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不仅靠硬件 工业级3D打印竞争格局升级

日期: 2018-07-24
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对行业略加深入了解你就会发现,3D打印是增材制造技术的统称,在这个大的技术框架下,有各种不同的技术,对应不同的材料,然后对接不同的应用场景,又根据用户的需求分为消费级的桌面3D打印机和工业级的专业3D打印机,这两大类是完全不同的体系,可以理解为小皮卡和重型运输车的区别。

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利用设计优化和3D打印做的优化的汽车构架方案

工业级3D打印机目前主要加工高分子材料和金属材料,也是传统制造业中使用量最大的原材料,我们身边的手机、电脑、家电、汽车,大部分零件不是金属就是塑料,所以在传统制造业的体系中,塑料和金属这两类材料是无法绕开的。

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化工巨头巴斯夫的材料体系

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高分子材料加工的零件

然而,在传统铸造、机加工和注塑等传统加工工艺中,有完整且成熟的工艺流程以及专业软件做支撑,更重要的是,传统加工工艺不仅仅有理论基础,还有有着更丰富的实践经验做支撑。

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传统的减材制造加工方式

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传统CNC加工制作的模具

作为未来与减材制造(CNC)、等材制造(铸造)同台竞技的增材制造(3D打印),要在整个应用端实现高效、高质量的加工服务,从设计端发起的优化成为必然,而过程监控、加工工艺优化以及仿真检测也是整个加工流程中必不可少的环节,我们从过去3D打印硬件公司的一些收购案中,不难发现,巨头型的硬件公司,要么是收购,要么通过是通过合作的方式来形成一套与应用链接的功能模块,目前还没有非常完整的生态系统的出现。

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设计优化过的自行车零件

从生态的角度,我们来看增材制造行业,制造需求、设计师+设计软件、仿真软件、检测工艺、材料、3D打印设备、后处理工艺和流程、装配验证形成了整个加工流程,由用户发起需求,设计师利用专业的设计软件进行设计,这一环节非常关键,因为针对增材制造技术的设计和针对其它加工工艺的设计方向应该有所区别,比如是否要轻量化、是否要更高要求的强度和更多的功能等等,传统制造业由于庞大的体量和成本述求,所使用的材料既要结实耐用,又要低成本,然而3D打印所使用的材料理论上也应该朝这个方向去走,但是如果一类针对3D打印技术开发的材料体系,同样既便宜又有很好的材料特性,就有可能替代掉部分传统加工工艺,也就是说,要利用了3D打印技术,既要有更优化的设计,还要有更符合该技术的材料,才有可能让将传统制造进行升级,成为一种新的制造工艺,从而得到推广和普及。

增材制造要寻找到合适的契机进入真正的制造业和加工业,作为制造业大国,中国有先天的试验优势,目前整个3D打印行业的竞争格局已经悄然升级,早已不再是只有硬件就能独步天下了,软实力、加工工艺、材料体系以及后处理全流程的竞争格局正在建立。

我们先回来回顾过去3D打印高速发展的几年中,这些所谓的行业巨头做了哪些事情来提升竞争力的。

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图片说明

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图片说明

2014年9月,之前聚焦于高分子可塑性材料3D打印的Stratasys花1亿美元收购了创立四年的设计师社区GrabCAD,这个社区拥有一个重要的再现协同设计软件Workbench,Grabcad被Stratasys收购时,注册用户已超150万,由设计师共享的CAD文件高达52万个。如今,我们看到Stratasys的工业级3D打印机的管理、模型管理、共享和工作流管理全部集成在GrabCAD中,同一年,Stratasys花4亿美金收购了桌面级3D打印机公司MakerBot,现在看来MakerBot当时被一定程度上高估,而MakerBot的Thingivers的设计师和模型共享社区对于Stratasys这样的硬件公司而言更为重要,这两大收购案在现在看来绝对是战略布局的行为,因为除Stratasys之外,其它3D打印硬件企业要拥有如此规模的模型共享和设计师社区还有不小的难度。

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GrabCAD的理念:让机器制造产品更好更快

与GrabCAD功能类似,德国工业级3D打印机公司EOS使用EOSTATE everywhere来对生产进行监控和管理,从而保证打印质量,不同的是,EOS没有自己的设计师社区。

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EOS与德国初创公司Additive Works合作

EOS与德国初创公司Additive Works合作,通过进一步开发Amphyon,Additive Works基于模拟的AM预处理软件,推进金属增材制造工艺。该软件解决方案能够虚拟模拟AM构建过程,并在打印前识别零件设计中的潜在问题区域,从而为用户节省时间和生产成本。模拟阶段有两个模块:支撑模块(在beta测试中)和机械过程模拟(MPS)模块。支撑模块使用户能够优化并自动生成支撑结构。

在软件方面,Stratasys并没有收购三维建模软件公司Solidworks,而是在2015年收购了它在中国的代理商智诚科技,从而在三维设计、数字仿真分析、数控加工、模具设计和三维打印等方面有所积累。

除Stratasys之外,美国第二大3D打印机公司3D System在收购软件公司上下手更早,早在2013年1月3日,3D System收购美国数字化现实解决方案供应商Geomagic(杰魔),这个软件拥有强大的设计、扫描、检测以及触觉类产品方案,Geomagic在设计、工程、制造和质量验证方面为用户缩短产品开发周期和优化工序,另外,它的扫描及设计解决方案主要应用于捕捉真实对像并三维建模,可用于雕琢复杂形面、预备批量制造等。此外,三维测量和检测软件可通过对比实物件和设计模型来验证品质。目前为止,Geomagic依托于强大的功能,依然是三维设计师必须要掌握的一个软件之一。在此之前,3D System还收购了韩国一家逆向和检测软件Rapidform,用于逆向公司和三维检测。

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GE利用3D打印的零件

制造业的代表公司GE收购了金属3D打印公司Arcam和ConceptLaser之后,掌握了世界上除德国EOS之外的两大金属3D打印的最强实力。后来GE又收购了仿真软件开发商GeonX,GeonX的能够模拟粉末合金熔池的监测系统将成为GE 产品系列中有价值的部分。

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GE医疗打印的金属医用钛合金零件

Arcam是掌握电子束熔融技术的金属3D打印专业公司,同时还经营着金属粉末生产公司AP&C和医疗3D打印公司DiSanto Technology。此外,Arcam在全球都有销售和应用站点,能随时为航空航天和医疗领域的客户提供服务。这些对于GE进一步发展自己的金属3D打印业务来说都十分重要。

2017年11月,美国3D仿真工具开发商ANSYS宣布经收购美国金属3D打印仿真软件开发商3DSIM,由此产生的联合仿真解决方案是目前业界唯一的完整增材制造仿真工作流程。3DSIM在业界享有很高的声誉,它的客户包括零件制造商、材料科学家、航空航天和汽车原始设备制造商、研究实验室以及金属AM机器制造商等。

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materialise的软件制作的超复杂结构设计

在设计优化这个环节,玛瑞斯(Materialise)的magics可能大家更熟悉,除此之外,mimics和3-matic在专业领域能给设计师带来更多的便利。

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Altair软件优化的卫星的支架

除了玛瑞斯之外,专业的工程软件供应商Altair在设计和设计优化方面更加擅长,从概念设计到整个产品的声明周期中,通过软件来缩短产品开发时间、降低成本,提供能够优化产品的结构、运动、流体、热管理、电磁学以及系统建模和嵌入式系统等设计功能,同时提供数据分析和可视化功能。

这两家公司中,前者的软件功能能够更好的匹配3D打印技术,然而Altair和Autodesk这两大工程设计软件近几年也通过设计软件积极连接3D打印,Altair更擅长设计优化包括拓扑优化,要知道,Altair OptiStruct是除了西门子LMS Boss Quattro之外第二个继承了Conlin教授大规模优化算法的商业软件。

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