2023年3D打印预测：软件和自动化将成为研发重点

导读：增材制造 (AM) 的下一阶段的重点研发为软件驱动部分，比如用于生产工作流程中组织和集成3D打印机的控制系统等。这些系统还可以与预处理和后处理机器人协作，自动执行实际打印的全过程，减少人力和成本。 那么2023年3D软件和自动化将如何发展？



3D打印仿真软件
Markforged 软件产品开发总监 Doug Kenik指出：“更好的软件，而不是硬件，将推动3D打印的应用市场。3D 打印工作流程中的仿真模拟功能是在打印前预测打印件的成功性，同时消除打印过程中存在的风险。仿真是更广泛地使用3D打印，并在一系列行业中进行应用生产的关键。”


△2022 年，Markforged 发布了 Simulation，这是一款用于预测与安全和受力等因素相关的3D打印碳纤维部件性能的软件，可以为产品的不同部分生成必要的填充物、纤维量等。图片由 Markforged 提供。

仿真是 AM 软件领域的一项重要发展，它不可以预测零件性能和预测打印过程。在这个领域已经有一些发展了，包括3D Systems 收购 Additive Works、Stratasys 收购 Riven，Riven可以预测CAD模型的变形以补偿打印过程中出现的错误。


△Additive Works 的 3D 打印模拟。图片由 Additive Works 提供。

软件和自动化齐头并进
3D Systems 还聘请了增材制造仿真领域的先驱之一布伦特·斯塔克 (Brent Stucker) 博士担任首席技术官。他将在软件等方面帮助指导公司，但由于 3D Systems 的软件部门 Oqton 独立运营，因此很难确定仿真科学家将如何参与 Oqton 的整体运营。Oqton 高级副总裁兼总经理 Ben Schrauwen 博士强调，软件将成为自动化的重要组成部分。

随着 AM 在来年作为一种生产技术得到更广泛的采用，软件将在三个关键领域发挥越来越重要的作用：自动化、可追溯性和垂直化。

●自动化：随着服务局、医疗保健和消费品等生产领域高度混合，打印过程准备文件相关的时间和成本非常重要，增材制造软件将在促进自动化方面发挥关键作用。使用了深度学习等现代人工智能技术，可以推动以前不可能实现的非常高水平的自动化。随着效率的提高和成本的降低，熟练的员工可以专注于可以为制造环境增加价值的其他任务。


△Oqton的软件应用于牙科3D打印。图片由 Oqton 提供。

●可追溯性：对于医疗和航空航天等受到高度监管的行业，相信完整解决方案（包括维护、材料和操作员）的可追溯性的重要性将继续上升，将多个系统集成到一个单一的记录系统中是由必要的。

●垂直化：为了扩展AM可以解决的应用程序，易于使用的垂直软件解决方案的可用性将不断增加。产品包括目前可用的牙科应用专用解决方案、热交换器设计和共形冷却模具嵌件，这些产品不需要用户深入了解增材工艺，但可以成为扩大整体规模的关键，从而推动增材市场

Stratasys全球软件战略副总裁 Shaul Samara强调了硬件和软件方面的自动化趋势，他指出，增材制造行业已经表明，工业 3D 打印机可以满足生产最终用途零件的需求，但现在需要更多地关注自动化流程。例如，目前60% 到 75% 的工作时间都花在了开始打印之前的任务上。

●通过自动化报价和工作验证等步骤，可以将打印前的工作时间削减到几乎为零。

●在实际的 3D 打印过程中，可以通过将材料直接发送到工作站来自动补料，从而节省时间、提高准确性并显着减少浪费。

●最后，可以使用自动化机器人来提高流程的可重复性和质量，并以更少的劳动力获得更多零件。

这些措施将使全球制造业真正开始大规模衡业务流程改进。

自动化的驱动力
在2023 年预测中，Materialise 首席执行官 Fried Vancraen 强调了对自动化趋势。3D打印是一种数字制造技术，但它仍然需要大量的人工干预。而这些熟练工人越来越难找。事实上，Materialise最近的一项调查表明，对于已经在使用或考虑 3D 打印的公司来说，招聘具有必要专业知识的员工是最大的挑战。与此同时，将工业 3D 打印生产规模扩大到数千或数百万需要可重复且一致的打印过程。这两个挑战增加了对自动化的需求。

自动化3D打印过程包括各个阶段，例如准备、修复文件以及工作流自动化。Materialise Software 董事总经理 Bart Van der Schueren 表示“近年来，软件在自动化 3D 打印过程的各个阶段（从准备和修复文件到后处理）方面发挥了至关重要的作用。现在，工业规模 3D 打印的前景需要可重复且一致的打印过程，其中不仅各个阶段都是自动化的，而且它们之间的流程也是自动化的。 Materialise 的 CO-AM 平台，使制造商不仅可以实现各个阶段的自动化，还可以实现整个工作流程的自动化，从订单接收到交付以及其间的一切工作。”

AiBuild 的首席执行官 Daghan Cam将AI视为3D打印发展中不可缺少的一环。他的公司为通过机器学习优化的 3D 打印技术开发软件。为了推动自动化趋势，他还期望“开放式架构”能够在硬件、材料和软件之间实现更多协同作用。

Daghan Cam说“到 2023 年，我们预计增材制造将加速软件和自动化趋势。首先，由于最终客户对“开放式架构”解决方案的需求，将会出现新的硬件/材料/软件合作伙伴关系。这些系统将更加相互关联，并成为生产线不可或缺的一部分。其次，人工智能将改变增材制造工作流程。手动、反复试验的方法将被智能使用数据和基于云的机器学习解决方案所取代。随着自动化水平的提高以及硬件、软件和材料之间的无缝集成，增材制造技术将继续扩展到主流应用中。”

3D打印数据安全
尽管数据安全长期以来一直是 AM 领域讨论的话题，但该技术并没有完全达到生产水平。这意味着数据安全要么是概念性的，在逐个项目的基础上处理，要么由每个公司以不同方式处理。现在3D打印数据安全系统正逐步达到大批量生产的水平，必须提供更标准化的全行业解决方案来保护在云中存储、直接传输和流式传输的数据。

Vancraen 说：“这个新的数字化、分布式生产环境围绕着一个关键资产——数据。 并且需要保护这些数据，以防止供应商窃取设计并在他自己的3D打印机上打印。当然，数据安全在任何形式的制造中都很重要，无论是传统制造还是智能制造。但对于 3D 打印，它的意义远不止于此。将3D打印部件的生产规模扩大到数千或数百万个，需要制造商优化和微调他们的打印流程，以使其在多个生产地点高效、可靠和可重复。智能生产流程可确保所有 3D 打印部件无论在何处生产都具有相同的质量。创建这样一个过程既复杂又耗时，但它可以提高公司的竞争力。这就是为什么除了数据安全之外，数据完整性正成为采用数字制造的公司的首要考虑因素。”

自动化现实
增材制造咨询公司 3Degrees 的创始人兼首席执行官 Mike Vasquez 解释说，尽管所讨论的领域取得了重大进展，但前进的道路并非一帆风顺。随着这些解决方案的实施和扩展，将会取得重大进展。

MES 开发商 Authentise 的创始人兼首席执行官安德烈·韦格纳 (Andre Wegner)表示，尽管整个行业都希望将 3D 打印软件更好地集成到更大规模的制造业务中，但在寻求预打包和定制解决方案之间将存在分歧。


△Authentise 的数字设计仓库用于管理数字备件。图片由 Authentise 提供。

“随着市场的成熟，更大的参与者需要更具体的服务，他们越来越多地使用 excel 表和传统的 ERP 系统。另一方面，较小的服务机构现在已经很成熟，并且可以购买现成的特定功能（例如在线报价或生产管理）并且非常适合。两者的持续重点将是集成，因为客户厌倦了不得不使用多种不同的工具。这将得益于越来越多的人接受云作为交付系统。”Wegner 说。

GPU 支持的 MES 软件初创公司 Dyndrite 的首席执行官 Harshil Goel强调了一个事实，即软件自动化将超越AM本身。他说：“增材软件自动化将发展为与制造过程有更深层次的联系，而不是今天肤浅的数据库和业务逻辑状态。这一变化将与 CAM 软件的发展协同工作，以实际控制和探索用于扩展可用材料、提高构建速度、提高零件质量并实现更复杂几何图形打印的刀具路径。激光粉末床融合的用户将首先感受到这些变化，然后是喷射/光聚合工艺。”



不管确切的细分市场如何形成，我们可以自信地说增材制造软件和自动化细分市场将快速增长。特别是 SmarTech Analysis 在其“ 2023年增材制造软件市场机遇”报告中指出，软件将从今年的12亿美元增长到2031年的62亿美元。（根据SmarTech Analysis的最新报告，预测2031年3D打印软件市场将达到62亿美元-南极熊3D打印网 - 平台 (nanjixiong.com)）