制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的主體，是立國之本、興國之器、強(qiáng)國之基。十八世紀(jì)中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強(qiáng)國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強(qiáng)大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強(qiáng)盛。打造具有國際競(jìng)爭(zhēng)力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設(shè)世界強(qiáng)國的必由之路。如何提升中國制造業(yè)的水平是政府、行業(yè)都在研究的課題。

　　全球正在出現(xiàn)以信息網(wǎng)絡(luò)、智能制造為代表的新一輪技術(shù)創(chuàng)新浪潮。而在這一浪潮中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會(huì)產(chǎn)生各種新的領(lǐng)域和業(yè)態(tài)。這個(gè)新型的產(chǎn)業(yè)鏈將使制造業(yè)不再僅僅是硬件制造的概念，而將更多地融入軟件技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與新的服務(wù)模式。這個(gè)過程，美國叫工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，德國叫工業(yè)4.0，而中國則稱為中國制造 2025。

　　《中國制造2025》提出，堅(jiān)持“創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)、質(zhì)量為先、綠色發(fā)展、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅(jiān)持“市場(chǎng)主導(dǎo)、政府引導(dǎo)，立足當(dāng)前、著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)，整體推進(jìn)、重點(diǎn)突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)：

　　第一步，到2025年邁入制造強(qiáng)國行列；

　　第二步，到2035年中國制造業(yè)整體達(dá)到世界制造強(qiáng)國陣營中等水平；

　　第三步，到新中國成立一百年時(shí)，綜合實(shí)力進(jìn)入世界制造強(qiáng)國前列。

　　《中國制造 2025》將作為中國制造業(yè)未來10 年設(shè)計(jì)頂層規(guī)劃和路線圖，以信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化智能化制造為主線。中國制造業(yè)轉(zhuǎn)型需要跨界與平臺(tái)思維，再到工業(yè)4.0制造與服務(wù)，中國工業(yè)4.0 可拓展的空間實(shí)際上非常大。而要把“智能制造”作為制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要突破口和抓手，軟件是主要的核心。

　　3D打印助力中國制造2025

　　近幾年間，國內(nèi)3D打印產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，應(yīng)用領(lǐng)域也隨之不斷拓展。在“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃中，3D打印也被列為關(guān)鍵技術(shù)之一，將為中國制造業(yè)注入新動(dòng)能。3D打印作為智能制造的主要支撐技術(shù)，已經(jīng)從快速原型制作發(fā)展到金屬零件制造，從增材制造到增材和切削加工集成，從單一材料到多種材料。為產(chǎn)品設(shè)計(jì)創(chuàng)新開辟了廣闊的空間，設(shè)計(jì)師可以專注于產(chǎn)品的功能和性能的開發(fā)，無需考慮如何去制造。

　　據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，2017年國內(nèi)3D打印市場(chǎng)規(guī)模將突破100億美元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模及應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒅鸩酵卣梗渲邪ê娇蘸教臁⑵嚒⑨t(yī)療、模具等領(lǐng)域。相對(duì)于傳統(tǒng)減材加工方式，3D打印為制造業(yè)提供了新的選擇和路徑，將在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造環(huán)節(jié)帶來新的創(chuàng)新，為國內(nèi)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)提供助力。

　　其中在原型制作方面，3D打印能夠快速實(shí)現(xiàn)原型制作，從而大大縮短研發(fā)及驗(yàn)證時(shí)間。使得企業(yè)能夠快速生產(chǎn)出高質(zhì)量產(chǎn)品。另一方面，在制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)，由于受限于傳統(tǒng)加工工藝限制，之前很多想法都無法實(shí)現(xiàn)。有了3D打印技術(shù)之后，人們的想法及創(chuàng)意能夠更加容易地實(shí)現(xiàn)并制造出來。未來隨著技術(shù)不斷突破，3D打印將在高科技、國防等諸多領(lǐng)域取得更加廣泛的空間。

　　Pidex提供的3D建模和3D打印解決方案，使得企業(yè)不用再購買昂貴的軟件，或者依賴CAD工程師進(jìn)行反復(fù)調(diào)整的流程，直覺式的界面和強(qiáng)大的功能，使得Pidex用戶可以很方便的操作模型，加速他們快速原型制作和增材制造的過程。湃睿科技將持續(xù)關(guān)注3D打印領(lǐng)域，開發(fā)出更多滿足客戶需求的產(chǎn)品。另一方面，湃睿科技也將強(qiáng)化與設(shè)備商的合作，從而提供更加高效、易用、具有性價(jià)比的產(chǎn)品。”

　　打破3D設(shè)計(jì)與3D打印之間的界限

　　我們都知道，3D打印是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。其中，模型數(shù)據(jù)處理及優(yōu)化是3D打印的前提條件。僅僅有了3D模型也不能保證一定打印成功，因?yàn)榇蛴」こ處熯€有很多工作需要做才能保證打印成功：進(jìn)行幾何模型可打印性分析，包括檢查最小的壁厚，去除細(xì)小特征，連接性檢查，支撐的添加；導(dǎo)入數(shù)據(jù)如STL模型的清理和檢查，避免自相交，保證模型封閉；對(duì)STL模型的分割，以減少打印件的尺寸或是需要分色打印，還需要設(shè)計(jì)拼接的搭扣；還有些零件需要進(jìn)行輕量化處理變成中空，以減少材料消耗，縮短打印的時(shí)間，同時(shí)還得保證強(qiáng)度。

　　通常，3D打印工程師不得不反復(fù)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)師溝通并傳遞模型，編輯和修復(fù)模型以保證打印的成功。這導(dǎo)致整個(gè)過程的冗長(zhǎng)和緩慢，使得由設(shè)計(jì)到快速原型制作和增材制造的過程變得困難，延后了制造的時(shí)間。

　　面向增材制造的設(shè)計(jì)

　　以3D打印為典型的增材制造技術(shù)的出現(xiàn)，極大的擴(kuò)展了可制造工藝性，即使是模型最復(fù)雜的產(chǎn)品也能通過3D打印制造出來，這無疑極大釋放了設(shè)計(jì)潛能，尤其是在航空、航天軍工等重量敏感的領(lǐng)域，設(shè)計(jì)人員可以只專注于產(chǎn)品本身，可以設(shè)計(jì)任何結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，而不需要考慮制造工藝的局限。設(shè)計(jì)師借助于專業(yè)仿真分析軟件的拓?fù)鋬?yōu)化功能，輸入給定載荷與工況就可以得到滿足性能要求的最優(yōu)的且具備輕量化特點(diǎn)的模型。但是分析軟件生成的優(yōu)化模型通常是STL的小面片模型，還需要光順處理以及調(diào)整才能進(jìn)行3D打印，這也對(duì)設(shè)計(jì)師提出的新的挑戰(zhàn)。

　　在3D打印過程中，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到3D打印需要用到不同的軟件及數(shù)據(jù)，從而使得打印過程低效甚至?xí)霈F(xiàn)錯(cuò)誤。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段主要采用CAD軟件進(jìn)行建模，并轉(zhuǎn)化成STL文件輸出至3D打印設(shè)備。3D打印設(shè)備接收到STL文件之后，采用切片軟件進(jìn)行優(yōu)化打印。然而，CAD軟件建模能力強(qiáng)，3D打印模型準(zhǔn)備能力弱。相反，3D打印編程軟件可切片生成軌跡，但3D建模能力弱，模型數(shù)據(jù)修改具有局限性。為此，湃睿科技推出了Pidex直覺式設(shè)計(jì)平臺(tái)，致力于打破二者之間的銜接鴻溝，使得打印過程更加高效。

　　Pidex直覺式設(shè)計(jì)平臺(tái)由ANSYS SpaceClaim和PISX公司共同打造，是一款可以由任何工程師使用的易用和強(qiáng)大的設(shè)計(jì)平臺(tái)。Pidex采用直接建模與參數(shù)化相結(jié)合，直接建模為基礎(chǔ)，輔以參數(shù)化建模。可以使任何人創(chuàng)建、編輯或修復(fù)幾何模型而無需擔(dān)心數(shù)據(jù)來源。另外，Pidex還能夠?qū)?D打印所需要的工藝補(bǔ)充進(jìn)行處理，例如壁厚檢查、晶格設(shè)計(jì)等。因此，采用Pidex會(huì)讓使用3D設(shè)計(jì)變得快捷、容易、柔性和有價(jià)值。

　　打印前的分析、清理和修補(bǔ)

　　不同于其他的3D打印軟件，Pidex獨(dú)一無二的混合模型，可以在同一環(huán)境中處理CAD模型和小面片模型，提供完整的工具用于模型編輯和創(chuàng)建，可以通過新的幾何，用以增加、移除和改善小面片模型。

　　對(duì)導(dǎo)入的STL模型，可直接進(jìn)行分析和清理，發(fā)現(xiàn)和即刻修復(fù)這些缺陷，包括不一致的面法向方向、面片自相交、模型不封閉以及其他可能導(dǎo)致打印失敗的問題。

　　用戶使用彈性的關(guān)鍵是能直接在STL模型上進(jìn)行操作，3D打印模塊允許用戶：去除細(xì)小的特征、填縫隙、光順；分割STL模型用于多材料的打印，賦予不同的顏色；進(jìn)行布爾運(yùn)算，融合STL與STL模型或?qū)嶓w；可打印性分析：壁厚、支撐檢查等；創(chuàng)建連接結(jié)構(gòu)以便后續(xù)零件拼接，添加支撐結(jié)構(gòu)等；重新構(gòu)建零件、將特征安排到更好的位置，調(diào)整過薄的壁厚以便優(yōu)化打印。

　

STL模型分割

　　輕量化處理

　　輕量化設(shè)計(jì)也是打印流程中很關(guān)鍵的步驟。對(duì)于快速原型制造，少的材料意味著少的打印成本，少的運(yùn)輸成本和更快的打印時(shí)間。Pidex提供多達(dá)11種2D和3D的晶格類型，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需求方便的定義晶格抽殼的形式和尺寸，從而達(dá)到輕量化的目的。

　　面向增材制造的拓?fù)鋬?yōu)化建模

　　專業(yè)分析軟件（如Ansys）的拓?fù)鋬?yōu)化技術(shù)允許用戶指定材料體積上的支撐點(diǎn)和載荷點(diǎn)位置，設(shè)置邊界條件并讓軟件找出最佳形狀。這種優(yōu)化結(jié)果模型往往都是STL模型，可以導(dǎo)入Pidex中進(jìn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)整和光順，例如指定精確的孔位，指定參考的傳統(tǒng)模型，利用Pidex的收縮包絡(luò)功能，可以快速進(jìn)行擬合，得到所需的光順模型，再根據(jù)設(shè)計(jì)需要調(diào)整后就可以進(jìn)行3D打印。

　　Pidex的直覺式操作界面允許用戶比原來更快更有效的創(chuàng)建、編輯3D概念設(shè)計(jì)，并準(zhǔn)備3D模型用于3D打印，它不僅能高效和易用的修補(bǔ)模型，同時(shí)還能修改STL和CAD模型以調(diào)整創(chuàng)意。Pidex的3D打印模塊也把直覺式的界面、快捷和互操作性擴(kuò)展到了3D打印領(lǐng)域。

　　延伸閱讀：我國3D打印產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程加速

　　我國3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展階段已從概念導(dǎo)入期步入快速發(fā)展期，相關(guān)工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破，具體應(yīng)用也加速落地。但我國在原材料方面仍然依賴進(jìn)口，制約了國內(nèi)增材制造技術(shù)的發(fā)展。因此，未來要推動(dòng)產(chǎn)業(yè)合作，加強(qiáng)生產(chǎn)企業(yè)和用戶需求對(duì)接，并在重點(diǎn)領(lǐng)域加強(qiáng)推廣應(yīng)用，著力提升社會(huì)公眾對(duì)3D打印的認(rèn)知與認(rèn)可。

　　中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院副院長(zhǎng)、中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟秘書長(zhǎng)王鵬表示，我國增材制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)建成了較為完善的產(chǎn)業(yè)體系，整體技術(shù)水平明顯提高，部分制造工藝裝備接近或達(dá)到國際先進(jìn)水平，正從概念導(dǎo)入期步入快速發(fā)展期。 據(jù)中國增材制造產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，2016年我國增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模已達(dá)80億元，產(chǎn)業(yè)規(guī)模實(shí)現(xiàn)較快增長(zhǎng)。工信部裝備工業(yè)司機(jī)械處處長(zhǎng)佘偉珍透露說，“全球的增材制造產(chǎn)業(yè)都處于起步階段，中國還要在材料、裝備、工藝、應(yīng)用等方面加大培育力度，完善產(chǎn)業(yè)政策體系。工信部正在抓緊編制《國家增材制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2017-2020年）》，并將盡快出臺(tái)征求意見稿”。

　　工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)突破

　　剛剛試飛成功的C919為了減重，首次成功應(yīng)用了專利3D打印鈦合金零件。增材制造又名3D打印，“作為一種新型制造技術(shù)，3D打印與互聯(lián)網(wǎng)融合后，將給制造業(yè)帶來變革性的影響”。杭州先臨三維科技股份有限公司執(zhí)行總裁、董事會(huì)秘書黃賢清說。

　　目前，我國增材制造工藝技術(shù)水平加速提升，一批工藝裝備、關(guān)鍵零部件、軟件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)突破。比如，湖南華曙高科技有限公司開發(fā)出全球首款開源一體化工業(yè)級(jí)3D打印智能控制系統(tǒng)；易博三維研制出國內(nèi)首臺(tái)微型金屬桌面增材制造裝備；佛山峰華卓立新開發(fā)出的陣列噴嘴全自動(dòng)砂型增材制造機(jī)，打印的砂型各項(xiàng)參數(shù)接近國外水平；中航邁特研發(fā)的真空感應(yīng)氣霧化制粉爐突破國外技術(shù)封鎖，并形成年產(chǎn)10臺(tái)（套）的制備能力。

　　不僅如此，增材制造的行業(yè)應(yīng)用也在不斷拓展深化。目前，航空航天、汽車、機(jī)械裝備等領(lǐng)域零部件模具開發(fā)成效顯著，例如華科三維為玉柴的新產(chǎn)品六缸四氣門發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)制作砂型，使其鑄件制造周期由原來的5個(gè)月-6個(gè)月縮短至20天以內(nèi)。 醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域的探索方興未艾。據(jù)介紹，目前國內(nèi)的3D打印牙齒、骨骼修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成熟，并在各大骨科醫(yī)院、口腔醫(yī)院快速普及，華曙高科與醫(yī)療機(jī)構(gòu)合作已經(jīng)成功實(shí)施術(shù)前規(guī)劃、手術(shù)模擬等患者輔助臨床治療500多例，相關(guān)應(yīng)用技術(shù)已處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。廣州邁普應(yīng)用3D打印技術(shù)開發(fā)的硬腦膜產(chǎn)品—“睿膜”已獲得美國FDA、國家食品藥品監(jiān)督管理總局、歐盟CE的批準(zhǔn)，目前已應(yīng)用于近萬名患者的腦膜修復(fù)手術(shù)。

　　產(chǎn)業(yè)應(yīng)用落地開花

　　“在國家政策的推動(dòng)下，我國增材制造產(chǎn)業(yè)化取得重大進(jìn)展，已經(jīng)從研發(fā)轉(zhuǎn)入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。”王鵬說。

　　目前，我國增材制造已涌現(xiàn)出杭州先臨三維科技股份有限公司、西安鉑力特激光成形技術(shù)有限公司、湖南華曙高科技有限責(zé)任公司、鑫精合激光科技發(fā)展（北京）有限公司、青島三迪時(shí)空網(wǎng)絡(luò)科技有限公司等具有一定競(jìng)爭(zhēng)力的裝備制造和服務(wù)企業(yè)，以及渭南高新區(qū)3D打印產(chǎn)業(yè)培育基地、安徽春谷3D打印智能裝備產(chǎn)業(yè)園等產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。 “總體上看，我國增材制造產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程明顯加速，基本形成了以環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)三角地區(qū)、珠三角地區(qū)為核心，以中西部地區(qū)為紐帶的產(chǎn)業(yè)空間發(fā)展格局。”工信部賽迪研究院裝備工業(yè)研究所所長(zhǎng)左世全告訴《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》記者。

　　目前，北京、陜西、廣東、湖北、上海等地基本形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、專用材料、關(guān)鍵器件、裝備、工業(yè)應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié)的完整產(chǎn)業(yè)鏈條，產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭良好。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年，廣東省從事增材制造業(yè)務(wù)的企業(yè)超過400家，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值近30億元。截至2015年，陜西省增材制造產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到8億元，申請(qǐng)的增材制造領(lǐng)域發(fā)明專利已達(dá)1000余件，占全國專利數(shù)量50%以上。北京市從事增材制造技術(shù)研發(fā)、生產(chǎn)與服務(wù)的企業(yè)達(dá)70家以上，2016年實(shí)現(xiàn)銷售收入約5億元。湖北省已擁有增材制造相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)幾十家，2015年產(chǎn)值超過5億元。

　　應(yīng)用推廣待加強(qiáng)

　　左世全表示，3D打印技術(shù)集合了大規(guī)模生產(chǎn)和手工生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的生產(chǎn)方式，代表著未來智能制造的方向。3D打印技術(shù)在消費(fèi)電子業(yè)、航空業(yè)、汽車制造業(yè)、生物醫(yī)學(xué)以及個(gè)性化消費(fèi)品等領(lǐng)域的商業(yè)化應(yīng)用，將大大提高制造業(yè)的生產(chǎn)效率、生產(chǎn)精度，同時(shí)起到節(jié)材節(jié)能的良好效果。

　　“增材制造的應(yīng)用是制約行業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。”王鵬坦言，目前國內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)對(duì)增材制造的認(rèn)識(shí)還不足。同時(shí)，由于工業(yè)級(jí)增材制造設(shè)備的昂貴成本和維護(hù)費(fèi)用，使中小企業(yè)望而卻步，還需要較長(zhǎng)時(shí)間的市場(chǎng)培育。

　　此外，左世全還指出，目前我國只開發(fā)出鈦合金、高強(qiáng)鋼等30余種金屬和非金屬材料，而且金屬材料成形品的物理性能不穩(wěn)定，鎳基合金、鈷鉻合金、光敏樹脂、耐高溫高強(qiáng)度工程塑料等尚不具備批量生產(chǎn)能力。部分材料還基本依賴進(jìn)口，但國外材料價(jià)格高昂，壟斷性強(qiáng)，制約了我國增材制造技術(shù)的推廣應(yīng)用。當(dāng)前我國增材制造應(yīng)用主要集中在航空航天、軍工等壟斷性行業(yè)以及醫(yī)療等高壁壘性領(lǐng)域。

　　左世全建議，要開展分領(lǐng)域的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用領(lǐng)域的研討會(huì)和對(duì)接會(huì)，搭建產(chǎn)業(yè)與政府、產(chǎn)業(yè)鏈上下游的對(duì)接通道，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)合作，加強(qiáng)生產(chǎn)企業(yè)和用戶需求對(duì)接，加快技術(shù)的推廣應(yīng)用。