麻省理工学院，Protolabs，其他人合作推进增材制造
为制造而设计将设计的艺术与生产的科学结合在一起，尽管从广义上讲，它需要创造力和实用的工程技术之间的协同作用。
为什么?
许多传统制造方法的参数已经确定，结果在很大程度上是可预测的。设计的机械性能是所使用的材料及其将经历的过程的衍生物。根据工艺的不同，几十年或几个世纪以来，我们一直在以基本相同的方式使用类似的材料。对于经验丰富的设计师来说，围绕给定过程的已知约束进行工作是一种根深蒂固的记忆。
然而，相对最近出现的增材制造(AM)，也就是工业级3D打印，在过去的20年里，随着这些技术带来新的能力和新的限制，制造业的复杂性又增加了一个维度。增材制造(DfAM)设计的工业能力正在改变整个行业的形态，并不断发展生产系列零件的设计过程。然而，为了充分发挥其潜力，DfAM过程必须保持艺术和科学的结合。
正如你将读到的，最近工业和高等教育之间的合作，麻省理工学院的增材制造和数字先进生产技术中心(APT)联盟，旨在推进增材制造，以确保其未来的增长。但首先，简要介绍一下DfAM的背景，它的意义和障碍，以及它被行业广泛采用的情况，将有助于展示是什么导致了这种独特的行业和大学合作。
理解DfAM
您可能熟悉制造和装配设计(DfMA)，这是一种设计范例，旨在通过创建有利于可重复，廉价制造和易于组装的组件设计来最小化制造产品的成本和时间。DfAM建立在这种方法的基础上，但需要一套新的设计规则，以满足增材制造所需的生产选择(例如零件方向，后处理方法等);这些选择迫使组织重新考虑其组件的允许设计空间，并在理解新设计边界的视野时抛弃旧的限制。
采用新技术的挑战之一是将全新的东西融入现有的工作流程。增材制造的优点和挑战在于它与传统制造工艺有很大不同。但承诺采用人工智能不仅仅是进行财务投资或将一套新机器安装到生产空间;它建立了对制造业未来的深刻承诺，并在自己的组织中离散地应用。正如一些业内人士所说，工程师和未来工程师的教育至关重要，这样他们就可以为增材制造工艺进行设计，否则公司就永远不会真正利用这项技术的力量。事实上，无法为增材制造设计零件会导致昂贵和浪费的试错，当探索性项目产生负ROI时，可能会使实施计划陷入僵局。
那些在增材制造前沿从事机器和技术工作的人正在开发有助于塑造这个行业的设备。但是，由硬件、软件和材料组成的AM工作流程的工作人员将在日常工作中产生影响。几十年来，工程师们接受了正式和非正式的减法制造方法设计培训，为了充分利用增材制造，他们现在需要“忘掉”其中的大部分知识。
沿着这些线，在a博客CAD设计软件公司Onshape解释说:“缺乏对增材制造基本原理的了解，仍然是更广泛、更快采用增材制造的障碍。”
DfAM的好处和障碍
增材制造不像其他形式的制造。在增材制造中，零件将从聚合物或金属粉末或塑料长丝等材料中建立起来，而不是去除材料来塑造零件。好处很多:材料消耗减少，因为只使用建造所需的材料——通常是必要的支撑结构;新的几何形状可以创建复杂的内部结构或减少组件;事实证明，重量更轻、经过优化的表单适用于要求苛刻的应用。这样的好处还有很多，包括大规模定制、快速原型设计以加快开发周期和上市时间，以及按需制造备件。
然而，释放这些好处需要克服一些挑战，其中最重要的是人为因素:当增材制造对你来说是新的时候，你如何用新的工具以新的方式设计一个新的零件?DfAM本身就是一个障碍，获得这种独特的技能对于充分利用AM所能提供的优势至关重要。
DfAM包含了新的活动，如拓扑优化，通过计算软件优化组件的几何形状，以实现其所需的功能(例如，具有最佳的刚度-重量比)。虽然拓扑优化是软件自动化和优化设计的一个引人注目的用途，但是，就像任何进入实际使用的想法一样，它也有其局限性。简而言之，尽管软件驱动的设计工作流可以产生更适合其功能需求的部件，但这些部件的几何形状通常会给制造带来挑战。
“尽管AM在我们可以构建的东西方面具有令人难以置信的灵活性，但在设计打印组件时，我们仍然需要了解该工艺的特点。如果我们只针对功能进行优化，我们就会损害我们的建造效率、质量和设计意图，”雷尼绍增材制造应用主管Marc Saunders说。在领英的一篇文章中写道．“通过将DfAM思想与强大的拓扑优化工具相结合，我们可以创建高效，轻量化的设计，并且易于批量生产。”
对DfAM的行业支持
为增材制造的成功提供工具来自工业和教育，并且需要关注学习和“提升技能”，以方便进入增材制造。
正如应用工程师Joe Cretella最近解释的那样，数字制造商Protolabs认为DfAM培训是该行业的一个增长机会。扩展这个知识库将有助于教育客户如何最好地使用他们可用的工具，这样他们就可以找到适合他们需要的解决方案。
“我们发现大多数客户都知道工业级3D打印，但不知道大量可用的技术，以及塑料和金属的广泛材料清单。这种向客户宣传3D打印的努力将有助于推动行业发展，不仅在原型方面，而且在生产方面，”Cretella说。
Protolabs正在积极参与一些途径，告知和教育其客户和更广泛的制造业关于DfAM，包括传导网络研讨会和课程,提供案例研究，白皮书,视频在其网站上，并提供访问专家应用程序工程团队。
借鉴直接的、动手的专业知识可以加快理解和应用的速度。对于已经在工作的工程师和设计师来说，考虑注射成型和CNC加工等传统工艺的设计规则可以有所帮助。2022世界杯足球赛时间表正如这些技术有特定的设计要求一样，增材制造也是如此。
哈登·昆兰，麻省理工学院的项目经理增材和数字先进生产技术中心他说:“我们认为，增材知识设计是3D打印技术真正实现生产规模的重要推动因素。”
简而言之，制造商希望在端到端的理解下可靠地制造产品。
昆兰继续说，设计一个3D打印的零件“解决了一个非常复杂的优化问题”。“当然，你希望你的角色完成它应该做的事情，但这是最低限度的。你还需要确保它在经济上是可行的，并且你的设计能够在增材制造过程及其后处理步骤的恶劣条件下存活下来。”与点,换句话说,一个选择——比如如何东方印刷的一部分——有大影响的时间,有多少部分可以印刷在一个时间,什么后处理策略需要和可能需要多长时间,等。“问设计师,,去思考这些操作问题,每个构建成本效率和如何生产的设计通常不是一个设计师是怎么想的。他们把这些问题交给一位制造工程师，这位工程师了解运营一家工厂每小时需要多少美元。而对于添加剂，就没有那么明确的职责划分了——一切都是从设计中流出来的。”
此外，昆兰说:“重塑我们目前工程人员的思维也很重要，既要在他们的经验基础上，又要拥抱增材制造的创作自由。30年的设计经验给我灌输了一些设计约束:“我知道不能有凹边，我需要一定的半径，这种几何形状行不通，等等。”这就像肌肉记忆一样。从绘图到做CAD工作，您已经学习了一种设计几何形状的方法，该方法永远不会与您知道不兼容的几何形状交叉路径。有了添加剂，不仅这些限制不再适用，而且现在你还必须以不同的方式思考你的设计选择对下游的影响。”
增材制造服务提供商可以消除障碍
像Protolabs这样的制造服务提供商或其他类似的服务提供商帮助促进采用AM的过渡。具体来说，他们已经在技术上进行了投资，并开发了内部专业知识。服务提供商经常看到大量不同的项目工作，使用各种类型的增材制造和减材制造技术来应对广泛的设计和功能分布。他们懂得用正确的工具做正确的工作的重要性。
Cretella指出:“对于刚接触增材制造的工程师和设计师来说，最初的设计和零件将会有一段试错期。
也许最重要的是，他们可以在客户公司(可能是潜在的新采用者)投资自己的技术和培训之前，显示特定应用是否需要增材制造。
作为一个繁忙的服务提供商，Protolabs总是会遇到不同的请求和报价。一个常见的问题是，一些提交给公司3D打印团队的设计可能不是最适合3D打印的。有些设计最好通过机械加工或模压成型来制造。另一些公司则将同样的设计文件从先前的铣削件发送到现在通过3D打印来制作，而不改变设计。
麻省理工学院机械工程副教授、APT联盟主任约翰·哈特教授说:“我一直听到这个词，几乎成了一句流行语。”“我们需要为增材制造设计。”这句话所包含的内容比你可能听到的要多。如何构建问题和设计空间是至关重要的。有能力通过交谈，建立一个高效的团队，做出最合适的设计和工艺选择，这意味着你的零件比预期提前一周或一个月准备好了。”
“合适的设计师”往往是服务机构中经验丰富的专业人士。各种各样的技术和技术每天用于各种行业的无数应用，建立了可制造设计的舒适度和专业知识。
高等教育与产业
为了让设计师继续进步和发展专业知识，并让这种专业知识在整个制造业中进一步传播，设计师需要获得合适的资源。世界杯2022官网投注攻读学位的学生和在职的专业人士希望更多地了解AM，都需要最新技术的教育和培训计划。通过与高等教育合作，工业界可以拓宽并加深其劳动力对这些新的面向am的设计技术的了解。
在这些方面，Protolabs之前曾与麻省理工学院合作过。旗舰在线AM课程，“创新设计和生产的增材制造”，该项目于去年4月启动，使数千名工程专业人员获得了增材制造的基础知识、应用和影响。除了制作课堂上使用的3D打印教学辅助工具外，还有几十个令人印象深刻的贡献者——从欧特克(Autodesk)到大众汽车集团(Volkswagen group)——protolabs对该项目的贡献包括专家证词、生产演示和设计指南。
这门课程目前已经是第四次开设了。
克雷特拉说:“与麻省理工学院的合作是在工程师和设计师早期培训的正确方向上迈出的一大步。”“我们越早告知工程师和设计师3D打印功能，以及如何正确设计和成功利用这些功能，就越好。”
当考虑加法时，需要从创建过程的开始就引入增材制造系统的特殊参数和需求。
对于它提供的每门课程，麻省理工学院都会调查参与者:他们想学什么，为什么?昆兰解释说，设计一直是最感兴趣的领域，2018年有近2000人通过在线课程获得证书，过去5年约有250人在校内AM新兵训练营接受过培训。
昆兰说:“我们对所有学习者的特定人工智能相关兴趣进行了调查，这是加入这个项目的先决条件。”毫无疑问，设计工具(即生成式设计软件)和方法(即指南和启发式)总是名列前茅。超过一半的学习者表示(设计工具和方法)是他们的首要任务，这与我们现在每天从行业中听到的主题相呼应。”
通过与行业利益相关者合作，麻省理工学院和其他高等教育机构提供了AM培训的重点，从而满足了行业的直接需求。工作专业人员经验到的真实的、适用的知识和技能，与有才华的教育工作者的技能组合在一起，向那些能够成为下一波专家的人传达直接的、可用的信息。
增材制造的未来
麻省理工学院的增材和数字先进生产技术中心于2018年底推出。这是一个跨学科的合作倡议，专注于加速采用增材制造，该联盟代表了工业和教育的结合。该联盟有四大支柱，包括研究、战略、学习/教育，以及面向AM未来的麻省理工学院和波士顿的生态系统。
该联盟的创始成员包括Protolabs、雷尼绍(Renishaw)、博世(Bosch)、通用汽车(General Motors)和其他八家公司，他们已与麻省理工学院(MIT)联手推动这一愿景。
Protolabs首席技术官Rich Baker表示:“作为麻省理工学院增材制造和数字先进生产技术中心的创始成员，Protolabs旨在推动增材制造技术在不同行业和应用中的发展和采用，从原型设计到最终零件生产。”“作为数字制造(成立于1999年)的真正先驱2022世界杯附加赛决赛，我们认为这是一个很好的机会，可以继续推动3D打印在工业应用中的极限，通过汇集学术界和工业界的思想来做到这一点，这是令人兴奋的。我们的角色将集中在提供技术见解和DFM知识上，这些知识是在过去二十年中使用工业增材设备和在这段时间内构建数百万种独特的几何形状中获得的。”
联盟的每个成员都为合作表带来了一个特定的重点和专业领域。昆兰说:“有Protolabs的参与，作为快速制造数字化的先驱，它有着广阔的视野和声誉……这对我们未来的发展是一个很大的好处。”
该联盟的一个重要方面是，它为成员提出具有挑战性的研究问题提供了昆兰所说的“中立的合作空间”。该计划起到了召集人的作用:将麻省理工学院在先进制造业方面的多学科专业知识与工业领域的思想领袖结合起来。
对于Protolabs的角色，该公司正在与麻省理工学院和财团合作伙伴一起展望增材制造和DfAM技术传播的美好未来。
“我希望麻省理工学院的努力不仅能使增材制造成为一种可行的原型制造数字制造解决方案，还能促进最终用途生产。2022世界杯附加赛决赛我们很高兴成为创始成员，并帮助实现这一目标，”贝克说。
昆兰说，Protolabs视角的广度使其成为“谈判桌上必不可少的声音”。在这张桌子上，声音很重要。增材制造的发展超越了使命宣言，而不是单一的宣言，而是一种对话。
Sarah Goehrke拥有并经营着Additive Integrity LLC，这是一家专注于增材制造/ 3D打印行业的编辑服务公司。华体会app官网她是Fabbaloo的执行编辑，也是3D打印女性董事会成员。Sarah曾担任3DPrint.com的主编，自2014年以来一直专注于AM，拥有行业预测、创意写作和戏剧方面的背景。Sarah在俄亥俄州的克利夫兰和世界各地的机场工作。