从原型到制造-3D打印汽车制造解决方案
——koen van de perre Sales manager SAM-Greater China at Materialise在3D打印在汽车行业应用技术研讨会上的演讲
非常感谢组委会邀请我们参加今天这个研讨会，接下来将通过Materialise的视角来为大家介绍3D打印的应用。首先我简单介绍一下公司，我们CEO是欧洲第二个买3D打印机的人，当他发现这个技术的时候他非常兴奋，感觉这个技术可以做很多的东西，所以他在1990年开始创立了这家公司。我们在中国已经有10年了，中国的分公司已经成立十年了，现在看到这张图是我们公司的价值理念，我们从一开始一直遵守的价值研究是创建一个更好更健康的世界，我们也一直在为这个目标奋斗。每个公司都有一个自己比较擅长的领域，我们公司也一样，我们主要在三个方面是我们的核心竞争力，第一个叫3D打印，这个3D打印是一个实际的3D打印的加工，我们在欧洲总部比利时鲁尔那边有超过130台机器，包含了各种各样3D打印的技术，FDM、SLS各种3D打印的技术，从这些3D打印的加工过程中积累了很多的经验，不光是硬件还有软件方面的，包括我们在中国现在出售的所有软件解决方案，都是在我们实际的打印环节过程中经过测试以后才推向市场，这给了我们很大的信心，因为我们知道这个软件是可以给大家解决问题的。第二个核心竞争力我们叫数字化的CAD技术，数字化的CAD技术在我们3D打印领域叫三角面片语言，所有3D打印的格式都是要把CDA的格式转成STL的格式，我们基于三角面片的语言上做了很多的研发，这个不光光是怎么操作三角面片，更高的层面是把设计的过程进行了自动化。刚才说到设计的自动化，这里有一个非常好的案例，怎么去介绍我们用软件去实现这种设计的自动化，这里有一家公司，专门专注于高端的助听器，13年前他们找到我们说有一个定制化的助听器，根据病人的耳道来做，原来的定制方式是需要两天时间做出来，因为人工成本的原因，这个助听器的成本是非常高的，所以他想通过3D打印，通过软件的自动化，去减少这个设计的时间，我们公司通过跟他技术上的交流、沟通，最后基于我们STL的过程开发出一个软件解决方案，把他原来的设计时间从两天减少为两分钟，通过这两分钟我们就可以实现助听器的大规模的定制化生产，从此以后这个3D打印的助听器开始普及到定制化助听器的生产中，到目前为止已经有超过一千万的人使用这种3D打印的定制化的助听器。
刚才我们说有三个核心竞争力，第一个是关于3D打印的加工，第二是关于我们数字化CAD的设计能力，第三个就是我们基于医疗图象处理的工程和制造。这个指的是我们通过处理医疗的CT、核磁共振的数据，把它转成一个三维的模型，这个数字化的模型，通过这个数字化的模型可以做一些设计的工作，或者做一些分析，医疗的分析，甚至你可以把三维的模型通过3D打印直接打印出来，打印成一个实体的模型。
刚才我们从下面可以看到市场上有各种各样不同的打印机，工业性的，有各种不同品牌，不同工艺的，在工业上有各种不同的应用，比如航空航天。右边可以看到，很多各种不同医疗的应用，像医疗模型、植入体，我们根据机器和应用，通过我们的软件来实现它的对接，根据我们的三个核心竞争力，通过我们这三方面不同的核心竞争力把他们连接起来，这就是我们基于应用和机器的一个软件解决方案。
我们公司的业务模式也是环绕这三个核心竞争力来开展的，下面这个是我们在中国负责的一个软件部门，这一部分是针对工业的加工服务，这里是针对消费者的加工服务，这边是针对医疗的，还有生物医疗工程。当某一个子的应用比较成熟以后，我们会把它从大的部门里面分离出来，去成立一个子公司，像上面那个是针对汽车行业的，还有两个针对医疗行业的都是做植入体的。
今天因为这个是针对汽车的会议，我们针对汽车行业以及我们的解决方案，我们想介绍一下我们轻量化的应用，这里先看两个例子。第一个是帮TOYOTA做了轻量化的椅子，第二个是帮一个赛车做的轻量化的方向盘，这个方向盘只有427克。要实现这两个东西，不光光是软件，也不光光是硬件，因为这是一个过程，我们把这个叫3D打印的过程，只有你能控制一整个过程，对这个过程里所有产生的环节都能进行一个非常好的控制、应用以后才能去实现刚才说的这两个东西。
这个页面看起来内容很多，比较杂也比较丑，但这里面的内容非常有用，如果纵观整个工艺过程的话，第一个是针对3D打印设计的过程，这个设计和原来的设计不一样，通过原来专业的解决方案才能设计出轻量化的多孔结构，这里有一个数据处理的解决方案，这也是专门针对3D打印的处理，通过一些专业的解决方案才可以处理出来。包括各种不同的机器，也有各种不同的控制系统、扫描路径，我们可以知道这个过程里有很多的东西都是需要我们通过工艺的流程，整个流程控制的概念来实现的。今天我们想要对一个案例进行深入的介绍，让大家了解一下3D打印设计的重要性，因为3D打印有很多优势，但是它发挥优势的前提是你的零件是针对3D打印的设计，如果这个零件设计的是给CNC用的，你如果拿来给3D打印，对比就没有比较大的效益。但如果说你是专门把这个零件专门针对3D打印进行设计的，那就可以把3D打印的效益发挥到最大。这个图片是简单介绍一下我们设计的过程，从前处理、分析、导出、分析、打印之前的加工，再打印出来，通过这个流程让大家有一个简短的流程设计概念，我们主要是在下边。
这里我们详细介绍一个案例，是用于航空航天上的铰链，我们想通过这个案例了解我们3D打印可以帮它优化到什么程度。上面这些是铰链的一些基本的信息，它是钛合金做的，目前它的重量/密度是441g/cm3。我们设定了一个基础目标以后，首先做一个拓扑优化，之后进行一个STL文件的清理，清理之后进行一个CAD的设计，把中间的部分去掉，去掉之后再了一个FEA的分析，这个分析主要是确认这个零件在强度上有没有达到要求。因为刚才测试的结果是没有达到要求，所以说我们在这个零件上，加上了轻量化的结构，在这个区域加上轻量化的结构，这里加的是一个统一的轻量化结构，这个结构各个地方单元的结构都是一致的。然后我们加了这个轻量化结构以后，刚才加了一个统一的轻量化结构以后，再次对他进行FEA的分析，在这个图片上可以明显的看到这个区域是没有符合力学的性能要求的，然后我们针对分析的结果想了另外一个解决方案，我们想通过一个渐变的网格，在红色区域把这个网格的密度加大，大家在这里可以看到这个网格的粗细是不一样的。然后我们针对刚才做了简便的网格以后，把这个理念又重新做了一次FEA的分析，现在得到的分析结果它非常完美地符合了力学性能的要求，可以看到在这里它有30%的减重，从这个例子就可以非常清晰的看到，你如果是针对3D打印的设计，它是可以实现很好的效果，而且这个东西我们可以看到它明显不可能用传统的加工方式去完成的一个零件，只有3D打印才可以做。
刚才得到一个非常好的针对3D打印的设计，看起来非常完美，力学性能也很符合要求。但你怎么把它加工出来，这又是呈现在我们面前的第二个问题，我们原来的解决方案是通过我们的数据前处理软件，叫magics RP，但这个得到的数据量非常大，是G级别的，已经超过了有些软件处理的能力范围，在这个情况下我们做了另外一个专门针对大数据处理的解决方案，叫Build Processor，用它来解决数据量非常大的处理问题。刚才我们说的是一个数据量大的处理，怎么去解决。这个只是我们刚才所说的流程中的一环，这里我们看到这是整体的解决方案，针对一个加工环节的整体解决方案，这个解决方案并不是我们凭空想出来的，而是加工的部门向我们提出的要求，因为他们在加工过程中碰到了问题，一个是加工零件非常多的时候，如果超过几十万个，几百万个这种量的时候，你的Excel表已经管理不了这么多的数据量，这个时候需要一个工业化的车间管理系统去进行管理，另外一个是针对很大的汽车整车制造厂，比如大众、通用，像这种厂他们车间的管理做一个3D打印车间的时候，他对零件质量控制、流程管理要求是非常高的，如果你只是通过Excel表去管理，是满足不了他们的需求的，所以这个系统是基于这两个背景产生的，然后我们去帮他实现。
这是我们软件的一个界面，这个上面是我们软件如何去管理机器的，这个我们叫解决方案，这个解决方案其实是从目前市场上有得到的反馈，我们的医疗，从美国的FDA得到的消息，他们现在已经把对这种流程控制的需求写到FDA的标准里，以后如果想用3D打印来做植入体、导板、这个将会成为一个标准的软件控制流程。第二个例子，欧洲的航空航天管理局他们想要设定一个叫标准化的，针对航空航天的3D打印零部件的加工环境，针对金属打印的零部件，我们车间就是已经通过了这个认证，这个系统在这中间发挥了一个很强大的作用。谢谢大家。
Koen Van de Perre
简 介：Koen Van de Perre 先生毕业于伦敦大学，具有非常资深的技术与市场历练，目前担任Materialise 大中国地区销售经理。作为世界领先的快速原型制造软件解决方案和3D打印服务供应商， Materialise总部位于比利时鲁汶。自 1990 年创立以来，Materialise 一直在快速成型领域发挥着积极的作用，通过开发独特并有针对性的解决方案来满足客户的需求。2005年开设其中国代表处，并从此活跃于中国市场，致力于向医学及工业领域提供3D打印软件解决方案。2014年12月，其中国全资子公司——上海玛瑞斯三维打印技术有限公司正式成立。
(责任编辑：admin)
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