麻省理工学院，Protolabs，其他合作推进增材制造
制造设计将设计艺术与生产科学结合在一起，但广义上讲，它需要创造力和实际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和过程的衍生品。几十年或几个世纪以来，我们一直在以大致相同的方式使用类似的材料，这取决于工艺的不同。对于有经验的设计师来说，围绕给定过程的已知约束工作是如此根深蒂固，甚至是肌肉记忆。
不过，相对较新的出现bepaly下载 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)的工业设计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和数字先进生产技术中心(APT)联盟，旨在推进AM，以确保其未来的增长。但首先，简要介绍DfAM的背景、它的意义和障碍，以及它被业界广泛采用，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
您可能熟悉制造和组装设计(DfMA)，这是一种设计范式，通过创建有利于可重复、低成本制造和易于组装的组件设计，寻求将制造产品的成本和时间降至最低。DfAM建立在这种方法之上，但需要一套新的设计规则，以满足AM所需的生产选择(例如零件定位，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，并在理解新设计前沿视野的同时抛弃旧的限制。
采用新技术的部分挑战是将全新的东西融入现有的工作流程。增材制造的美妙之处和挑战在于它与传统制造工艺有很大不同。但是，承诺采用新技术所涉及的不仅仅是进行财务投资或在生产空间中安装一套新机器;它是对制造业的未来建立一种深刻的承诺，在自己的组织中单独应用。正如一些业内人士所说，对工程师和未来工程师的教育，使他们能够为增材工艺进行设计，将是至关重要的，否则公司将永远不会真正利用这项技术的力量。事实上，无法为AM设计部件会导致昂贵和浪费的试错，当探索性项目产生负ROI时，可能会导致实施计划的失败。
那些在AM最前沿的机器和技术上工作的人正在开发有助于塑造这个行业的设备。但它的人与硬件，软件和组成AM工作流程的材料谁将在日常基础上产生影响。几十年来，那些接受过正式或非正式减法制造方法设计培训的工程师，现在需要“忘记”其中的大部分内容，以便充分利用增材制造。
沿着这些线，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知识仍然是广泛和快速采用的障碍。”
DfAM的好处和障碍
增材制造不同于其他形式的制造。在AM中，该部件将从聚合物或金属粉末或塑料丝等材料库存中构建，而不是去除材料来塑造部件。好处是很多的:材料消耗减少，因为只使用建筑所需的材料(通常是其必要的支撑结构);可以通过复杂的内部结构或减少组件来创建新的几何形状;重量更轻，优化的形式被证明是可行的要求应用。这个清单还在继续，被吹捧的好处还包括大规模定制、快速原型设计以加快开发周期和上市时间，以及备件的按需制造。
然而，解锁这些好处需要克服一些挑战，其中最重要的是人的因素:当AM对你来说是新的时候，你如何用新方法和新工具设计一个新部件?DfAM是它自己的障碍，获得这一独特的技能集是至关重要的，以充分利用AM可以提供的最好的。
DfAM包含了新的活动，如拓扑优化，通过计算软件优化组件几何结构，以实现其所需的功能(例如，具有最佳刚度与重量比)。虽然拓扑优化是一种引人注目的软件自动化和优化设计，但是，就像任何进入现实世界的想法一样，它也有其局限性。简而言之，尽管软件驱动的设计工作流程可以生产出更适合其功能需求的部件，但这些部件的几何形状往往会给制造带来挑战。
“虽然AM在我们可以构建的东西方面非常灵活，但在设计打印组件时，我们仍然需要意识到工艺的特点。如果我们只针对功能进行优化，我们就会损害我们的构建效率、质量和设计意图，”Renishaw AM应用总监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、轻量级的设计，而且易于批量生产。”
DfAM的行业支持
工业界和教育界都在提供获取增材制造成功的工具，需要关注学习和“提高技能”，以轻松进入增材制造。
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培训是行业的增长机会。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打印技术的努力将有助于推动行业的发展，不仅是在原型上，而且是在量产上。”
Protolabs正积极参与多种渠道，以告知和教育其客户和更广泛的制造业有关DfAM的信息，包括导电网络研讨会和课程,提供案例研究，白皮书,视频在其网站上，并提供专业应用工程团队的访问。
从直接的、实际操作的专业知识中吸取经验可以加快理解和应用的过程。对于已经工作的工程师和设计师，它可以帮助考虑常规工艺的设计规则，如注塑和CNC加工。beplay体育下载ios正如这些技术有特定的设计要求一样，AM也是如此。
哈登·昆兰是麻省理工学院的项目经理添加剂和数字先进生产技术中心他说:“我们认为增材知识的设计是3D打印技术真正实现生产规模的重要推动因素。”
简单地说，制造商希望制造可靠，端到端理解。
昆兰继续说，设计3D打印部件“是在解决一个非常复杂的优化问题”。“当然，你希望你的角色做它应该做的事情，但这是最低限度的。你还想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苛刻条件下存活下来。”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个制造工程师，这个工程师知道经营一家工厂每小时需要多少钱。而在加法设计中，没有明确的职责隔离——一切都是从设计中发散出来的。”
此外，Quinlan说:“还有一个重要的需求是重塑我们当前工程人员的思维，既要建立在他们的经验基础上，又要拥抱AM的创作自由。根据30年的经验，我一直在思考一些设计限制:“我知道不能有一个边缘，我需要一个特定的半径，这个几何形状行不通，等等。”“这就像肌肉记忆一样。从绘图到CAD工作，您已经学习了一种设计几何图形的方法，该方法永远不会与您知道的不兼容的几何图形交叉。有了添加剂，不仅这些限制不再适用，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解锁障碍
像Protolabs或其他类似的制造服务提供商，有助于促进采用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，针对广泛的设计和功能使用各种类型的加法和减法制造技术。他们懂得在正确的工作中使用正确的工具的重要性。
Cretella指出:“对于刚接触AM的工程师和设计师来说，初始设计和零件将会有一段试错期。
也许最重要的是，他们可以在潜在的新采用者客户公司投资自己的技术和培训之前，展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，提交给公司3D打印团队的一些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塑来制造。另一些人则将之前磨过的零件的设计文件发送到现在的3D打印中，而不改变设计。
机械工程副教授、麻省理工学院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AM设计。’这句话所包含的内容比你可能听到的要多得多。如何构建问题和设计空间至关重要。有能力通过对话，建立一个高效工作的团队，做出最合适的设计和流程选择，这意味着你的部分比预期提前一周或一个月准备好。”
“合适的设计师”通常是服务机构中经验丰富的专业人员。每天在各种行业的无数应用中使用的各种技术和技术建立了可制造设计的舒适水平和专业知识。
高等教育与工业
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，设计师需要获得正确的资源。beplay体育是黑网吗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编程。通过与高等教育的合作，行业可以拓宽和加深其员工在这些新的面向am的设计技术方面的知识。
在这方面，Protolabs此前曾与麻省理工学院合作。旗舰在线AM课程，“面向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，protolabs对该计划的贡献还包括专家证词、生产演示和设计指南。
这门课程目前已经是第四次开设了。
Cretella说:“与麻省理工学院的合作是朝着工程师和设计师早期培训的正确方向迈出的一大步。”“我们越早告诉工程师和设计师3D打印的功能，以及如何正确设计和成功利用这些功能，就越好。”
在加法思考时，AM系统的特殊参数和需求需要从创建过程的一开始就被引入。
对于每门课程，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，根据2018年通过在线课程获得证书的近2000人以及过去五年在校园AM训练营接受培训的约250人的评估，设计始终是人们最大的兴趣领域。
昆兰说:“我们对所有学员就他们与am相关的特定兴趣进行了调查，这是加入该项目的先决条件。”毫无疑问，设计工具(即生成式设计软件)和方法(即指导方针和启发式)总是排在首位。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产生了共鸣。”
通过与行业利益相关者合作，麻省理工学院和其他提供AM培训重点的高等教育机构正在满足行业的直接需求。工作专业人士所经历的现实世界的、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，向那些能够受益于成为下一波专家的人传递直接、有用的信息。
面向增材制造未来的联盟方法
麻省理工学院的添加剂和数字先进生产技术中心2018年底推出。这是一个跨学科的合作计划，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。该联盟有四个支柱，涵盖研究、战略、学习/教育，以及一个以麻省理工学院和波士顿为基础的面向AM未来的生态系统。
该联盟的创始成员包括Protolabs、Renishaw、博世(Bosch)、通用汽车(General Motors)和其他八家公司，他们与麻省理工学院(MIT)一起推动这一愿景。
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旨在推动从原型设计到最终部件生产等不同行业和应用的增材制造技术的开发和采用。”“作为数字制造的真正先驱(成立于1999年)，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，这些知识是在过去20年里使用工业添加剂设备获得的，并在此期间构建了数百万个独特的几何图形。”
联盟的每个成员都为合作表带来了特定的重点和专业知识领域。Quinlan说:“Protolabs拥有如此广阔的视野和快速转弯制造数字化先驱的声誉，这对我们来说是一个巨大的好处。”
该联盟的一个重要方面是，它提供了昆兰所说的“中立的合作空间”，供成员提出具有挑战性的研究问题。该计划起到了召集人的作用:将麻省理工学院在先进制造领域的多学科专业知识与整个工业领域的思想领袖结合起来。
对于Protolabs的角色，该公司正与麻省理工学院和联盟伙伴一起展望增材制造和DfAM技术传播的强大未来。
“我希望麻省理工学院的努力不仅将增材制造发展成为一种可行的数字制造解决方案，用于原型设计，而且还用于最终用途的生产。我们很高兴能成为创始成员，并帮助实现这一目标，”贝克说。
昆兰表示，Protolabs视角的广度使其成为“谈判桌上的重要声音”。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，而是一种对话，而不是单一的声明。
Sarah Goehrke拥有并经营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。她是Fabbaloo的执行主编，也是3D打印女性董事会成员。此前，作为3DPrint.com的总编辑，Sarah自2014年以来一直专注于AM，具有行业预测、创意写作和戏剧的背景。莎拉的工作地点在俄亥俄州的克利夫兰，在世界各地的机场都有工作。