看西门子软件解决方案如何促进增材制造的应用创新

寂静回声

增材制造/3D打印是一种不同于以往的材料加工工艺，通过零件的设计优化以及增材制造工艺，能够创造出全新的结构，甚至是实现以前不可能实现的功能。正是基于对增材制造这些优势的重视，西门子在柏林开设了增材制造设计实验室。
西门子认为要充分利用增材制造技术，重塑设计思维是必不可少的前提，工程师们需要突破传统工艺下所形成的思维，采用全新的认知方法进行3D打印零部件的设计。培养增材制造思维能力，推动产品创新，是西门子设立增材制造设计实验室背后的含义。

图片来源：西门子

协作开发创新零件和增材制造软件
在西门子柏林增材制造设计实验室中，有一个由30人组成的专业团队，包括计算机设计专家、模拟专家和制造工艺流程专家，该团队利用他们的专业知识，和西门子各个业务领域共同研发具体项目。如有必要，他们可以在现场就给出建议，例如当业务部门与客户探讨是否有增材制造方面的合作可能性时，专家团队可以在讨论结束时就将零件是否适合进行增材制造等建议反馈给客户。
虚拟空间中的协同工作
在实验室中，有两个工作站可供工程师设计新零件，工作站包括西门子NX 设计软件和拓扑优化软件在内的全套数字化设计解决方案。实验室还配有其他数字化的协作工具，例如VR眼镜和投影墙。
西门子工程师讨论在燃气轮机叶片上进行3D打印的可能性，图片来源：西门子
产品开发人员可以利用这些技术在虚拟的数字化空间中探讨设计方案，从各个角度查看设计的所有细节并进行优化。如果对设计感到满意，就可以利用各种3D打印机将数字世界变成真实初始原型。
合作开发增材制造仿真技术
不过一切增材制造工作并非那么简单，很多因素都会导致零件增材制造的失败。为了减少失败，西门子增材制造设计实验室的专业人员，不仅需要与客户共同讨论材料和工艺，还与西门子数字化部门合作开发仿真工具。

借助XFEM分析等基础技术，Simcenter 3D 的AM Process Simulation工具展示了如何通过对比制造零件与原始CAD图（右）来确定零件预测的变形（左）。图片来源：西门子 。

实验室最新开发了一个NX 模块，名为AM Process Simulation（增材制造过程仿真）。在设计结束后，该模块用于对增材制造过程进行仿真模拟，提高增材制造的成功率。而如果不使用仿真技术，工程师需要使用许多不同的参数，然后测试看这些参数是否能够制造出他们想要的最终产品。使用仿真技术之后，工程师就可以将更多精力放到部件功能的设计创新中。
突破传统设计思维带来的创新产品
西门子的工业燃气轮机就是设计师通过增材制造提出解决方案的一个很好的例子。
西门子设计了一款能够燃烧氢气的燃气轮机，这对燃烧器顶部的设计提出了很高的要求。由于燃烧器会被加热到更高的温度，因此需要为其设计更有效的冷却系统。
西门子工程师利用粉末床金属熔融增材制造技术，在设计时将点阵结构集成到燃料供给系统中，当天然气或氢气流通过时就会带走更多的热量。这样一来，燃料成为了冷却剂，解决了燃烧器的冷却问题。正是因为西门子的工程师们，放弃了循规蹈矩的思想模式，才可能有这样的设计和结果。
增材制造对西门子具有重要的战略意义，该技术是西门子的14个“核心技术”之一，增材制造设计实验室作为西门子增材制造能力的重要一环，为西门子增材制造零部件的生产提供支持。
3D科学谷Review
根据3D科学谷的市场观察，面对3D打印走向产业化制造的趋势，西门子正在打造一个全方位的针对3D打印的增材制造生态系统，在这个生态系统中，不仅包括增材制造设计实验室、增材制造工厂，还包括一套无缝集成的软件解决方案。
目前，西门子已在瑞典的Finspång芬斯蓬工厂生产燃气轮机组件， 该工厂约有20台3D打印机生产。西门子在英国伍斯特设立的增材制造工厂，拥有50多台打印机，该工厂已于2018年12月开业。3D科学谷了解到，西门子还计划在美国和中国设立增材设计实验室。
西门子在制造领域的特色软件服务产品包括从支持完整的加工机械和工厂自动化的设计和工程软件、仿真工具及配套硬件，到与基于云的开放式物联网操作系统MindSphere进行互联的设备等。
西门子软件解决方案的一大特点是经过了西门子应用的验证。比如说，西门子能源部门的燃气涡轮机叶片完全采用增材制造（AM）技术获得的成功给西门子软件部门带来了极大的信心。叶片被安装在功率为13兆瓦（MW）的西门子SGT-400工业燃气轮机上。涡轮叶片由高性能多晶镍高温合金粉末制成，这允许它们承受高压、高温和涡轮高速运转的旋转力。
西门子的一体化增材制造软硬件解决方案，涵盖增材制造增值过程的每一个阶段。增材制造设备制造商和增材制造用户借助一体化增材制造解决方案，将加快实现从原型设计和使用单台机器的小规模生产到工业规模批量生产的过渡。