3DEXPERIENCE下的積層製造與數位工廠

2016/07/11 - DIGITIMES企劃

3D列印技術的出現，因為擺脫傳統的製造方式，為產品設計帶來更多的可能性。達梭系統大中華區技術資深顧問許欲生指出，未來的產品設計及造型不僅將變得更多樣且更為大膽，投入3D列印領域的經營者，也將不在僅限於個人，未來的3D列印市場也將不再只是強調少量多樣，大量客製化的產業需求如醫療製造，將會是3D列印未來的發展趨勢，積層製造技術也機會變得更加重要。

許欲生指出，3D列印之所以會被視為新一代的工業革命，是因為除了已經可以輕易地讓設計者直接掌控商品製造的階段外，嶄新的製造機器、方式及設計，已經形成嶄新的生態圈，而從達梭系統的角度來觀察，其實每一個行業都在嘗試3D列印，想看看3D列印可以為該行業帶來什麼樣的新面貌。

但3D列印目前仍有許多挑戰仍待解決。以積層製造技術為例，許欲生指出，首先需要考慮材料特性(Material)，包括探索各種新型材料，掌握這些新型材料的使用性能及對產品組成過程的影響，以及健康和安全的相關問題等。

接下來要考慮設計(Design)，如何為了符合新的造型，就得有新的方式來建模，如何能夠更快速的交付設計，讓產品設計擁有更有機的形狀，同時還能為設計規範增加製造設計相關的規則。

接下來是準備的階段(Preparation)，因為列印時仍可能會碰到一些困難，如傾倒、變形等，因此在送到印表機之前，仍需要做好準備，包括如何確保該製造的部分確定可以生產，提供相應的維修服務，定義和模擬前期的沉積策略(deposition strategy)等。

然後就是製造(Manufacturing)階段，目標在於找出將產品完成的最適合製程，包括克服高製作成本、具有競爭力的產品循環壽命、品質控制標準化等。

最後則是車間管理(Shopfloor)，必須要設法蒐集每一個階段的數據，才能做到標準化過程檢驗和品質控管，並依照數據改進工藝，設法減少更多的後處理步驟。

許欲生指出，達梭系統針對前述五個階段都已有對應的解決方案。首先是基礎材料研究(In-Silico Material Engineering)，可以透過模擬實驗室的方式，了解各種材料在不同的溫度所產生的各種變化，讓創客可以掌握處理材料的微觀結構，並藉此找出材料更廣泛的可能用途。

其次是功能生成設計解決方案(Functional Generative Design)，可透過分析手法，找出最能符合強度的形狀。許欲生表示，創客可以透過網格方式組成一個3D模型，就可以轉換成3D列印的格式，產生各種意想不到的形狀，以及功能性組合，找到最省材料、最有效能的造型設計。

第三個解決方案是製造流程定義及模擬系統(Manufacturing Process Definition & Simulation)，除了確保產品設計可以列印外，同時希望能夠透過工藝與品質控管，能夠確保產品列印出來的品質符合要求，找出誤差最小的列印方式，以達到重複性高、生產率高的雙重目標。

第四個是全球生產系統(Global Production System)，可以隨時監控，控制製造現場的各種狀況，確保機器的使用效益，處理各種製造問題，必要時可以停止生產，修正問題，進而達到製造最佳化。

第五個是協同製作平台(Additive Manufacturing HUB)，目標除了要能夠連接相關的生態圈外，還要確保所提供的服務品質能夠達到最佳化的要求。

許欲生更進一步說明快速建模解決方案的特色，如用軟體完成設計流程(Functional Generative Design Workflow)，可以找出設計最佳化，減輕產品重量，而且扣件也更少，重量甚至可以減少一半。

積層製造技術發展快速，目前已出現許多格式，其中最標準的格式就是STL。許欲生強調，積層製造雖然可以減少製造流程，但還是需要一定的製程，做好調整，才能達到最佳的製造效果。

許欲生指出，工業4.0目前已經成為全球製造業關注的焦點，由於其價值在於貫穿價值鏈的工程和製造領域的數位化整合(端到端工程數位化)，未來甚至可能進一步發展成3D模擬工廠，相關解決方案值得各界關注。


圖說：達梭系統大中華區技術資深顧問許欲生。