先臨三維李濤：《增材制造的靈魂——多維度的3D建模方式》

南極熊導讀：先臨三維是中國最大的3D掃描儀廠商，而3D掃描儀是3D建模最有力的利器。其CEO的演講中，含有大量3D建模的行業(yè)信息，值得大家品讀。



先臨三維科技股份有限公司CEO李濤：《增材制造的靈魂——多維度的3D建模方式》主題演講。南極熊3D打印網(wǎng)小編現(xiàn)場聆聽了專家們的演講。下面是現(xiàn)場速記的文字記錄。

    李濤：尊敬的各位專家、各位同行伙伴們，各位來賓，大家下午好！
    我今天給大家匯報的內(nèi)容是關于增材制造的建模。增材制造技術是一種數(shù)字化制造技術，既然是數(shù)字化制造技術，所有制造的來源就是數(shù)字模型，數(shù)字模型是要靠建模來獲得的。

    我們在講增材制造技術本質(zhì)上是一種制造手段，講制造就離不開消費，因為制造是為消費服務的，所有制造趨勢的變革也是受消費趨勢的變革所影響的。現(xiàn)在生產(chǎn)消費的趨勢呈現(xiàn)出一種新的趨勢，從B2C的模式逐漸向C2B、C2M發(fā)展，根據(jù)消費者按需進行生產(chǎn)和服務，逐漸成為大家共同的訴求和需要。因為制造業(yè)發(fā)展到現(xiàn)在，各種效率不斷提高，產(chǎn)品成本不斷降低，多元化的產(chǎn)品催生了多元化的需求，多元化的需求又需要更加多元化的產(chǎn)品來滿足。所以消費趨勢呈現(xiàn)個性化方向發(fā)展之后，必定會導致制造手段作出相應的調(diào)整，所以大規(guī)模的生產(chǎn)逐漸變成小批量多品種，以及未來有可能實現(xiàn)個性化定制。

    如果把制造定制化程度從低到高，以及相應的成本或者價格從低到高畫兩個坐標軸，定制化程度高的手工定制模式，現(xiàn)在相對來說成本也比較高。定制化的制造，從我們有制造的第一天起就一直存在人類社會當中，早期在沒有這么多先進制造手段和制造設施的時候，所有的制造都是手工為主，定制化為主，它的優(yōu)勢和缺點也是比較顯而易見的。后來制造業(yè)規(guī)�；�發(fā)展之后，我們得到了更低的單件制造成本、更高制造效率、更高品質(zhì)一致性，但是我們犧牲了品種的個性化、多元化以及因為制造設施的準備需要非常多的投入，所以周期比較長。但是以3D打印為代表的新的數(shù)字化制造手段，讓我們能夠在制造的個性化程度以及相應的成本之間得到新的平衡，我們既可以實現(xiàn)個性化，同時還可以高效率、低成本以及高品質(zhì)一致性的實現(xiàn)它。

    講到增材制造技術，我們同行很多企業(yè)可能都有這個困惑：為什么我們都覺得增材制造技術這么好？我們聽了那么多專家的介紹，它有非常多好的特點，但為什么它現(xiàn)在規(guī)模還不夠大呢？增材制造技術的發(fā)展需要一些促進因素，來讓它實現(xiàn)規(guī)�；�的發(fā)展。我本人也跟在座很多同行經(jīng)常交流，我們都有一致的信念，認為增材制造技術未來肯定可以規(guī)�；�發(fā)展，但是它需要一些促進因素來推動它達到那一天。

    首先，大家問的最多的問題，就是你們做裝備，裝備尺寸能不能更大一點？效率能不能更高一點？設備的成本能不能更低一點？以及制造產(chǎn)品的品質(zhì)一致性更高一點。

    第二，也是現(xiàn)在在行業(yè)內(nèi)比較主流的觀點，我們認為材料制約了增材制造技術的發(fā)展，如果材料性能更好、品種更多、成本更低，以及材料批次一致性更好的話，我們能夠讓增材制造應用的可能性大大增加。

    第三是設計，剛才西門子也講到了設計，因為增材制造技術跟其他不一樣，為增材制造設計最基本的出發(fā)點就是性能為先的設計。除了設計思路的變化之外，我們能不能有一些設計工具支撐設計效率的提升，降低設計專業(yè)度的要求，這也是非常重要的。

    另外是標準，這也是行業(yè)內(nèi)談到最多的問題，增材制造是更靈活的制造手段，既然靈活了，能不能有一些標準來進行評價、約束，來讓它的一致性更好，可靠性得到大家的認可。

    人才，新行業(yè)發(fā)展需要足夠多人才的培養(yǎng)。

    先臨三維如果問我們的觀點，我們認為現(xiàn)階段這幾個因素當中，對制約最大的應該是設計方面，因為我們自己做增材制造技術很長時間了，同時我們也開設了各地的服務中心，使用增材制造技術為企業(yè)提供快速的小批量制造，甚至個性化制造服務。我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，90%以上客戶發(fā)過來的數(shù)據(jù)都是為模具工藝等等去設計的數(shù)據(jù)，讓我們用增材制造技術打印一個東西給他，就是為了更快的打樣的速度。但這并不能發(fā)揮增材制造技術特點和優(yōu)勢，反而在用它的短板做這些產(chǎn)品。所以以性能為先為增材制造而設計，是我們認為對于促進增材制造規(guī)�；瘧�用當中非常重要的環(huán)節(jié)，因為增材制造技術跟其他制造手段不同，它產(chǎn)生的目的并不是為了去替代現(xiàn)有各類成熟的制造技術，因為現(xiàn)有成熟的制造工具和技術已經(jīng)得到了成熟應用，就像上午GE增材的這位先生所講到的，當時有一個零件，試了各種手段都做不出來，后來一家服務商通過增材制造打印方式實現(xiàn)了。

    同時增材制造技術應用在制造業(yè)當中各個環(huán)節(jié)的關系也在發(fā)生一些調(diào)整和變化。首先現(xiàn)有主流的各種制造模式，各種環(huán)節(jié)是采用線性方式流轉(zhuǎn)的，中間有很多溝通效率的損失，時間也比較長，而且無法實時反饋。但是智能制造新趨勢要求我們把溝通、設計、材料和生產(chǎn)作為一個系統(tǒng)，同時進行溝通和分析，系統(tǒng)化的設計整個應用。規(guī)模化生產(chǎn)跟小批量個性化定制，規(guī)�；�生產(chǎn)通常指的是一個3D數(shù)據(jù)要做1萬件或者千萬件量級的產(chǎn)品，如果小批量或者個性化定制的模式，一個數(shù)據(jù)可能只做一件，可能最多也就是1千件左右的規(guī)模。在這樣的情況下，假設我們用的產(chǎn)品數(shù)量一定，這就帶來一個新的挑戰(zhàn)：三維數(shù)據(jù)量需要成百倍甚至成萬倍的增長，大家想想這樣對我們專業(yè)設計工程師數(shù)量的要求是怎樣的挑戰(zhàn)。我們當然不可能增加這么多工程師參與設計，所以我們需要現(xiàn)有工程師的設計工具或者設計手段、建模手段有所轉(zhuǎn)變，所以新的制造方式對3D數(shù)據(jù)生存方式提出了新的挑戰(zhàn)，我們需要在這方面做一些應對。

    個性化制造、小批量生產(chǎn)，意味著每一個3D數(shù)據(jù)的制造量減少，數(shù)據(jù)種類增多，因此讓設計更加智能化和簡單高效，才能滿足3D數(shù)據(jù)的要求。

    主流設計的方式，也是這么多年來一直發(fā)生著變化。最早期手動為主的制造方式，大家見的比較多的，手工匠人做一個小樣，根據(jù)它進行放樣，后面再開始做生產(chǎn)，去脫模。后面規(guī)�；�生產(chǎn)發(fā)展，我們是以工程圖紙為基礎，制造的一致性和標準化得到很大的提高，但是因為圖紙是一張張畫的，所有制造物體都是三維形狀的，所以對圖紙的修改、調(diào)整就帶來非常大的調(diào)整，所以早期設計效率非常低。后來三維CAD軟件大量應用，讓很多設計工作變得更加高效，因為它是三維模型，所以任意角度變化會在模型上面體現(xiàn)出來，大大提高了設計效率。但即便是這樣，如果是個性化制造或者小批量制造為主的制造模式，這樣的設計建模方式仍然不能滿足我們對數(shù)據(jù)大量的需求。所以這就需要我們運用多維度的數(shù)據(jù)生成的方式，它既包括現(xiàn)有的CAD數(shù)據(jù)，采用同步建模的速度進行快速修改、系列的調(diào)整，但同步建模技術也是西門子軟件一項比較突出的技術。我們還可以通過三維掃描技術，基于已有的實物快速獲取模型，再進行設計和調(diào)整，也可以使用創(chuàng)成式設計拓撲優(yōu)化，從而得到最優(yōu)的造型，最輕量化的結構。還有一種是自動算法建模，這在一些比較夸張的藝術結構設計當中已經(jīng)得到了很大的應用了。另外，今天很多專家講材料，講多種工藝的融合，設計也需要結合這些因素，最后得到促進。還有一種比較新的趨勢就是人工智能技術參與設計，比如增材制造技術對產(chǎn)品的數(shù)據(jù)造型作出很大的調(diào)整之后，它對仿真技術的應用提到了比較高的要求上。仿真技術最終并不能給你最優(yōu)的結果，需要基于更加自動化的優(yōu)化技術達到最終的結果。

    我們現(xiàn)在基于Solid Edge綜合設計平臺，在上面使用多種建模方式、逆向工程、創(chuàng)成式設計、仿真模型來生成相應的設計工作。

    革新的設計與建模方式，從掃描到打印一站式解決方案，通過3D掃描逆向工程與創(chuàng)成式設計優(yōu)化，可以高效將原有產(chǎn)品進行外觀與結構的改造，并最終制造出來。所以創(chuàng)成式設計對于增材制造必要性會帶來很大的幫助。

    三維掃描技術是一種非�？焖俚娜�維數(shù)據(jù)的獲取方式，它可以大大使設計和建模普及化和大眾化。另外是創(chuàng)成式設計與仿真+優(yōu)化技術，對于增材制造的優(yōu)勢發(fā)揮至關重要的作用。第三是根據(jù)設計目標參數(shù)，智能地對設計結構進行結構優(yōu)化，按照性能為先的原則設計出它的拓撲結構。在去除冗余部分以后可以降低材料的消耗，降低成本。

    （PPT圖示）這是采用金屬打印的排氣管，以前金屬打印排氣管不可想象，大家會覺得成本很高。但是基于這幾年材料成本的下降以及優(yōu)化的三維設計結構，使產(chǎn)品制造成本得到了優(yōu)化。

    不僅可以做產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程工裝夾具，現(xiàn)在也是在很多制造企業(yè)當中很大的投入，現(xiàn)在很多企業(yè)也采用3D打印技術做柔性的工裝夾具，會把相同的部分仍然采用開模的方式做，但是與產(chǎn)品相結合的，跟每個不同的產(chǎn)品夾具用3D打印方式去做，這樣來達到效益的最優(yōu)。當然了，創(chuàng)成式設計不一定能夠保證你是最優(yōu)化的結構，但是至少能夠在很大程度上降低材料的消耗和時間的消耗。

    （PPT圖示）這是我們給某個比較著名的電動車徹上做的一個安裝夾具，去做車標的貼標。

    （PPT圖示）這是我們3D打印直接制造的跑鞋，今年我們已經(jīng)在構建一個年產(chǎn)5萬雙鞋的產(chǎn)線，今年開始要實現(xiàn)3D打印鞋的批量制造，都是建立在對于腳底的掃描、數(shù)據(jù)仿真分析的基礎上，用軟件模擬出各種結構。包括個性化定制高跟鞋，還可以通過三維掃描，去掃描已有的藝術造型，再把它遷移，延伸到其他產(chǎn)品的生產(chǎn)上面。甚至一些消費產(chǎn)品的商家都可以采用三維掃描工具，包括幫助殘疾人小孩做個性化的假肢等等。包括即刻修復的牙，兩到三個小時內(nèi)在診所里面跑一次就可以把自己的牙修好，大大節(jié)省了效率。

    當然我們也做過很多高端的國防產(chǎn)業(yè)的案例，但是作為我們公司而言，我們希望自己的使命能夠讓個性化的產(chǎn)品和服務走進億萬家庭。因為制造業(yè)發(fā)展了這么久，盡管在規(guī)�；�的產(chǎn)業(yè)非常蓬勃和大規(guī)模的情況下，仍然有許多的產(chǎn)業(yè)還是采用手工的方式去做服務和產(chǎn)品。所以我們希望通過增材制造技術以及智能設計技術的應用，能夠讓個性化產(chǎn)品的生產(chǎn)也使用數(shù)字化的手段，達到規(guī)�；�的經(jīng)濟效益，這樣可以讓每個人去享受到個性化的產(chǎn)品服務和關懷。

    希望在這個方向上能夠跟大家共同努力去實現(xiàn)，謝謝。