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(gè)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(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜性設(shè)計(jì)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?fù)鋬?yōu)化的設(shè)計(jì)（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(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，其局限性自然顯露無疑。一個(gè)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(jì)技術(shù)，甚至打印機(jī)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(gè)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(bǔ)這一差距的軟件，從而使得設(shè)計(jì)開發(fā)者無需費(fèi)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(dá)到與傳統(tǒng)制造方法一樣的精度抵消了，對(duì)于生產(chǎn)企業(yè)來說，引用3D打印技術(shù)就需要克服這項(xiàng)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(duì)的挑戰(zhàn)之一是傳統(tǒng)的CAD技術(shù)是面向針對(duì)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(jì)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(jì)的自由度雖然是一大優(yōu)點(diǎn)，但目前3D打印通常無法實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的機(jī)加工制造技術(shù)所達(dá)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(gè)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(jì)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(jì)可能性
西門子Convergent Modeling消除了格式轉(zhuǎn)換間的局限，為設(shè)計(jì)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(jì)-Generative Design”，在這種方法下，開發(fā)設(shè)計(jì)人員可以專注于產(chǎn)品所要達(dá)到的性能，而無需像傳統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)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(diǎn)以及作用于連接點(diǎn)上的力，系統(tǒng)會(huì)去運(yùn)算建模結(jié)果。

NX提供了一個(gè)特殊的程序稱為拓?fù)鋬?yōu)化，針對(duì)特定的產(chǎn)品功能自動(dòng)計(jì)算出設(shè)計(jì)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(jī)械性能同樣強(qiáng)大。此外，通過將后期的機(jī)械加工要求考慮進(jìn)來，可以使3D打印設(shè)計(jì)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(fèi)品等不同行業(yè)的用戶越來越多地在設(shè)計(jì)過程中使用掃描3D數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)而言，對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)進(jìn)行逆向工程是一個(gè)成本頗高、極其復(fù)雜的過程，不規(guī)則的形狀尤其需要進(jìn)行大量返工，才能用于3D打印、模具設(shè)計(jì)、分析以及其它用途。逆向工程的相關(guān)過程需要花費(fèi)數(shù)天乃至數(shù)周的時(shí)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(jìn)行操作，由此消除映射曲面、創(chuàng)建實(shí)體、以及人工創(chuàng)建任何其他形狀的步驟，進(jìn)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(jìn)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(jī)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(jī)，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(jī)。

總之，Convergent Modeling有望顯著的節(jié)約時(shí)間和成本，幫助消除易于出錯(cuò)的返工階段，而這以往是處理掃描幾何體時(shí)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(jìn)行零件優(yōu)化。NX11簡化了設(shè)計(jì)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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