增材制造作為一項新的制造技術(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)計流程進行重新思考。根據(jù)羅蘭貝格的增材制造公開報告《Additive Manufacturing – next generation》，一個增材制造零件，從工程設(shè)計到制造，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)計中，零件的設(shè)計主要由CAD和有限元分析軟件來完成，其中包括計算流體力學(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)計流程中增加了更為先進的拓?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)計出的復(fù)雜零部件，其精致程度甚至與仿生學(xué)設(shè)計相似，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。

這種面向增材制造的軟件仿真體系，符合產(chǎn)品設(shè)計的發(fā)展趨勢，既能實現(xiàn)新穎、輕量化的設(shè)計，又能大大減少對設(shè)計者的經(jīng)驗要求從根本上釋放仿真技術(shù)的價值，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)計中的具有較高關(guān)聯(lián)性，又能為增材加工過程提供強大支持，從設(shè)計到制造，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為增材加工提供全方位軟件解決方案的公司。

第一個階段：核心業(yè)務(wù)，主要包括傳統(tǒng)設(shè)計和仿真解決方案（計算機輔助設(shè)計，有限元分析，計算流體力學(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3D設(shè)計工作，同時在推廣3D打印技術(shù)，在虛實融合的新型制造中，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，有望促進個體的工業(yè)設(shè)計力量與大型工業(yè)系統(tǒng)的融合。

圖3－Autodesk 布局3D設(shè)計與推廣

信息來源：南山工業(yè)書院整理

從增材制造全價值鏈的高度來看，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)，同時也是業(yè)內(nèi)的瘋狂收購者，在短短幾年時間內(nèi)，3D Systems成功地進行了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)備和消費產(chǎn)品都有應(yīng)用。其3D CAD設(shè)計、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，并加快其進入工業(yè)打印機領(lǐng)域的進程。

2013年8月3D Systems公司于8月5日宣布收購TeamPlatform 。TeamPlatform是基于云計算協(xié)同設(shè)計和項目管理的平臺，通過該平臺，可以使產(chǎn)品設(shè)計、工程服務(wù)和制造業(yè)公司共享數(shù)據(jù)以及方便地進行3D打印項目合作。3D Systems公司表示，它計劃盡快將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)進行整合，實現(xiàn)在集成化的軟件環(huán)境中解決整個數(shù)字流程鏈，無需使用單獨的應(yīng)用程序進行零件設(shè)計和數(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、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，同時使用新的拓?fù)鋬?yōu)化功能實現(xiàn)設(shè)計的自動生成。

同月，與知名比利時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。

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，全面加快設(shè)計流程，讓逆向工程成為產(chǎn)品設(shè)計領(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。

事實上，很多軟件公司都在尋找著機會。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。從某種意義上說，它也是一種行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在3D打印桌面機軟件方面，微軟一直在努力。相信3D打印終將進入家庭，像2D打印機一樣普及。

比利時的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、開發(fā)、仿真／樣機構(gòu)建、試驗及售后等各個階段、不可或缺的中堅力量。

首先，從產(chǎn)品設(shè)計的角度，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)計和仿真驗證當(dāng)中。增材制造則在傳統(tǒng)CAE軟件流的基礎(chǔ)上，進一步補充了增材制造的專業(yè)軟件來深度優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計，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)加工的有效互補與融合，最終形成更具期待性的產(chǎn)業(yè)價值鏈。

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。