應(yīng)華：增材制造的“四個階段論”

本文作者：南極熊3D打印特約通訊員  韋旭剛

近日，筆者和德迪智能的創(chuàng)始人應(yīng)華進行了一次深入交流，收獲很大，尤其是應(yīng)總提出的增材制造必須面對的四個發(fā)展階段的觀點，讓人印象深刻，特將其整理出來，同時加上了筆者的一些理解，分享給行業(yè)內(nèi)外人士，供大家參考。

第一個階段：舊瓶裝新酒。

增材制造作為傳統(tǒng)制造的一種補充，進行技術(shù)導(dǎo)入和應(yīng)用嘗試，雖然新穎，但是應(yīng)用面還非常窄，其成本和效益優(yōu)勢尚不明顯，甚至在很多方面根本無法和傳統(tǒng)制造相比。很多人已經(jīng)聽說過了增材制造或者3D打印，但是距離人們的生活還很遙遠。就像一個兒童，它的未來走向有無數(shù)種可能，但是現(xiàn)在它還干不成多少事情。

這個階段相當(dāng)漫長，從20世紀80年代增材制造技術(shù)誕生到現(xiàn)在，已經(jīng)走過了30多年，目前正進入尾聲，或者說正處于走向第二階段的過渡期。

這個階段的應(yīng)用場景主要以研發(fā)打樣驗證，即快速成型應(yīng)用為主。

第二個階段：零部件組合優(yōu)化。

通過第一階段的不斷嘗試、碰壁，增材制造的應(yīng)用開始細化，在某一細分領(lǐng)域進行深度鉆研。所謂的從小事做起，日積月累，才能做成大事。

這個時候，對產(chǎn)品的零部件在結(jié)構(gòu)形貌方面做一些組合優(yōu)化，產(chǎn)生與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)差異較大的產(chǎn)品。這種優(yōu)化通過材料的重新布局和選擇，形成全新的結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品具有等強度、等剛性、剛?cè)岵�濟、隨力應(yīng)變等特性，對當(dāng)前產(chǎn)品的各項指標(biāo)產(chǎn)生跨量級的正面影響，就有可能顛覆大量工業(yè)行業(yè)。從已完成的許多產(chǎn)品看，在維持原裝備性能、不改變制造材料的前提下，通過零部件組合優(yōu)化，普遍可以實現(xiàn)零部件15%~60%的減重。

在這個階段，增材制造對一個企業(yè)的供應(yīng)鏈、生產(chǎn)組織和維保全鏈條等生產(chǎn)層面都會有較大的影響，供應(yīng)鏈的縮短變化則帶來了制造業(yè)的商業(yè)關(guān)系巨變。Carbon公司制造的阿迪達斯中鞋底，GE公司制造的發(fā)動機燃料噴嘴都是這個階段的著名案例。各類原材料公司也紛紛摩拳擦掌準備更一步靠近終端用戶。

這個階段的應(yīng)用場景開始注重復(fù)雜構(gòu)件的一體化生產(chǎn)，強調(diào)材料及結(jié)構(gòu)的性能連續(xù)性突破，在原有產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)上優(yōu)化和更新了很多組件。

第三個階段：工業(yè)再設(shè)計。

再設(shè)計是一種全新的工程設(shè)計思想和方法，就是讓研發(fā)設(shè)計回歸市場客戶需求本源，重新審視原有的設(shè)計，以最自然的方式來探索設(shè)計的本質(zhì)，效法自然。

再設(shè)計是基于仿真和精密制造（3D打印和精密鑄造）的工業(yè)再設(shè)計，就是利用工程仿真手段和精密制造工藝創(chuàng)新對現(xiàn)有傳統(tǒng)工業(yè)品的設(shè)計過程和工藝過程進行優(yōu)化、完善與升級，本質(zhì)核心是工業(yè)仿真應(yīng)用的升華，是工業(yè)仿真與精密制造工藝的結(jié)合。由此帶來至少兩個收獲：（1）通過不斷提高的產(chǎn)品品質(zhì)和新增功能，持續(xù)吸引客戶，擴大產(chǎn)品市場份額；（2）可以充分應(yīng)用技術(shù)進步和工藝改進等，降低產(chǎn)品成本，擴大產(chǎn)品的利潤空間。

增材制造是一種更精確和精細的制造技術(shù)，以此相配就需要有更精準和細致的設(shè)計內(nèi)容。CAE顯然是目前最成熟適用的工具手段。

案例：衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)支架，采用了拓撲優(yōu)化工業(yè)再設(shè)計模式，重量減輕了30%，成本降低了30%。

在這個階段，增材制造已經(jīng)與減材制造并駕齊驅(qū)，甚至成為了一個企業(yè)增值增效的核心競爭力，各項生產(chǎn)要素、組織架構(gòu)、人才體系等都要發(fā)生巨大的變革。著名的XEV電動汽車就是這個階段的標(biāo)桿。

此階段的應(yīng)用場景由正向設(shè)計為切入，開始出現(xiàn)各類基于增材工藝特征的新型產(chǎn)品。

第四個階段：創(chuàng)成式設(shè)計與智造。

無論是單個零部件，還是整個大產(chǎn)品，通過再設(shè)計和增材思維，把結(jié)構(gòu)、功能與美學(xué)融為一體，將創(chuàng)新設(shè)計與集成設(shè)計完美融合，再借助先進的3D打印技術(shù)，達到了“無論多復(fù)雜都能制造、制造出來就是頂級產(chǎn)品”的科幻級制造能力，讓想象中的智能制造變?yōu)楝F(xiàn)實。

在這個階段，增材制造已經(jīng)影響的不僅僅是某個具體公司，而是各行各業(yè)和全社會，并重新構(gòu)建起一整套生產(chǎn)方式和生產(chǎn)關(guān)系。

理想的應(yīng)用場景是設(shè)計至用戶的端到端直連。除了生物界天然有的基因外，人工建立了龐大的產(chǎn)品“物種基因”庫，系統(tǒng)工具會根據(jù)不同的個性化需求，在已有的“物種基因”庫中自動設(shè)計派生出所需內(nèi)容，并制造實現(xiàn)。

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