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3D列印與傳統製造相結合,西門子的無縫銜接

西門子的新軟體首次使增材製造和傳統製造技術結合起來, 從而為大眾市場生產個性化產品。

西門子集成了增材製造到其NX軟體套件的產品中。 與傳統的製造技術不同, 3D列印對產品的複雜性設計限制很少, 這為批量定制化產品的生產打開了大門。

圖:西門子拓撲優化的設計(右)

傳統CAD技術本身就是為了支援傳統製造方法而創造的。 因此, 若要使用它們為增材製造進行設計優化, 其局限性自然顯露無疑。

一個明顯的障礙是如何整合傳統和增材製造技術, 3D列印使用完全不同的設計技術, 甚至印表機讀取的資料格式也與傳統製造完全不同。

在產品開發過程的各個階段, 如何無縫記錄所有產品的相關資料, 將增材製造工藝整合到這些系統中, 成為製造商迫切需要的解決方案。

西門子現在已經開發出能彌補這一差距的軟體, 從而使得設計開發者無需費力地在不同的資料格式之間來回轉換。

輕量化工程的反思

與傳統的製造技術, 如銑削、噴塗、衝壓和鑄造相比, 3D列印帶來產品形狀的自由度。 其結果是有可能創建具有空腔或蜂窩結構的創新型輕量化零件。 這使得3D列印在汽車和航空航太工業擁有廣闊的應用前景, 然而許多3D列印技術的優越之處被無法達到與傳統製造方法一樣的精度抵消了, 對於生產企業來說,

引用3D列印技術就需要克服這項技術在工業生產中的障礙。

端到端的資料格式

為了將3D列印集成到工業生產過程中必須面對的挑戰之一是傳統的CAD技術是面向針對性的製造技術, 並產生精確定義的幾何形狀。 相比之下, 3D列印設計則常採用面結合多面體來創建任意形狀, 在製造過程中通過分層方法來層層製造出來。 然而, 3D列印設計的自由度雖然是一大優點, 但目前3D列印通常無法實現傳統的機加工製造技術所達到的精度。

作為製造工藝之間的銜接需要, 西門子已經開發了一個全新的系統稱為Convergent Modeling, 現在是西門子NX的一部分, 產品開發人員可以使用他們熟悉的CAD程式來設計3D列印產品, 而無需轉換資料,

新系統確保所有產品相關資訊可以無縫追蹤。

全新的設計可能性

西門子Convergent Modeling消除了格式轉換間的局限, 為設計人員提供操作靈活性, 讓他們可以利用增材製造所提供的材料和工藝, 快速創建新型的最優形狀。

Convergent Modeling的一大建模方法被稱之為“創成式設計-Generative Design”, 在這種方法下, 開發設計人員可以專注于產品所要達到的性能, 而無需像傳統設計模式那樣考慮太多的加工限制。 例如, 在連接件的建模情況下, 設計人員只需要輸入零件的可用空間、連接到其它元件的連接點以及作用於連接點上的力, 系統會去運算建模結果。

NX提供了一個特殊的程式稱為拓撲優化, 針對特定的產品功能自動計算出設計模型。 這種方法創造的產品比傳統製造的產品輕很多,

但機械性能同樣強大。 此外, 通過將後期的機械加工要求考慮進來, 可以使3D列印設計的幾何形狀更為精確, 滿足後期如銑削、鑽孔等需要。

Convergent Modeling也簡化了掃描資料的處理過程。 醫療、汽車和消費品等不同行業的用戶越來越多地在設計過程中使用掃描3D資料。 傳統而言, 對現有設計進行逆向工程是一個成本頗高、極其複雜的過程, 不規則的形狀尤其需要進行大量返工, 才能用於3D列印、模具設計、分析以及其它用途。 逆向工程的相關過程需要花費數天乃至數周的時間才能完成。 但是利用Convergent Modeling, 可以將掃描資料作為小面引入, 在NX 11中直接進行操作, 由此消除映射曲面、創建實體、以及人工創建任何其他形狀的步驟,

進而大幅減少上述返工。

重要的工業合作夥伴

Convergent Modeling正在促進增材製造向傳統製造工業過程的整合。 西門子與世界上最大的機床製造商通快合作, 將通快的鐳射金屬列印設備配備了NX工作站。 其結果是可以通過NX直接控制3D印表機, 完成CAD-CAE-CAM的過程。 此外, 西門子還與3D列印專家Stratasys公司合作, 將有可能通過NX直接操作各種Stratasys印表機。

總之, Convergent Modeling有望顯著的節約時間和成本, 幫助消除易於出錯的返工階段, 而這以往是處理掃描幾何體時的常見問題。 此外, 這一新技術消除了傳統CAD建模的限制, 為3D列印進行零件優化。 NX11簡化了設計流程, 並為增材製造的發展提供支援, 説明企業將產品開發的創造性提升至全新的高度。

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