看西門子增材制造設(shè)計實驗室如何促進3D打印的應(yīng)用創(chuàng)新,？

增材制造/3D打印是一種不同于以往的材料加工工藝,，通過零件的設(shè)計優(yōu)化以及增材制造工藝,，能夠創(chuàng)造出全新的結(jié)構(gòu)，甚至是實現(xiàn)以前不可能實現(xiàn)的功能,。正是基于對增材制造這些優(yōu)勢的重視,，西門子在柏林開設(shè)了增材制造設(shè)計實驗室。

西門子認為要充分利用增材制造技術(shù),，重塑設(shè)計思維是必不可少的前提,，工程師們需要突破傳統(tǒng)工藝下所形成的思維，采用全新的認知方法進行3D打印零部件的設(shè)計,。培養(yǎng)增材制造思維能力,，推動產(chǎn)品創(chuàng)新，是西門子設(shè)立增材制造設(shè)計實驗室背后的含義,。

圖片來源：西門子

協(xié)作開發(fā)創(chuàng)新零件和增材制造軟件
在西門子柏林增材制造設(shè)計實驗室中,，有一個由30人組成的專業(yè)團隊,，包括計算機設(shè)計專家、模擬專家和制造工藝流程專家,，該團隊利用他們的專業(yè)知識,，和西門子各個業(yè)務(wù)領(lǐng)域共同研發(fā)具體項目。如有必要,，他們可以在現(xiàn)場就給出建議,，例如當(dāng)業(yè)務(wù)部門與客戶探討是否有增材制造方面的合作可能性時，專家團隊可以在討論結(jié)束時就將零件是否適合進行增材制造等建議反饋給客戶,。
虛擬空間中的協(xié)同工作
在實驗室中,，有兩個工作站可供工程師設(shè)計新零件，工作站包括西門子NX 設(shè)計軟件和拓撲優(yōu)化軟件在內(nèi)的全套數(shù)字化設(shè)計解決方案,。實驗室還配有其他數(shù)字化的協(xié)作工具,，例如VR眼鏡和投影墻。

西門子工程師討論在燃氣輪機葉片上進行3D打印的可能性,，圖片來源：西門子

產(chǎn)品開發(fā)人員可以利用這些技術(shù)在虛擬的數(shù)字化空間中探討設(shè)計方案,，從各個角度查看設(shè)計的所有細節(jié)并進行優(yōu)化。如果對設(shè)計感到滿意,，就可以利用各種3D打印機將數(shù)字世界變成真實初始原型,。

合作開發(fā)增材制造仿真技術(shù)
不過一切增材制造工作并非那么簡單，很多因素都會導(dǎo)致零件增材制造的失敗,。為了減少失敗,，西門子增材制造設(shè)計實驗室的專業(yè)人員，不僅需要與客戶共同討論材料和工藝,，還與西門子數(shù)字化部門合作開發(fā)仿真工具,。

根據(jù)市場觀察，實驗室最新開發(fā)了一個NX 模塊,，名為AM Process Simulation（增材制造過程仿真）,。在設(shè)計結(jié)束后，該模塊用于對增材制造過程進行仿真模擬,，提高增材制造的成功率,。而如果不使用仿真技術(shù)，工程師需要使用許多不同的參數(shù),，然后測試看這些參數(shù)是否能夠制造出他們想要的最終產(chǎn)品,。使用仿真技術(shù)之后，工程師就可以將更多精力放到部件功能的設(shè)計創(chuàng)新中,。

突破傳統(tǒng)設(shè)計思維帶來的創(chuàng)新產(chǎn)品
西門子的工業(yè)燃氣輪機就是設(shè)計師通過增材制造提出解決方案的一個很好的例子,。

西門子設(shè)計了一款能夠燃燒氫氣的燃氣輪機，這對燃燒器頂部的設(shè)計提出了很高的要求,。由于燃燒器會被加熱到更高的溫度,，因此需要為其設(shè)計更有效的冷卻系統(tǒng),。

西門子工程師利用粉末床金屬熔融增材制造技術(shù)，在設(shè)計時將點陣結(jié)構(gòu)集成到燃料供給系統(tǒng)中,，當(dāng)天然氣或氫氣流通過時就會帶走更多的熱量,。這樣一來，燃料成為了冷卻劑,，解決了燃燒器的冷卻問題,。正是因為西門子的工程師們，放棄了循規(guī)蹈矩的思想模式,，才可能有這樣的設(shè)計和結(jié)果,。

增材制造對西門子具有重要的戰(zhàn)略意義，該技術(shù)是西門子的14個“核心技術(shù)”之一,，增材制造設(shè)計實驗室作為西門子增材制造能力的重要一環(huán),，為西門子增材制造零部件的生產(chǎn)提供支持。

根據(jù)市場觀察,，面對3D打印走向產(chǎn)業(yè)化制造的趨勢,，西門子正在打造一個全方位的針對3D打印的增材制造生態(tài)系統(tǒng)，在這個生態(tài)系統(tǒng)中,，不僅包括增材制造設(shè)計實驗室,、增材制造工廠，還包括一套無縫集成的軟件解決方案,。
目前，西門子已在瑞典的Finspång芬斯蓬工廠生產(chǎn)燃氣輪機組件,， 該工廠約有20臺3D打印機生產(chǎn),。西門子在英國伍斯特設(shè)立的增材制造工廠，擁有50多臺打印機,，該工廠已于2018年12月開業(yè),。3D科學(xué)谷了解到，西門子還計劃在美國和中國設(shè)立增材設(shè)計實驗室,。

西門子在制造領(lǐng)域的特色軟件服務(wù)產(chǎn)品包括從支持完整的加工機械和工廠自動化的設(shè)計和工程軟件,、仿真工具及配套硬件，到與基于云的開放式物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)MindSphere進行互聯(lián)的設(shè)備等,。

西門子軟件解決方案的一大特點是經(jīng)過了西門子應(yīng)用的驗證,。比如說，西門子能源部門的燃氣渦輪機葉片完全采用增材制造（AM）技術(shù)獲得的成功給西門子軟件部門帶來了極大的信心,。葉片被安裝在功率為13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業(yè)燃氣輪機上,。渦輪葉片由高性能多晶鎳高溫合金粉末制成，這允許它們承受高壓,、高溫和渦輪高速運轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)力,。

西門子的一體化增材制造軟硬件解決方案,，涵蓋增材制造增值過程的每一個階段。增材制造設(shè)備制造商和增材制造用戶借助一體化增材制造解決方案,，將加快實現(xiàn)從原型設(shè)計和使用單臺機器的小規(guī)模生產(chǎn)到工業(yè)規(guī)模批量生產(chǎn)的過渡,。


來源：3D科學(xué)谷