制造業(yè)是國民經濟的主體，是立國之本、興國之器、強國之基。十八世紀中葉開啟工業(yè)文明以來，世界強國的興衰史和中華民族的奮斗史一再證明，沒有強大的制造業(yè)，就沒有國家和民族的強盛。打造具有國際競爭力的制造業(yè)，是我國提升綜合國力、保障國家安全、建設世界強國的必由之路。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、智能制造為代表的新一輪技術創(chuàng)新浪潮。而在這一浪潮中，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消失，并會產生各種新的領域和業(yè)態(tài)。這個新型的產業(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、自動化技術、現(xiàn)代管理技術與新的服務模式。這個過程，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，堅持“創(chuàng)新驅動、質量為先、綠色發(fā)展、結構優(yōu)化、人才為本”的基本方針，堅持“市場主導、政府引導，立足當前、著眼長遠，整體推進、重點突破，自主發(fā)展、開放合作”的基本原則，通過“三步走”實現(xiàn)制造強國的戰(zhàn)略目標：

　　第一步，到2025年邁入制造強國行列；

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

　　第三步，到新中國成立一百年時，綜合實力進入世界制造強國前列。

　　《中國制造 2025》將作為中國制造業(yè)未來10 年設計頂層規(guī)劃和路線圖，以信息技術與制造技術深度融合的數(shù)字化網(wǎng)絡化智能化制造為主線。中國制造業(yè)轉型需要跨界與平臺思維，再到工業(yè)4.0制造與服務，中國工業(yè)4.0 可拓展的空間實際上非常大。而要把“智能制造”作為制造業(yè)轉型升級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3D打印產業(yè)發(fā)展迅速，應用領域也隨之不斷拓展。在“中國制造2025”戰(zhàn)略規(guī)劃中，3D打印也被列為關鍵技術之一，將為中國制造業(yè)注入新動能。3D打印作為智能制造的主要支撐技術，已經從快速原型制作發(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。為產品設計創(chuàng)新開辟了廣闊的空間，設計師可以專注于產品的功能和性能的開發(fā)，無需考慮如何去制造。

　　據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，2017年國內3D打印市場規(guī)模將突破100億美元，產業(yè)規(guī)模及應用領域將逐步拓展，其中包括航空航天、汽車、醫(yī)療、模具等領域。相對于傳統(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，將在產品設計及制造環(huán)節(jié)帶來新的創(chuàng)新，為國內制造業(yè)轉型升級提供助力。

　　其中在原型制作方面，3D打印能夠快速實現(xiàn)原型制作，從而大大縮短研發(fā)及驗證時間。使得企業(yè)能夠快速生產出高質量產品。另一方面，在制造生產環(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現(xiàn)。有了3D打印技術之后，人們的想法及創(chuàng)意能夠更加容易地實現(xiàn)并制造出來。未來隨著技術不斷突破，3D打印將在高科技、國防等諸多領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工程師進行反復調整的流程，直覺式的界面和強大的功能，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?？萍紝⒊掷m(xù)關注3D打印領域，開發(fā)出更多滿足客戶需求的產品。另一方面，湃?？萍家矊娀c設備商的合作，從而提供更加高效、易用、具有性價比的產品。”

　　打破3D設計與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，運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造物體的技術。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，因為打印工程師還有很多工作需要做才能保證打印成功：進行幾何模型可打印性分析，包括檢查最小的壁厚，去除細小特征，連接性檢查，支撐的添加；導入數(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，還需要設計拼接的搭扣；還有些零件需要進行輕量化處理變成中空，以減少材料消耗，縮短打印的時間，同時還得保證強度。

　　通常，3D打印工程師不得不反復和產品設計師溝通并傳遞模型，編輯和修復模型以保證打印的成功。這導致整個過程的冗長和緩慢，使得由設計到快速原型制作和增材制造的過程變得困難，延后了制造的時間。

　　面向增材制造的設計

　　以3D打印為典型的增材制造技術的出現(xiàn)，極大的擴展了可制造工藝性，即使是模型最復雜的產品也能通過3D打印制造出來，這無疑極大釋放了設計潛能，尤其是在航空、航天軍工等重量敏感的領域，設計人員可以只專注于產品本身，可以設計任何結構的產品，而不需要考慮制造工藝的局限。設計師借助于專業(yè)仿真分析軟件的拓撲優(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整才能進行3D打印，這也對設計師提出的新的挑戰(zhàn)。

　　在3D打印過程中，從產品設計到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會出現(xiàn)錯誤。在產品設計階段主要采用CAD軟件進行建模，并轉化成STL文件輸出至3D打印設備。3D打印設備接收到STL文件之后，采用切片軟件進行優(yōu)化打印。然而，CAD軟件建模能力強，3D打印模型準備能力弱。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?？萍纪瞥隽薖idex直覺式設計平臺，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直覺式設計平臺由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大的設計平臺。Pidex采用直接建模與參數(shù)化相結合，直接建模為基礎，輔以參數(shù)化建模?？梢允谷魏稳藙?chuàng)建、編輯或修復幾何模型而無需擔心數(shù)據(jù)來源。另外，Pidex還能夠對3D打印所需要的工藝補充進行處理，例如壁厚檢查、晶格設計等。因此，采用Pidex會讓使用3D設計變得快捷、容易、柔性和有價值。

　　打印前的分析、清理和修補

　　不同于其他的3D打印軟件，Pidex獨一無二的混合模型，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。

　　對導入的STL模型，可直接進行分析和清理，發(fā)現(xiàn)和即刻修復這些缺陷，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致打印失敗的問題。

　　用戶使用彈性的關鍵是能直接在STL模型上進行操作，3D打印模塊允許用戶：去除細小的特征、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；進行布爾運算，融合STL與STL模型或實體；可打印性分析：壁厚、支撐檢查等；創(chuàng)建連接結構以便后續(xù)零件拼接，添加支撐結構等；重新構建零件、將特征安排到更好的位置，調整過薄的壁厚以便優(yōu)化打印。

　

STL模型分割

　　輕量化處理

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

　　面向增材制造的拓撲優(yōu)化建模

　　專業(yè)分析軟件（如Ansys）的拓撲優(yōu)化技術允許用戶指定材料體積上的支撐點和載荷點位置，設置邊界條件并讓軟件找出最佳形狀。這種優(yōu)化結果模型往往都是STL模型，可以導入Pidex中進行結構的調整和光順，例如指定精確的孔位，指定參考的傳統(tǒng)模型，利用Pidex的收縮包絡功能，可以快速進行擬合，得到所需的光順模型，再根據(jù)設計需要調整后就可以進行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概念設計，并準備3D模型用于3D打印，它不僅能高效和易用的修補模型，同時還能修改STL和CAD模型以調整創(chuàng)意。Pidex的3D打印模塊也把直覺式的界面、快捷和互操作性擴展到了3D打印領域。

　　延伸閱讀：我國3D打印產業(yè)化進程加速

　　我國3D打印產業(yè)的發(fā)展階段已從概念導入期步入快速發(fā)展期，相關工藝技術實現(xiàn)突破，具體應用也加速落地。但我國在原材料方面仍然依賴進口，制約了國內增材制造技術的發(fā)展。因此，未來要推動產業(yè)合作，加強生產企業(yè)和用戶需求對接，并在重點領域加強推廣應用，著力提升社會公眾對3D打印的認知與認可。

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

　　工藝技術實現(xiàn)突破

　　剛剛試飛成功的C919為了減重，首次成功應用了專利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，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、董事會秘書黃賢清說。

　　目前，我國增材制造工藝技術水平加速提升，一批工藝裝備、關鍵零部件、軟件系統(tǒng)實現(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3D打印智能控制系統(tǒng)；易博三維研制出國內首臺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砂型增材制造機，打印的砂型各項參數(shù)接近國外水平；中航邁特研發(fā)的真空感應氣霧化制粉爐突破國外技術封鎖，并形成年產10臺（套）的制備能力。

　　不僅如此，增材制造的行業(yè)應用也在不斷拓展深化。目前，航空航天、汽車、機械裝備等領域零部件模具開發(fā)成效顯著，例如華科三維為玉柴的新產品六缸四氣門發(fā)動機研發(fā)制作砂型，使其鑄件制造周期由原來的5個月-6個月縮短至20天以內。 醫(yī)學應用領域的探索方興未艾。據(jù)介紹，目前國內的3D打印牙齒、骨骼修復技術已經成熟，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)療機構合作已經成功實施術前規(guī)劃、手術模擬等患者輔助臨床治療500多例，相關應用技術已處于國內領先水平。廣州邁普應用3D打印技術開發(fā)的硬腦膜產品—“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，目前已應用于近萬名患者的腦膜修復手術。

　　產業(yè)應用落地開花

　　“在國家政策的推動下，我國增材制造產業(yè)化取得重大進展，已經從研發(fā)轉入產業(yè)化應用?！蓖貔i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有限公司、湖南華曙高科技有限責任公司、鑫精合激光科技發(fā)展（北京）有限公司、青島三迪時空網(wǎng)絡科技有限公司等具有一定競爭力的裝備制造和服務企業(yè)，以及渭南高新區(qū)3D打印產業(yè)培育基地、安徽春谷3D打印智能裝備產業(yè)園等產業(yè)集聚區(qū)。 “總體上看，我國增材制造產業(yè)化進程明顯加速，基本形成了以環(huán)渤海地區(qū)、長三角地區(qū)、珠三角地區(qū)為核心，以中西部地區(qū)為紐帶的產業(yè)空間發(fā)展格局?！惫ば挪抠惖涎芯吭貉b備工業(yè)研究所所長左世全告訴《經濟日報》記者。

　　目前，北京、陜西、廣東、湖北、上海等地基本形成產品設計、專用材料、關鍵器件、裝備、工業(yè)應用等各個環(huán)節(jié)的完整產業(yè)鏈條，產業(yè)發(fā)展勢頭良好。據(jù)統(tǒng)計，2015年，廣東省從事增材制造業(yè)務的企業(yè)超過400家，實現(xiàn)產值近30億元。截至2015年，陜西省增材制造產業(yè)規(guī)模達到8億元，申請的增材制造領域發(fā)明專利已達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研發(fā)、生產與服務的企業(yè)達70家以上，2016年實現(xiàn)銷售收入約5億元。湖北省已擁有增材制造相關企業(yè)和研究機構幾十家，2015年產值超過5億元。

　　應用推廣待加強

　　左世全表示，3D打印技術集合了大規(guī)模生產和手工生產的優(yōu)點，能實現(xiàn)高效率、低成本的生產方式，代表著未來智能制造的方向。3D打印技術在消費電子業(yè)、航空業(yè)、汽車制造業(yè)、生物醫(yī)學以及個性化消費品等領域的商業(yè)化應用，將大大提高制造業(yè)的生產效率、生產精度，同時起到節(jié)材節(jié)能的良好效果。

　　“增材制造的應用是制約行業(yè)發(fā)展的主要瓶頸之一。”王鵬坦言，目前國內消費市場對增材制造的認識還不足。同時，由于工業(yè)級增材制造設備的昂貴成本和維護費用，使中小企業(yè)望而卻步，還需要較長時間的市場培育。

　　此外，左世全還指出，目前我國只開發(fā)出鈦合金、高強鋼等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、耐高溫高強度工程塑料等尚不具備批量生產能力。部分材料還基本依賴進口，但國外材料價格高昂，壟斷性強，制約了我國增材制造技術的推廣應用。當前我國增材制造應用主要集中在航空航天、軍工等壟斷性行業(yè)以及醫(yī)療等高壁壘性領域。

　　左世全建議，要開展分領域的技術、產業(yè)、應用領域的研討會和對接會，搭建產業(yè)與政府、產業(yè)鏈上下游的對接通道，推動產業(yè)合作，加強生產企業(yè)和用戶需求對接，加快技術的推廣應用。