先临三维李涛：《增材制造的灵魂——多维度的3D建模方式》

南极熊导读：先临三维是中国最大的3D扫描仪厂商，而3D扫描仪是3D建模最有力的利器。其CEO的演讲中，含有大量3D建模的行业信息，值得大家品读。



先临三维科技股份有限公司CEO李涛：《增材制造的灵魂——多维度的3D建模方式》主题演讲。南极熊3D打印网小编现场聆听了专家们的演讲。下面是现场速记的文字记录。

    李涛：尊敬的各位专家、各位同行伙伴们，各位来宾，大家下午好！
    我今天给大家汇报的内容是关于增材制造的建模。增材制造技术是一种数字化制造技术，既然是数字化制造技术，所有制造的来源就是数字模型，数字模型是要靠建模来获得的。

    我们在讲增材制造技术本质上是一种制造手段，讲制造就离不开消费，因为制造是为消费服务的，所有制造趋势的变革也是受消费趋势的变革所影响的。现在生产消费的趋势呈现出一种新的趋势，从B2C的模式逐渐向C2B、C2M发展，根据消费者按需进行生产和服务，逐渐成为大家共同的诉求和需要。因为制造业发展到现在，各种效率不断提高，产品成本不断降低，多元化的产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产品来满足。所以消费趋势呈现个性化方向发展之后，必定会导致制造手段作出相应的调整，所以大规模的生产逐渐变成小批量多品种，以及未来有可能实现个性化定制。

    如果把制造定制化程度从低到高，以及相应的成本或者价格从低到高画两个坐标轴，定制化程度高的手工定制模式，现在相对来说成本也比较高。定制化的制造，从我们有制造的第一天起就一直存在人类社会当中，早期在没有这么多先进制造手段和制造设施的时候，所有的制造都是手工为主，定制化为主，它的优势和缺点也是比较显而易见的。后来制造业规模化发展之后，我们得到了更低的单件制造成本、更高制造效率、更高品质一致性，但是我们牺牲了品种的个性化、多元化以及因为制造设施的准备需要非常多的投入，所以周期比较长。但是以3D打印为代表的新的数字化制造手段，让我们能够在制造的个性化程度以及相应的成本之间得到新的平衡，我们既可以实现个性化，同时还可以高效率、低成本以及高品质一致性的实现它。

    讲到增材制造技术，我们同行很多企业可能都有这个困惑：为什么我们都觉得增材制造技术这么好？我们听了那么多专家的介绍，它有非常多好的特点，但为什么它现在规模还不够大呢？增材制造技术的发展需要一些促进因素，来让它实现规模化的发展。我本人也跟在座很多同行经常交流，我们都有一致的信念，认为增材制造技术未来肯定可以规模化发展，但是它需要一些促进因素来推动它达到那一天。

    首先，大家问的最多的问题，就是你们做装备，装备尺寸能不能更大一点？效率能不能更高一点？设备的成本能不能更低一点？以及制造产品的品质一致性更高一点。

    第二，也是现在在行业内比较主流的观点，我们认为材料制约了增材制造技术的发展，如果材料性能更好、品种更多、成本更低，以及材料批次一致性更好的话，我们能够让增材制造应用的可能性大大增加。

    第三是设计，刚才西门子也讲到了设计，因为增材制造技术跟其他不一样，为增材制造设计最基本的出发点就是性能为先的设计。除了设计思路的变化之外，我们能不能有一些设计工具支撑设计效率的提升，降低设计专业度的要求，这也是非常重要的。

    另外是标准，这也是行业内谈到最多的问题，增材制造是更灵活的制造手段，既然灵活了，能不能有一些标准来进行评价、约束，来让它的一致性更好，可靠性得到大家的认可。

    人才，新行业发展需要足够多人才的培养。

    先临三维如果问我们的观点，我们认为现阶段这几个因素当中，对制约最大的应该是设计方面，因为我们自己做增材制造技术很长时间了，同时我们也开设了各地的服务中心，使用增材制造技术为企业提供快速的小批量制造，甚至个性化制造服务。我们经常发现，90%以上客户发过来的数据都是为模具工艺等等去设计的数据，让我们用增材制造技术打印一个东西给他，就是为了更快的打样的速度。但这并不能发挥增材制造技术特点和优势，反而在用它的短板做这些产品。所以以性能为先为增材制造而设计，是我们认为对于促进增材制造规模化应用当中非常重要的环节，因为增材制造技术跟其他制造手段不同，它产生的目的并不是为了去替代现有各类成熟的制造技术，因为现有成熟的制造工具和技术已经得到了成熟应用，就像上午GE增材的这位先生所讲到的，当时有一个零件，试了各种手段都做不出来，后来一家服务商通过增材制造打印方式实现了。

    同时增材制造技术应用在制造业当中各个环节的关系也在发生一些调整和变化。首先现有主流的各种制造模式，各种环节是采用线性方式流转的，中间有很多沟通效率的损失，时间也比较长，而且无法实时反馈。但是智能制造新趋势要求我们把沟通、设计、材料和生产作为一个系统，同时进行沟通和分析，系统化的设计整个应用。规模化生产跟小批量个性化定制，规模化生产通常指的是一个3D数据要做1万件或者千万件量级的产品，如果小批量或者个性化定制的模式，一个数据可能只做一件，可能最多也就是1千件左右的规模。在这样的情况下，假设我们用的产品数量一定，这就带来一个新的挑战：三维数据量需要成百倍甚至成万倍的增长，大家想想这样对我们专业设计工程师数量的要求是怎样的挑战。我们当然不可能增加这么多工程师参与设计，所以我们需要现有工程师的设计工具或者设计手段、建模手段有所转变，所以新的制造方式对3D数据生存方式提出了新的挑战，我们需要在这方面做一些应对。

    个性化制造、小批量生产，意味着每一个3D数据的制造量减少，数据种类增多，因此让设计更加智能化和简单高效，才能满足3D数据的要求。

    主流设计的方式，也是这么多年来一直发生着变化。最早期手动为主的制造方式，大家见的比较多的，手工匠人做一个小样，根据它进行放样，后面再开始做生产，去脱模。后面规模化生产发展，我们是以工程图纸为基础，制造的一致性和标准化得到很大的提高，但是因为图纸是一张张画的，所有制造物体都是三维形状的，所以对图纸的修改、调整就带来非常大的调整，所以早期设计效率非常低。后来三维CAD软件大量应用，让很多设计工作变得更加高效，因为它是三维模型，所以任意角度变化会在模型上面体现出来，大大提高了设计效率。但即便是这样，如果是个性化制造或者小批量制造为主的制造模式，这样的设计建模方式仍然不能满足我们对数据大量的需求。所以这就需要我们运用多维度的数据生成的方式，它既包括现有的CAD数据，采用同步建模的速度进行快速修改、系列的调整，但同步建模技术也是西门子软件一项比较突出的技术。我们还可以通过三维扫描技术，基于已有的实物快速获取模型，再进行设计和调整，也可以使用创成式设计拓扑优化，从而得到最优的造型，最轻量化的结构。还有一种是自动算法建模，这在一些比较夸张的艺术结构设计当中已经得到了很大的应用了。另外，今天很多专家讲材料，讲多种工艺的融合，设计也需要结合这些因素，最后得到促进。还有一种比较新的趋势就是人工智能技术参与设计，比如增材制造技术对产品的数据造型作出很大的调整之后，它对仿真技术的应用提到了比较高的要求上。仿真技术最终并不能给你最优的结果，需要基于更加自动化的优化技术达到最终的结果。

    我们现在基于Solid Edge综合设计平台，在上面使用多种建模方式、逆向工程、创成式设计、仿真模型来生成相应的设计工作。

    革新的设计与建模方式，从扫描到打印一站式解决方案，通过3D扫描逆向工程与创成式设计优化，可以高效将原有产品进行外观与结构的改造，并最终制造出来。所以创成式设计对于增材制造必要性会带来很大的帮助。

    三维扫描技术是一种非常快速的三维数据的获取方式，它可以大大使设计和建模普及化和大众化。另外是创成式设计与仿真+优化技术，对于增材制造的优势发挥至关重要的作用。第三是根据设计目标参数，智能地对设计结构进行结构优化，按照性能为先的原则设计出它的拓扑结构。在去除冗余部分以后可以降低材料的消耗，降低成本。

    （PPT图示）这是采用金属打印的排气管，以前金属打印排气管不可想象，大家会觉得成本很高。但是基于这几年材料成本的下降以及优化的三维设计结构，使产品制造成本得到了优化。

    不仅可以做产品，在生产过程工装夹具，现在也是在很多制造企业当中很大的投入，现在很多企业也采用3D打印技术做柔性的工装夹具，会把相同的部分仍然采用开模的方式做，但是与产品相结合的，跟每个不同的产品夹具用3D打印方式去做，这样来达到效益的最优。当然了，创成式设计不一定能够保证你是最优化的结构，但是至少能够在很大程度上降低材料的消耗和时间的消耗。

    （PPT图示）这是我们给某个比较著名的电动车彻上做的一个安装夹具，去做车标的贴标。

    （PPT图示）这是我们3D打印直接制造的跑鞋，今年我们已经在构建一个年产5万双鞋的产线，今年开始要实现3D打印鞋的批量制造，都是建立在对于脚底的扫描、数据仿真分析的基础上，用软件模拟出各种结构。包括个性化定制高跟鞋，还可以通过三维扫描，去扫描已有的艺术造型，再把它迁移，延伸到其他产品的生产上面。甚至一些消费产品的商家都可以采用三维扫描工具，包括帮助残疾人小孩做个性化的假肢等等。包括即刻修复的牙，两到三个小时内在诊所里面跑一次就可以把自己的牙修好，大大节省了效率。

    当然我们也做过很多高端的国防产业的案例，但是作为我们公司而言，我们希望自己的使命能够让个性化的产品和服务走进亿万家庭。因为制造业发展了这么久，尽管在规模化的产业非常蓬勃和大规模的情况下，仍然有许多的产业还是采用手工的方式去做服务和产品。所以我们希望通过增材制造技术以及智能设计技术的应用，能够让个性化产品的生产也使用数字化的手段，达到规模化的经济效益，这样可以让每个人去享受到个性化的产品服务和关怀。

    希望在这个方向上能够跟大家共同努力去实现，谢谢。