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(dǎo)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(bào)的內(nèi)容是關(guān)于增材制造的建模,。增材制造技術(shù)是一種數(shù)字化制造技術(shù),，既然是數(shù)字化制造技術(shù)，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?cè)谥v增材制造技術(shù)本質(zhì)上是一種制造手段，講制造就離不開消費(fèi),，因?yàn)橹圃焓菫橄�費(fèi)服務(wù)的,，所有制造趨勢的變革也是受消費(fèi)趨勢的變革所影響的。現(xiàn)在生產(chǎn)消費(fèi)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(fèi)者按需進(jìn)行生產(chǎn)和服務(wù),，逐漸成為大家共同的訴求和需要,。因?yàn)橹圃鞓I(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(fèi)趨勢呈現(xiàn)個(gè)性化方向發(fā)展之后,，必定會(huì)導(dǎo)致制造手段作出相應(yīng)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(shí)現(xiàn)個(gè)性化定制,。

    如果把制造定制化程度從低到高，以及相應(yīng)的成本或者價(jià)格從低到高畫兩個(gè)坐標(biāo)軸,，定制化程度高的手工定制模式,，現(xiàn)在相對(duì)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(huì)當(dāng)中,，早期在沒有這么多先進(jìn)制造手段和制造設(shè)施的時(shí)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(diǎn)也是比較顯而易見的,。后來制造業(yè)規(guī)模化發(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(gè)性化,、多元化以及因?yàn)橹圃煸O(shè)施的準(zhǔn)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(gè)性化程度以及相應(yīng)的成本之間得到新的平衡，我們既可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化,，同時(shí)還可以高效率,、低成本以及高品質(zhì)一致性的實(shí)現(xiàn)它。

    講到增材制造技術(shù),，我們同行很多企業(yè)可能都有這個(gè)困惑：為什么我們都覺得增材制造技術(shù)這么好,？我們聽了那么多專家的介紹，它有非常多好的特點(diǎn),，但為什么它現(xiàn)在規(guī)模還不夠大呢,？增材制造技術(shù)的發(fā)展需要一些促進(jìn)因素，來讓它實(shí)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(rèn)為增材制造技術(shù)未來肯定可以規(guī)�,；�發(fā)展，但是它需要一些促進(jìn)因素來推動(dòng)它達(dá)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(diǎn),？效率能不能更高一點(diǎn)？設(shè)備的成本能不能更低一點(diǎn),？以及制造產(chǎn)品的品質(zhì)一致性更高一點(diǎn),。

    第二,，也是現(xiàn)在在行業(yè)內(nèi)比較主流的觀點(diǎn)，我們認(rèn)為材料制約了增材制造技術(shù)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(yīng)用的可能性大大增加。

    第三是設(shè)計(jì),，剛才西門子也講到了設(shè)計(jì),，因?yàn)樵霾闹圃旒夹g(shù)跟其他不一樣，為增材制造設(shè)計(jì)最基本的出發(fā)點(diǎn)就是性能為先的設(shè)計(jì),。除了設(shè)計(jì)思路的變化之外，我們能不能有一些設(shè)計(jì)工具支撐設(shè)計(jì)效率的提升,，降低設(shè)計(jì)專業(yè)度的要求,，這也是非常重要的。

    另外是標(biāo)準(zhǔn),，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(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行評(píng)價(jià),、約束，來讓它的一致性更好,，可靠性得到大家的認(rèn)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(diǎn),，我們認(rèn)為現(xiàn)階段這幾個(gè)因素當(dāng)中，對(duì)制約最大的應(yīng)該是設(shè)計(jì)方面,，因?yàn)槲覀冏约鹤鲈霾闹圃旒夹g(shù)很長時(shí)間了,，同時(shí)我們也開設(shè)了各地的服務(wù)中心，使用增材制造技術(shù)為企業(yè)提供快速的小批量制造,，甚至個(gè)性化制造服務(wù),。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(shè)計(jì)的數(shù)據(jù),，讓我們用增材制造技術(shù)打印一個(gè)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(shù)特點(diǎn)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(shè)計(jì),，是我們認(rèn)為對(duì)于促進(jìn)增材制造規(guī)模化應(yīng)用當(dāng)中非常重要的環(huán)節(jié),，因?yàn)樵霾闹圃旒夹g(shù)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(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)有成熟的制造工具和技術(shù)已經(jīng)得到了成熟應(yīng)用,，就像上午GE增材的這位先生所講到的,，當(dāng)時(shí)有一個(gè)零件，試了各種手段都做不出來,，后來一家服務(wù)商通過增材制造打印方式實(shí)現(xiàn)了,。

    同時(shí)增材制造技術(shù)應(yīng)用在制造業(yè)當(dāng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的關(guān)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(shí)間也比較長,，而且無法實(shí)時(shí)反饋,。但是智能制造新趨勢要求我們把溝通、設(shè)計(jì),、材料和生產(chǎn)作為一個(gè)系統(tǒng),，同時(shí)進(jìn)行溝通和分析，系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)整個(gè)應(yīng)用,。規(guī)�,；�生產(chǎn)跟小批量個(gè)性化定制，規(guī)�,；�生產(chǎn)通常指的是一個(gè)3D數(shù)據(jù)要做1萬件或者千萬件量級(jí)的產(chǎn)品,，如果小批量或者個(gè)性化定制的模式，一個(gè)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(shè)我們用的產(chǎn)品數(shù)量一定,，這就帶來一個(gè)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(duì)我們專業(yè)設(shè)計(jì)工程師數(shù)量的要求是怎樣的挑戰(zhàn)。我們當(dāng)然不可能增加這么多工程師參與設(shè)計(jì),，所以我們需要現(xiàn)有工程師的設(shè)計(jì)工具或者設(shè)計(jì)手段,、建模手段有所轉(zhuǎn)變，所以新的制造方式對(duì)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(yīng)對(duì),。

    個(gè)性化制造、小批量生產(chǎn),，意味著每一個(gè)3D數(shù)據(jù)的制造量減少,，數(shù)據(jù)種類增多,，因此讓設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的方式,，也是這么多年來一直發(fā)生著變化。最早期手動(dòng)為主的制造方式,，大家見的比較多的,，手工匠人做一個(gè)小樣，根據(jù)它進(jìn)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(chǔ)，制造的一致性和標(biāo)準(zhǔn)化得到很大的提高,，但是因?yàn)閳D紙是一張張畫的,，所有制造物體都是三維形狀的，所以對(duì)圖紙的修改,、調(diào)整就帶來非常大的調(diào)整,，所以早期設(shè)計(jì)效率非常低,。后來三維CAD軟件大量應(yīng)用,，讓很多設(shè)計(jì)工作變得更加高效，因?yàn)樗�是三維模型,，所以任意角度變化會(huì)在模型上面體現(xiàn)出來,，大大提高了設(shè)計(jì)效率。但即便是這樣,，如果是個(gè)性化制造或者小批量制造為主的制造模式,，這樣的設(shè)計(jì)建模方式仍然不能滿足我們對(duì)數(shù)據(jù)大量的需求。所以這就需要我們運(yùn)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(jìn)行快速修改、系列的調(diào)整,，但同步建模技術(shù)也是西門子軟件一項(xiàng)比較突出的技術(shù),。我們還可以通過三維掃描技術(shù)，基于已有的實(shí)物快速獲取模型,，再進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整,，也可以使用創(chuàng)成式設(shè)計(jì)拓?fù)鋬?yōu)化，從而得到最優(yōu)的造型,，最輕量化的結(jié)構(gòu),。還有一種是自動(dòng)算法建模,，這在一些比較夸張的藝術(shù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)當(dāng)中已經(jīng)得到了很大的應(yīng)用了。另外,，今天很多專家講材料,，講多種工藝的融合，設(shè)計(jì)也需要結(jié)合這些因素,，最后得到促進(jìn),。還有一種比較新的趨勢就是人工智能技術(shù)參與設(shè)計(jì)，比如增材制造技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)造型作出很大的調(diào)整之后,，它對(duì)仿真技術(shù)的應(yīng)用提到了比較高的要求上,。仿真技術(shù)最終并不能給你最優(yōu)的結(jié)果，需要基于更加自動(dòng)化的優(yōu)化技術(shù)達(dá)到最終的結(jié)果,。

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

    革新的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)優(yōu)化，可以高效將原有產(chǎn)品進(jìn)行外觀與結(jié)構(gòu)的改造,，并最終制造出來,。所以創(chuàng)成式設(shè)計(jì)對(duì)于增材制造必要性會(huì)帶來很大的幫助。

    三維掃描技術(shù)是一種非�,？焖俚娜�維數(shù)據(jù)的獲取方式,，它可以大大使設(shè)計(jì)和建模普及化和大眾化。另外是創(chuàng)成式設(shè)計(jì)與仿真+優(yōu)化技術(shù),，對(duì)于增材制造的優(yōu)勢發(fā)揮至關(guān)重要的作用,。第三是根據(jù)設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)，智能地對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化,，按照性能為先的原則設(shè)計(jì)出它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),。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(huì)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(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),，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(dāng)中很大的投入,，現(xiàn)在很多企業(yè)也采用3D打印技術(shù)做柔性的工裝夾具，會(huì)把相同的部分仍然采用開模的方式做,，但是與產(chǎn)品相結(jié)合的,，跟每個(gè)不同的產(chǎn)品夾具用3D打印方式去做，這樣來達(dá)到效益的最優(yōu),。當(dāng)然了,，創(chuàng)成式設(shè)計(jì)不一定能夠保證你是最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)，但是至少能夠在很大程度上降低材料的消耗和時(shí)間的消耗,。

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

    （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(gòu)建一個(gè)年產(chǎn)5萬雙鞋的產(chǎn)線,，今年開始要實(shí)現(xiàn)3D打印鞋的批量制造，都是建立在對(duì)于腳底的掃描,、數(shù)據(jù)仿真分析的基礎(chǔ)上,，用軟件模擬出各種結(jié)構(gòu)。包括個(gè)性化定制高跟鞋,，還可以通過三維掃描,，去掃描已有的藝術(shù)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(fèi)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(gè)性化的假肢等等,。包括即刻修復(fù)的牙,，兩到三個(gè)小時(shí)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(dāng)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(gè)性化的產(chǎn)品和服務(wù)走進(jìn)億萬家庭,。因?yàn)橹圃鞓I(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(wù)和產(chǎn)品。所以我們希望通過增材制造技術(shù)以及智能設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用,，能夠讓個(gè)性化產(chǎn)品的生產(chǎn)也使用數(shù)字化的手段,，達(dá)到規(guī)模化的經(jīng)濟(jì)效益,，這樣可以讓每個(gè)人去享受到個(gè)性化的產(chǎn)品服務(wù)和關(guān)懷,。

    希望在這個(gè)方向上能夠跟大家共同努力去實(shí)現(xiàn),，謝謝。