工业快速成型技术所需的全新商业模式

快速成型（3D打印）技术被认为是工业4.0的支柱之一，也是未来最有前途的领域之一。这些期望是否能够实现，在很大程度上将取决于这项技术的产业化程度，换句话说，从样机生产到量产或量产的过渡将如何进行。西门子快速成型制造公司的业务发展经理JulianWaldmann向我们介绍了这个领域的新前景。

Julian Waldmann：快速成型技术需要全新的制造和商业模式。

目前，由于相关立法的缺失，快速成型制造正在受到影响。不过，欧盟委员会承诺在年底前公布一项新的研究报告，同时公布有关质量标准的指南，并界定快速成型制造中B2B和B2C企业之间的差异。这是一个非常基础的步骤，我预计这将大大改变目前市场上的状况。

在当前，快速成型制造领域的质量标准、质保、合规性等问题是非常具有挑战性的话题。现在，有关法规方面的责任在于用户，也就是真正将3D打印的产品部件运用到汽车、飞机或燃气轮机上的人。在我看来，3D打印需要建立全新的制造和商业模式，正确地涵盖分布式制造的问题。3D打印使以前不可能实现的工艺和策略成为可能；最重要的是，它使人们能够在需要的地方直接在那里制造一个部件，在目前缺失的地方。然而，这大大改变了所有关于运输物流的方案，节省了能源、人力资源和环境。零部件的数字仓库是一个全新的现象--它将不再需要存储实物，只需要存储数字文件。而从它们中，只有目前需要的零部件才会被准确地打印到需要的地方。快速成型制造为全新的商业模式铺平了道路。因此，现在立法支持这个已经在进行中的进程，并跟上它的脚步，是一件非常重要的事情。

Q:在国际工程展上，您在一个专门讨论3D打印的会议上做了一个讲座。不幸的是，我们没能参加。能否简单介绍一下会议的内容？

A:基本上是关于使用高分子材料进行3D打印的创新，对设计和实际产品的实现都有影响。从我们的角度来看，最大的创新是，在设计的同时，我们基本上可以创造出任何形状，即使是最困难的几何形状也能适应。为此，我们使用了自己的软件工具，包括大量的仿真工具。在布尔诺的西门子展台上，我们展示了一个空气冷却管道，这是惠普打印机的一个组成部分。对于这个解决方案，我们使用了CFD模拟（流体流动的数学-物理数值解），一般来说，CFD模拟可以帮助我们设计出一个完全独特的部件，而且是常人无法做到的。

除了在产品开发方面的创新之外，我还在会上介绍了一个与实际生产相关的创新，即在实际生产工厂的数字孪生体形式。有了这个解决方案，你可以创建任何工厂的场景，比如说你想每年生产50万个特定的零部件。然后，我们的系统将使您可以试用并进行微调，当然，您还可以验证您需要多少台打印机，需要哪种类型的打印机，什么技术对您的后期处理最合适，您需要实施多少台这样的工位等等。只要你对所有的生产参数有了准确的了解，包括成本、生产时间要求等，你就可以大胆地从原型设计（小批量生产）转向批量生产。你可以准确地计算出你需要投入多少钱，收获多少。这确实是你第一次尝试快速成型生产的经济性、能力和适合于批量生产的程度。而且你可以提前找到最有效的生产方案来过渡到批量生产。

Q:你展示了整个生产过程的数字孪生体吗？我没听错吧？

A:不完全是，我把过程简化了。实际上，我们讲的是三个数字双胞胎。第一个是产品的数字化双胞胎，里面有CAD绘图和仿真。第二个是生产的数字化双胞胎，它模拟的是具体的生产过程。比如说，按理说，一个制造任务中可以同时生产的零部件越多，整个生产的速度就越快，成本效益就越高。为了创建最佳的组件布局，你可以使用特定的算法来自动化这个过程（自动零件嵌套）。从本质上说，你可以真正在虚拟世界中模拟生产过程，然后再转到真正的生产过程。第三个数字双胞胎是真实生产（性能）的数字副本，可以让你直接评估生产中产生和收集的数据。一方面，这可以帮助我们提高零件质量，另一方面，它也给我们提供了逐步简化生产的可能性，根据生产数据的分析，我们可以比如说降低能源需求，提高生产利用率等等。在我看来，利用这三个数字双胞胎，在一个完整的软硬件一体化的工艺链中，可以在没有时间需求的情况下，无形中推进生产，是整个快速成型制造工业化的主要支柱。

Q:从样机制造到量产当然是大的、根本性的转变。在这方面，哪些工业领域最有前景？

A:很明显，每个垂直的工业领域在大批量生产方面都有野心，尽管他们面临着不同的挑战，我想说汽车行业的垂直领域是一个很好的例子。在这里，我们看到有一种强烈的动机，即从原型设计转向在大规模生产中部署快速成型技术。其他在这一领域非常活跃的行业是医疗和航空航天。在这些领域中，我个人认为，快速成型制造产业化向批量生产方向发展的动力最强。

Q:关于快速成型制造，人们经常讨论的是数据安全问题，因为它实际上是由数据直接生产出来的。在这里，你是否看到了一个问题，可能会使这个领域的基础工业化复杂化？

A:在我看来，快速成型制造中车间层面的数据基础设施与其他生产技术中的数据基础设施并没有明显的区别。如果说到西门子，我们与PLMTeamcenter合作，PLMTeamcenter是整个系统的数据骨干，配备了你从传统世界知道的所有数据安全标准。说到3D打印，不管你是生产原型还是批量生产，都是有区别的。如果你只有几台3D打印机，并想在上面生产原型，你可以直接通过NX（我们的CAD/CAM工具）将打印任务发送到机器上。在这里，你必须确保来自CAD系统的数据是加密的。如果我们留在NX软件中，你可以使用我们的特殊加密工具，在实际生产前的最后一步，可以确保数据在最后一步解密。如果你想进行批量生产或批量生产，那就不一样了。在这种情况下，您肯定会有大量的3D打印机以及某种类型的MES系统，例如，在不同的打印机上分配打印任务或跟踪您的生产过程步骤。

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