专访增材院、西安交通大学教授张琦：基于增材制造的轻量化\多功能\一体化设计

2019年9月19-21日，IAME中国（西安）国际3D打印博览会暨高峰论坛在西安高新国际会议中心举办。2019IAME旨在搭建增材制造（3D打印）科技创新的开放合作共享交流平台，汇聚全球顶尖的增材制造（3D打印）领域成果及人才，促进行业各环节、产业链的衔接融合。南极熊作为战略合作媒体，到西安现场全程报道。

在增材制造与创新设计分论坛，增材院、西安交通大学教授张琦做了《基于增材制造的轻量化\多功能\一体化设计》主题演讲，南极熊专访了张琦教授。
△视频：南极熊专访增材院、西安交通大学教授张琦

△南极熊专访增材院、西安交通大学教授张琦

南极熊：以前制造业做设计都是围绕着减材制造去做，而3D打印技术出来以后，大家对设计方面其实做了很多的改进，您能给我们讲一下增材质制造轻量化设计方面目前有哪些新的趋势吗？


张琦教授：增材制造设计我认为是产业的一个核心问题。首先，如果我们把增材制造在工业里进行推广应用的话，我们必须要从设计做起。本次峰会上，来了很多法国教授，其中有一个教授也专门做设计 。他说增材的设计和传统设计不一样，它是基于性能来进行设计。我们目前没有针对增材的设计理论和设计方法方面的体系，这块我觉得在未来几年也是我们这些设计人员的一个主要的目标和主要任务。目前我们通常用的设计方法包括有比如说大家都清楚拓朴优化，包括晶格设计这些都轻量化的设计方法。

另外我们还具备一体化设计的能力，这也是增材制造很重要的一个环节。一体化设计以后可以提高产品的可靠性、稳定性，如果一个部件由20个零件焊接在一起，那么他可能会有一个零件先坏掉，而我们通过一体化设计就可以把这个问题很好地解决，另外它的一致性还得到了提升。因为一些装配和加工偏差就不存在了。

另外一个在增材制造中，设计可以考虑的是基于性能的设计，比如说我们会考虑气体的流场、温度场、磁场或者电场，这些多物理场耦合的一些设计，也会用在增材里面，这方面可能还需要专门的大学教授或者研究人员来开发相关的一些软件，建成相关的体系。

南极熊：目前，国内从事这个领域的人才是否比较欠缺？

张琦教授：从高校而言，我们现在没有专门针对增材设计的这种课程体系，我们教育部正在推增材制造的专业建设，希望在我们的行业里发起呼吁，然后国家响应，成立相关的专业，建立基于增材制造的专业体系，体系里面会有关键的课程，就是基于增材制造的创新设计这个课程。现在全国这方面的课程还比较少，我们缺的是基于增材制造创新设计的教材，我刚才提到了这个设计是一个系统性工作，在这方面，我们将在近一两年做很多工作，建立完善的教材体系。

南极熊：在今天的大会同期，还有四场创意设计大赛，我们看到很多参赛选手都用到了优化设计的手段，大赛这块您能说一些自己的看法吗？

张琦教授：我们在现在的大赛比较多，特别是对增材的，您会看到有非常多的年轻人参与到赛事中，他们就是我们所谓的创客，他们打破了传统的制造理念，让设计发挥出更大的自由度，很多年轻人对这个方向非常感兴趣。

那么我想，年轻人感兴趣，就会推进我们这个行业的发展。我们会拟定一些设计目标，出了一些题目，这些年轻人就开始设计，这次参赛的团队非常多，看谁设计的最轻，看谁设计的质量最好。除此之外，还有一种开放性的设计，比如创新设计一个汽车、创新设计一个飞船，将来可以更往深处讲，它可以在火星上创新设计一些建筑，能够处于微重力环境下的建筑等等。

我觉得这种的竞赛也会有个循序渐进，从简单的到复杂的。

南极熊：这种设计软件，可能目前大部分都是来自于国外的软件，国内这方面相对来说比较缺失，对这方面你有什么看法？

张琦教授：我觉得软件可能是我们真正的一个短板，设备可以看得见摸得着，软件我们摸不到。目前市面上的软件，从CAD软件到CAE软件，再到CAM软件，基本上全部都是进口的。

我和软件公司也有过合作和交流，通常的软件开发周期都应该在10年以上。它经过多年的迭代，才能把这个软件开发的应用性好，性能稳定。那么我们国家现在在这块确实还是非常的薄弱，我们也是希望呼吁国家能够来支持我们软件企业的发展，开发出我们自主知识产权的软件。另外一种方式就是也希望我们有投资意向的投资方，我是非常建议他们去国外收购软件公司，这样的话就是使我们这个路就会短很多，否则我们需要还需要很长的时间来满足对我们软件的开发过程。