增材制造作為一項(xiàng)新的制造技術(shù)，如要充分利用其所帶來的顛覆性變革，就必須要求對傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)流程進(jìn)行重新思考。根據(jù)羅蘭貝格的增材制造公開報(bào)告《Additive Manufacturing – next generation》，一個增材制造零件，從工程設(shè)計(jì)到制造，所經(jīng)歷的典型增材制造軟件流程鏈的變化，如圖1：

圖1－增材制造的全軟件流升級

信息來源：羅蘭貝格報(bào)告《Additive Manufacturing – next generation》，

南山工業(yè)書院整理

眾所周知，傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，零件的設(shè)計(jì)主要由CAD和有限元分析軟件來完成，其中包括計(jì)算流體力學(xué)仿真，基于模型定義的仿真。而增材制造軟件流，在傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)流程中增加了更為先進(jìn)的拓?fù)鋬?yōu)化和結(jié)構(gòu)晶格化兩個環(huán)節(jié)，通過不斷的仿真優(yōu)化，迭代出最優(yōu)方案。經(jīng)過拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)出的復(fù)雜零部件，其精致程度甚至與仿生學(xué)設(shè)計(jì)相似，能夠達(dá)到常規(guī)制造方法無法企及的高水平，在成本方面，更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于功能性設(shè)計(jì)。

這種面向增材制造的軟件仿真體系，符合產(chǎn)品設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，既能實(shí)現(xiàn)新穎、輕量化的設(shè)計(jì)，又能大大減少對設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)要求從根本上釋放仿真技術(shù)的價(jià)值，從而支撐企業(yè)研發(fā)創(chuàng)新。

面向增材制造的軟件體系，既在工程設(shè)計(jì)中的具有較高關(guān)聯(lián)性，又能為增材加工過程提供強(qiáng)大支持，從設(shè)計(jì)到制造，陪伴著一個零件從無到有的 “成長”，在增材制造中扮演著越來越重要的角色。

增材制造軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢是全面整合與集成。在工程方面，當(dāng)前還沒有任何一家公司能夠覆蓋增材制造軟件的全流程。無論是為增材制造提供產(chǎn)品和服務(wù)的軟件供應(yīng)商，還是增材制造企業(yè)自身，都在不斷整合軟件資源，紛紛在增材制造軟件領(lǐng)域布局。

1、Autodesk

Autodesk 公司作為全球最大的二維、三維設(shè)計(jì)和工程軟件公司代表，在近幾年連續(xù)收購了幾家專注于增材加工環(huán)節(jié)的專業(yè)公司后，極有可能成為第一個能夠?yàn)樵霾募庸ぬ峁┤轿卉浖鉀Q方案的公司。

第一個階段：核心業(yè)務(wù)，主要包括傳統(tǒng)設(shè)計(jì)和仿真解決方案（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，有限元分析，計(jì)算流體力學(xué)仿真，基于模型定義的仿真）；

第二個階段：2014年收購WITHIN，其主要業(yè)務(wù)為設(shè)計(jì)優(yōu)化軟件（基于有限元分析的優(yōu)化，結(jié)構(gòu)晶格化）；

第三個階段：2015年收購NetFabb，其主要業(yè)務(wù)為專注于3D打印的軟件（生成支撐結(jié)構(gòu)，分層切片，激光術(shù)路徑和參數(shù)優(yōu)化）。

圖2－Autodesk 公司并購路線圖

信息來源：羅蘭貝格報(bào)告《Additive Manufacturing – next generation》，

南山工業(yè)書院整理

Autodesk公司覆蓋整個AM軟件流程鏈如圖3所示，邊加強(qiáng)3D設(shè)計(jì)工作，同時(shí)在推廣3D打印技術(shù)，在虛實(shí)融合的新型制造中，Autodesk選擇了增材制造。正在爆發(fā)的3D打印革命有望將工業(yè)制造能力重新引入大眾制造，有望促進(jìn)個體的工業(yè)設(shè)計(jì)力量與大型工業(yè)系統(tǒng)的融合。

圖3－Autodesk 布局3D設(shè)計(jì)與推廣

信息來源：南山工業(yè)書院整理

從增材制造全價(jià)值鏈的高度來看，工程部分只是增材加工過程的一個組成部分，首個集成化的軟件平臺已經(jīng)誕生，其全流程如圖4：

圖4－集成化的軟件平臺全流程

信息來源：南山工業(yè)書院分析整理

2、3D systems

3D systems作為世界上增材制造的領(lǐng)軍企業(yè)，同時(shí)也是業(yè)內(nèi)的瘋狂收購者，在短短幾年時(shí)間內(nèi)，3D Systems成功地進(jìn)行了20多次收并購，其中不乏軟件公司，如圖5，其在增材制造軟件領(lǐng)域布局與擴(kuò)張的雄心可見一斑。

2013年1月，3D systems收購Geomagic，Geomagic是一家世界級的軟件及服務(wù)公司。其軟件和服務(wù)在眾多工業(yè)領(lǐng)域，比如汽車、航空、醫(yī)療設(shè)備和消費(fèi)產(chǎn)品都有應(yīng)用。其3D CAD設(shè)計(jì)、檢測和掃描軟件技術(shù)，為3D Systems構(gòu)建起軟件平臺，這無疑會大大拓展3D Systems的產(chǎn)品陣容，并加快其進(jìn)入工業(yè)打印機(jī)領(lǐng)域的進(jìn)程。

2013年8月3D Systems公司于8月5日宣布收購TeamPlatform 。TeamPlatform是基于云計(jì)算協(xié)同設(shè)計(jì)和項(xiàng)目管理的平臺，通過該平臺，可以使產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程服務(wù)和制造業(yè)公司共享數(shù)據(jù)以及方便地進(jìn)行3D打印項(xiàng)目合作。3D Systems公司表示，它計(jì)劃盡快將TeamPlatform的技術(shù)融入其產(chǎn)品領(lǐng)域，包括Geomagic解決方案和Cubify平臺。

圖5－3Dsystems收購Geomagic和TeamPlatform

信息來源：公開信息，南山工業(yè)書院整理

3、SIEMENS

近年來，為進(jìn)一步鞏固在工業(yè)軟件領(lǐng)域的霸主地位，SIEMENS一方面頻頻出手進(jìn)行了令人眼花繚亂并購與整合，另一方面則積極致力于下游行業(yè)應(yīng)用與解決方案的開發(fā)，增材制造便其所關(guān)注的重要領(lǐng)域之一。

2016年底，SIEMENS與德國通快（TRUMPF）宣布將共同合作開發(fā)一款軟件解決方案，將用于增材制造的NX軟件技術(shù)與TRUMPF生成處理器技術(shù)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)在集成化的軟件環(huán)境中解決整個數(shù)字流程鏈，無需使用單獨(dú)的應(yīng)用程序進(jìn)行零件設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。將使得金屬零部件的增材制造過程成為生產(chǎn)過程中一個不可或缺的組成部分，從而推動激光金屬熔合技術(shù)的工業(yè)化。

2017年1月，SIEMENS發(fā)布基于集成的設(shè)計(jì)、仿真、數(shù)字制造、數(shù)據(jù)和工藝管理軟件的全新增材制造綜合解決方案。集成的解決方案將在所有階段使用智能產(chǎn)品模型，無需在應(yīng)用或工藝之間轉(zhuǎn)換或翻譯，同時(shí)使用新的拓?fù)鋬?yōu)化功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的自動生成。

同月，與知名比利時(shí)3D打印公司瑪瑞斯（Materialise）簽訂協(xié)議，共同打造一套面向增材制造技術(shù)設(shè)計(jì)和制造的無縫流程，將專注于精簡與優(yōu)化增材制造流程的設(shè)計(jì)。

2017年3月，科羅拉多州的軟件公司Frustum也對外發(fā)布消息稱，其將為Siemens NX軟件提供拓?fù)鋬?yōu)化生成器，SIEMENS將把Frustum的技術(shù)添加到其“端到端添加劑制造解決方案”中，以便更好地幫助工程師為3D打印優(yōu)化零件設(shè)計(jì)，全面加快設(shè)計(jì)流程，讓逆向工程成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域更普遍、更有效的操作。

與GE Additive針對OEM的收購與整合戰(zhàn)略相比，SIEMENS通過NX推進(jìn)其3D軟件解決方案和工業(yè)3D打印應(yīng)用的這一套“軟技法”可謂另辟蹊徑。

事實(shí)上，很多軟件公司都在尋找著機(jī)會。微軟曾在Win8．1中就開始嘗試讓3D打印變得更簡單。而Win10中已經(jīng)集成了Autodesk的3D打印功能，創(chuàng)造出一種易于使用的文件格式，可以直接用于3D打印機(jī)。從某種意義上說，它也是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在3D打印桌面機(jī)軟件方面，微軟一直在努力。相信3D打印終將進(jìn)入家庭，像2D打印機(jī)一樣普及。

比利時(shí)的Materialise公司與荷蘭的Additive Industries公司都已經(jīng)在打造基于AM過程控制與集成的多功能軟件平臺，提供更高效化快捷的管理方案，并已在常規(guī)批量生產(chǎn)中得到驗(yàn)證，如圖6所示。

圖6－Materialise公司Additive Industries公司的軟件平臺布局

信息來源：公開信息，南山工業(yè)書院整理

由此看來，集成化的軟件平臺不是僅僅服務(wù)于增材制造的工程環(huán)節(jié)，而是貫穿設(shè)計(jì)、開發(fā)、仿真／樣機(jī)構(gòu)建、試驗(yàn)及售后等各個階段、不可或缺的中堅(jiān)力量。

首先，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的角度，以軟件為主導(dǎo)的創(chuàng)新，已經(jīng)體現(xiàn)在傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計(jì)和仿真驗(yàn)證當(dāng)中。增材制造則在傳統(tǒng)CAE軟件流的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步補(bǔ)充了增材制造的專業(yè)軟件來深度優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)，例如拓?fù)鋬?yōu)化和晶格結(jié)構(gòu)化的軟件。

其次，軟件不僅與產(chǎn)品有著越來越強(qiáng)的相關(guān)性，而且也為增材制造技術(shù)開發(fā)和增材制造工藝方面提供了強(qiáng)大的支持，正所謂傳統(tǒng)工程技術(shù)環(huán)節(jié)越來越趨同于軟件工程。

最后，為了更有效地滿足市場需求和贏得市場競爭，越來越多的軟件供應(yīng)商致力于通過打造集成化的軟件平臺來強(qiáng)化自身平臺化服務(wù)能力，來取代以往僅僅向客戶供應(yīng)單一軟件的業(yè)務(wù)模式。而增材制造領(lǐng)域?qū)τ谲浖脚_的需求已經(jīng)形成，各種相關(guān)應(yīng)用自然就會層出不窮。

結(jié)語

作為一項(xiàng)正在走向新征程的制造技術(shù)，增材制造的發(fā)展必然會跳出傳統(tǒng)加工制造的范式，不會是簡單的用增材制造去替代現(xiàn)有加工方法，而是尋求與傳統(tǒng)加工的有效互補(bǔ)與融合，最終形成更具期待性的產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈。

而軟件，無疑將扮演越來越重要的角色，甚至成為增材制造領(lǐng)域市場競爭的關(guān)鍵決勝要素之一。