增材制造 (AM) 的下一階段的重點(diǎn)研發(fā)(fā)為軟件驅(qū)動(dòng)部分，比如用于生產(chǎn)(chǎn)工作流程中組織和集成3D打印機的控制系統(tǒng)等。這些系統(tǒng)還可以與預(yù)處理和后處理機器人協(xié)(xié)作，自動(dòng)執(zhí)行實(shí)際打印的全過(guò)程，減少人力和成本。 那么2023年3D軟件和自動(dòng)化將如何發(fā)(fā)展？

3D打印仿真軟件

Markforged 軟件產(chǎn)(chǎn)品開(kāi)發(fā)(fā)總監(jiān) Doug Kenik指出：“更好的軟件，而不是硬件，將推動(dòng)3D打印的應(yīng)用市場(chǎng)。3D 打印工作流程中的仿真模擬功能是在打印前預(yù)測打印件的成功性，同時(shí)消除打印過(guò)程中存在的風(fēng)(fēng)險。仿真是更廣泛地使用3D打印，并在一系列行業(yè)(yè)中進(jìn)行應(yīng)用生產(chǎn)(chǎn)的關(guān)(guān)鍵?！?/span>

△2022 年，Markforged 發(fā)(fā)布了 Simulation，這是一款用于預(yù)測與安全和受力等因素相關(guān)(guān)的3D打印碳纖維部件性能的軟件，可以為產(chǎn)(chǎn)品的不同部分生成必要的填充物、纖維量等。圖片由 Markforged 提供。

仿真是 AM 軟件領(lǐng)(lǐng)域的一項重要發(fā)(fā)展，它不可以預(yù)測零件性能和預(yù)測打印過(guò)程。在這個(gè)領(lǐng)(lǐng)域已經(jīng)(jīng)有一些發(fā)(fā)展了，包括3D Systems 收購 Additive Works、Stratasys 收購 Riven，Riven可以預(yù)測CAD模型的變形以補償打印過(guò)程中出現(xiàn)的錯誤。

△Additive Works 的 3D 打印模擬。圖片由 Additive Works 提供。 

軟件和自動(dòng)化齊頭并進(jìn)

3D Systems 還聘請了增材制造仿真領(lǐng)(lǐng)域的先驅(qū)之一布倫特·斯塔克 (Brent Stucker) 博士擔(dān)任首席技術(shù)(shù)官。他將在軟件等方面幫助指導(dǎo)公司，但由于 3D Systems 的軟件部門(mén) Oqton 獨立運營(yíng)，因此很難確定仿真科學(xué)(xué)家將如何參與 Oqton 的整體運營(yíng)。Oqton 高級副總裁兼總經(jīng)(jīng)理 Ben Schrauwen 博士強調(diào)，軟件將成為自動(dòng)化的重要組成部分。

隨著(zhù) AM 在來(lái)年作為一種生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)得到更廣泛的采用，軟件將在三個(gè)關(guān)(guān)鍵領(lǐng)(lǐng)域發(fā)(fā)揮越來(lái)越重要的作用：自動(dòng)化、可追溯性和垂直化。

●自動(dòng)化：隨著(zhù)服務(wù)(wù)局、醫(yī)療保健和消費品等生產(chǎn)(chǎn)領(lǐng)(lǐng)域高度混合，打印過(guò)程準(zhǔn)備文件相關(guān)(guān)的時(shí)間和成本非常重要，增材制造軟件將在促進(jìn)自動(dòng)化方面發(fā)(fā)揮關(guān)(guān)鍵作用。使用了深度學(xué)(xué)習(xí)等現(xiàn)代人工智能技術(shù)(shù)，可以推動(dòng)以前不可能實(shí)現(xiàn)的非常高水平的自動(dòng)化。隨著(zhù)效率的提高和成本的降低，熟練的員工可以專(zhuān)注于可以為制造環(huán)(huán)境增加價(jià)值的其他任務(wù)(wù)。

△Oqton的軟件應(yīng)用于牙科3D打印。圖片由 Oqton 提供。

●可追溯性：對于醫(yī)療和航空航天等受到高度監(jiān)管的行業(yè)(yè)，相信完整解決方案（包括維護、材料和操作員）的可追溯性的重要性將繼續(xù)上升，將多個(gè)系統(tǒng)集成到一個(gè)單一的記錄系統(tǒng)中是由必要的。

●垂直化：為了擴展AM可以解決的應(yīng)用程序，易于使用的垂直軟件解決方案的可用性將不斷增加。產(chǎn)(chǎn)品包括目前可用的牙科應(yīng)用專(zhuān)用解決方案、熱交換器設(shè)計和共形冷卻模具嵌件，這些產(chǎn)(chǎn)品不需要用戶(hù)深入了解增材工藝，但可以成為擴大整體規(guī)模的關(guān)(guān)鍵，從而推動(dòng)增材市場(chǎng)

Stratasys全球軟件戰(zhàn)略副總裁 Shaul Samara強調(diào)了硬件和軟件方面的自動(dòng)化趨勢，他指出，增材制造行業(yè)(yè)已經(jīng)(jīng)表明，工業(yè)(yè) 3D 打印機可以滿(mǎn)足生產(chǎn)(chǎn)最終用途零件的需求，但現(xiàn)在需要更多地關(guān)(guān)注自動(dòng)化流程。例如，目前60% 到 75% 的工作時(shí)間都花在了開(kāi)始打印之前的任務(wù)(wù)上。

●通過(guò)自動(dòng)化報價(jià)和工作驗證等步驟，可以將打印前的工作時(shí)間削減到幾乎為零。

●在實(shí)際的 3D 打印過(guò)程中，可以通過(guò)將材料直接發(fā)(fā)送到工作站來(lái)自動(dòng)補料，從而節(jié)省時(shí)間、提高準(zhǔn)確性并顯著(zhù)減少浪費。

●最后，可以使用自動(dòng)化機器人來(lái)提高流程的可重復(fù)性和質(zhì)(zhì)量，并以更少的勞動(dòng)力獲得更多零件。

這些措施將使全球制造業(yè)(yè)真正開(kāi)始大規(guī)模衡業(yè)(yè)務(wù)(wù)流程改進(jìn)。

自動(dòng)化的驅(qū)動(dòng)力

在2023 年預(yù)測中，materialise 首席執(zhí)行官 Fried Vancraen 強調(diào)了對自動(dòng)化趨勢。3D打印是一種數(shù)字制造技術(shù)(shù)，但它仍然需要大量的人工干預(yù)。而這些熟練工人越來(lái)越難找。事實(shí)上，Materialise最近的一項調(diào)查表明，對于已經(jīng)(jīng)在使用或考慮 3D 打印的公司來(lái)說(shuō)，招聘具有必要專(zhuān)業(yè)(yè)知識的員工是最大的挑戰(zhàn)。與此同時(shí)，將工業(yè)(yè) 3D 打印生產(chǎn)(chǎn)規(guī)模擴大到數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)需要可重復(fù)且一致的打印過(guò)程。這兩個(gè)挑戰(zhàn)增加了對自動(dòng)化的需求。

自動(dòng)化3D打印過(guò)程包括各個(gè)階段，例如準(zhǔn)備、修復(fù)文件以及工作流自動(dòng)化。Materialise Software 董事總經(jīng)(jīng)理 Bart Van der Schueren 表示“近年來(lái)，軟件在自動(dòng)化 3D 打印過(guò)程的各個(gè)階段（從準(zhǔn)備和修復(fù)文件到后處理）方面發(fā)(fā)揮了至關(guān)(guān)重要的作用?，F(xiàn)在，工業(yè)(yè)規(guī)模 3D 打印的前景需要可重復(fù)且一致的打印過(guò)程，其中不僅各個(gè)階段都是自動(dòng)化的，而且它們之間的流程也是自動(dòng)化的。 Materialise 的 CO-AM 平臺，使制造商不僅可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的自動(dòng)化，還可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作流程的自動(dòng)化，從訂單接收到交付以及其間的一切工作?！?/span>

AiBuild 的首席執(zhí)行官 Daghan Cam將AI視為3D打印發(fā)(fā)展中不可缺少的一環(huán)(huán)。他的公司為通過(guò)機器學(xué)(xué)習(xí)優(yōu)(yōu)化的 3D 打印技術(shù)(shù)開(kāi)發(fā)(fā)軟件。為了推動(dòng)自動(dòng)化趨勢，他還期望“開(kāi)放式架構(gòu)”能夠在硬件、材料和軟件之間實(shí)現(xiàn)更多協(xié)(xié)同作用。

Daghan Cam說(shuō)“到 2023 年，我們預(yù)計增材制造將加速軟件和自動(dòng)化趨勢。首先，由于最終客戶(hù)對“開(kāi)放式架構(gòu)”解決方案的需求，將會(huì )出現(xiàn)新的硬件/材料/軟件合作伙伴關(guān)(guān)系。這些系統(tǒng)將更加相互關(guān)(guān)聯(lián)(lián)，并成為生產(chǎn)(chǎn)線(xiàn)不可或缺的一部分。其次，人工智能將改變增材制造工作流程。手動(dòng)、反復(fù)試驗的方法將被智能使用數(shù)據(jù)和基于云的機器學(xué)(xué)習(xí)解決方案所取代。隨著(zhù)自動(dòng)化水平的提高以及硬件、軟件和材料之間的無(wú)縫集成，增材制造技術(shù)(shù)將繼續(xù)擴展到主流應(yīng)用中?！?/span>

3D打印數(shù)據(jù)安全

盡管數(shù)據(jù)安全長(cháng)期以來(lái)一直是 AM 領(lǐng)(lǐng)域討論的話(huà)題，但該技術(shù)(shù)并沒(méi)有完全達(dá)到生產(chǎn)(chǎn)水平。這意味著(zhù)數(shù)據(jù)安全要么是概念性的，在逐個(gè)項目的基礎(chǔ)上處理，要么由每個(gè)公司以不同方式處理?，F(xiàn)在3D打印數(shù)據(jù)安全系統(tǒng)正逐步達(dá)到大批量生產(chǎn)(chǎn)的水平，必須提供更標(biāo)準(zhǔn)化的全行業(yè)(yè)解決方案來(lái)保護在云中存儲、直接傳輸和流式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

Vancraen 說(shuō)：“這個(gè)新的數(shù)字化、分布式生產(chǎn)(chǎn)環(huán)(huán)境圍繞著(zhù)一個(gè)關(guān)(guān)鍵資產(chǎn)(chǎn)——數(shù)據(jù)。 并且需要保護這些數(shù)據(jù)，以防止供應(yīng)商竊取設(shè)計并在他自己的3D打印機上打印。當(dāng)然，數(shù)據(jù)安全在任何形式的制造中都很重要，無(wú)論是傳統(tǒng)制造還是智能制造。但對于 3D 打印，它的意義遠(yuǎn)不止于此。將3D打印部件的生產(chǎn)(chǎn)規(guī)模擴大到數(shù)千或數(shù)百萬(wàn)個(gè)，需要制造商優(yōu)(yōu)化和微調(diào)他們的打印流程，以使其在多個(gè)生產(chǎn)(chǎn)地點(diǎn)高效、可靠和可重復(fù)。智能生產(chǎn)(chǎn)流程可確保所有 3D 打印部件無(wú)論在何處生產(chǎn)(chǎn)都具有相同的質(zhì)(zhì)量。創(chuàng )(chuàng)建這樣一個(gè)過(guò)程既復(fù)雜又耗時(shí)，但它可以提高公司的競爭力。這就是為什么除了數(shù)據(jù)安全之外，數(shù)據(jù)完整性正成為采用數(shù)字制造的公司的首要考慮因素?！?/span>

自動(dòng)化現(xiàn)實(shí)

增材制造咨詢(xún)公司 3Degrees 的創(chuàng )(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Mike Vasquez 解釋說(shuō)，盡管所討論的領(lǐng)(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，但前進(jìn)的道路并非一帆風(fēng)(fēng)順。隨著(zhù)這些解決方案的實(shí)施和擴展，將會(huì )取得重大進(jìn)展。

MES 開(kāi)發(fā)(fā)商 Authentise 的創(chuàng )(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官安德烈·韋格納 (Andre Wegner)表示，盡管整個(gè)行業(yè)(yè)都希望將 3D 打印軟件更好地集成到更大規(guī)模的制造業(yè)(yè)務(wù)(wù)中，但在尋求預(yù)打包和定制解決方案之間將存在分歧。

△Authentise 的數(shù)字設(shè)計倉庫用于管理數(shù)字備件。圖片由 Authentise 提供。

“隨著(zhù)市場(chǎng)的成熟，更大的參與者需要更具體的服務(wù)(wù)，他們越來(lái)越多地使用 excel 表和傳統(tǒng)的 ERP 系統(tǒng)。另一方面，較小的服務(wù)(wù)機構(gòu)現(xiàn)在已經(jīng)(jīng)很成熟，并且可以購買(mǎi)現(xiàn)成的特定功能（例如在線(xiàn)報價(jià)或生產(chǎn)(chǎn)管理）并且非常適合。兩者的持續(xù)重點(diǎn)將是集成，因為客戶(hù)厭倦了不得不使用多種不同的工具。這將得益于越來(lái)越多的人接受云作為交付系統(tǒng)?！?/span>Wegner 說(shuō)。

GPU 支持的 MES 軟件初創(chuàng )(chuàng)公司 Dyndrite 的首席執(zhí)行官 Harshil Goel強調(diào)了一個(gè)事實(shí)，即軟件自動(dòng)化將超越AM本身。他說(shuō)：“增材軟件自動(dòng)化將發(fā)(fā)展為與制造過(guò)程有更深層次的聯(lián)(lián)系，而不是今天膚淺的數(shù)據(jù)庫和業(yè)(yè)務(wù)(wù)邏輯狀態(tài)(tài)。這一變化將與 CAM 軟件的發(fā)(fā)展協(xié)(xié)同工作，以實(shí)際控制和探索用于擴展可用材料、提高構(gòu)建速度、提高零件質(zhì)(zhì)量并實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜幾何圖形打印的刀具路徑。激光粉末床融合的用戶(hù)將首先感受到這些變化，然后是噴射/光聚合工藝?！?/span>

不管確切的細(xì)分市場(chǎng)如何形成，我們可以自信地說(shuō)增材制造軟件和自動(dòng)化細(xì)分市場(chǎng)將快速增長(cháng)。特別是 SmarTech Analysis 在其“ 2023年增材制造軟件市場(chǎng)機遇”報告中指出，軟件將從今年的12億美元增長(cháng)到2031年的62億美元。（根據(jù)SmarTech Analysis的最新報告，預(yù)測2031年3D打印軟件市場(chǎng)將達(dá)到62億美元。

來(lái)源：南極熊