3D打印与传统制造相结合，西门子的无缝衔接

西门子的新软件首次使增材制造和传统制造技术结合起来，从而为大众市场生产个性化产品。西门子集成了增材制造到其NX软件套件的产品中。与传统的制造技术不同，3D打印对产品的复杂性设计限制很少，这为批量定制化产品的生产打开了大门。

图：西门子拓扑优化的设计（右）

传统CAD技术本身就是为了支持传统制造方法而创造的。因此，若要使用它们为增材制造进行设计优化，其局限性自然显露无疑。一个明显的障碍是如何整合传统和增材制造技术，3D打印使用完全不同的设计技术，甚至打印机读取的数据格式也与传统制造完全不同。在产品开发过程的各个阶段，如何无缝记录所有产品的相关数据，将增材制造工艺整合到这些系统中，成为制造商迫切需要的解决方案。西门子现在已经开发出能弥补这一差距的软件，从而使得设计开发者无需费力地在不同的数据格式之间来回转换。

轻量化工程的反思
与传统的制造技术，如铣削、喷涂、冲压和铸造相比，3D打印带来产品形状的自由度。其结果是有可能创建具有空腔或蜂窝结构的创新型轻量化零件。这使得3D打印在汽车和航空航天工业拥有广阔的应用前景，然而许多3D打印技术的优越之处被无法达到与传统制造方法一样的精度抵消了，对于生产企业来说，引用3D打印技术就需要克服这项技术在工业生产中的障碍。

端到端的数据格式
为了将3D打印集成到工业生产过程中必须面对的挑战之一是传统的CAD技术是面向针对性的制造技术，并产生精确定义的几何形状。相比之下，3D打印设计则常采用面结合多面体来创建任意形状，在制造过程中通过分层方法来层层制造出来。然而，3D打印设计的自由度虽然是一大优点，但目前3D打印通常无法实现传统的机加工制造技术所达到的精度。

作为制造工艺之间的衔接需要，西门子已经开发了一个全新的系统称为Convergent Modeling，现在是西门子NX的一部分，产品开发人员可以使用他们熟悉的CAD程序来设计3D打印产品，而无需转换数据，新系统确保所有产品相关信息可以无缝追踪。

全新的设计可能性
西门子Convergent Modeling消除了格式转换间的局限，为设计人员提供操作灵活性，让他们可以利用增材制造所提供的材料和工艺，快速创建新型的最优形状。

Convergent Modeling的一大建模方法被称之为“创成式设计-Generative Design”，在这种方法下，开发设计人员可以专注于产品所要达到的性能，而无需像传统设计模式那样考虑太多的加工限制。例如，在连接件的建模情况下，设计人员只需要输入零件的可用空间、连接到其它组件的连接点以及作用于连接点上的力，系统会去运算建模结果。

NX提供了一个特殊的程序称为拓扑优化，针对特定的产品功能自动计算出设计模型。这种方法创造的产品比传统制造的产品轻很多，但机械性能同样强大。此外，通过将后期的机械加工要求考虑进来，可以使3D打印设计的几何形状更为精确，满足后期如铣削、钻孔等需要。

Convergent Modeling也简化了扫描数据的处理过程。医疗、汽车和消费品等不同行业的用户越来越多地在设计过程中使用扫描3D数据。传统而言，对现有设计进行逆向工程是一个成本颇高、极其复杂的过程，不规则的形状尤其需要进行大量返工，才能用于3D打印、模具设计、分析以及其它用途。逆向工程的相关过程需要花费数天乃至数周的时间才能完成。但是利用Convergent Modeling，可以将扫描数据作为小面引入，在NX 11中直接进行操作，由此消除映射曲面、创建实体、以及人工创建任何其他形状的步骤，进而大幅减少上述返工。

重要的工业合作伙伴
Convergent Modeling正在促进增材制造向传统制造工业过程的整合。西门子与世界上最大的机床制造商通快合作，将通快的激光金属打印设备配备了NX工作站。其结果是可以通过NX直接控制3D打印机，完成CAD-CAE-CAM的过程。此外，西门子还与3D打印专家Stratasys公司合作，将有可能通过NX直接操作各种Stratasys打印机。

总之，Convergent Modeling有望显著的节约时间和成本，帮助消除易于出错的返工阶段，而这以往是处理扫描几何体时的常见问题。此外，这一新技术消除了传统CAD建模的限制，为3D打印进行零件优化。NX11简化了设计流程，并为增材制造的发展提供支持，帮助企业将产品开发的创造性提升至全新的高度。

图片来源：西门子
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