使用了数十年。该应用软件的类别包括锻造执行系统（MES），企业资源计划（ERP）和产品生命周期管理工作（PLM）。

走进任何，您将发现同样的挑战：许多企业还在使用Excel表格管理工作整个锻造过程，那些包含关键统计数据的Excel电子表格被存储在各个团队成员系统的本地硬盘上。唯一集成到业务的其余部分是公司服务器上的文件共享。虽然许多企业正在使用企业资源规划（ERP）系统，为公司的每个部门提供可视性，但ERP却是“跳过”车间加工环节的。

虽然3D列印工艺有着其特定的需求和具体的挑战，但是如果用户真的愿意接受3D列印作为一种锻造控制技术，它就不能作为一个孤立的孤岛来运作。

正如3D科学谷在《一张图看懂国际3D列印产业链》中所提到的，在过去几年中，随着3D列印控制技术走向轻工业制造，除了内部结构设计应用软件和模拟应用软件之外，与3D列印相关的应用软件中出现了两个关键的新类别：工作流程和安全应用软件。工作流程应用软件对增材锻造工艺来说同样重要。锻造企业在将增材锻造控制技术纳入制造的过程中，对工作流程应用软件的需求将不断增加，这类应用软件可以管理工作增材锻造过程中所涉及的制造步骤。工作流应用软件的前景在过去五年中不断发展，现在许多应用软件供应商都提供了管理工作增材锻造工作流的解决方案。

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