专家访谈：pencerw.com 和 nTopology 的 Spencer Wright

几乎每个参与制造业的人都会在某个时候浏览过 Spencer Wright 的博客或制造业通讯。 Spencer 是金属增材制造工作流程方面的资深专家，也是 nTopology 研究与合作伙伴关系的负责人。 Spencer 很友好地与 RP Platform 坐下来讨论他在 AM 和传统制造方面的背景、他目前设计优化工作流程的工作，以及他如何看待该领域在不久的将来发展。

您最初是如何对 3D 打印产生兴趣的？

我开始对金属印刷感兴趣，只是因为它听起来很酷！

我的背景是传统制造业。我是一名项目经理、产品经理、一名相当不错的机械设计师……我制造定制自行车车架多年。之后，我在一家原型制作车间工作，在那里我们开发机电组件，因此我获得了一些嵌入式系统设计的经验。

我于 2012 年搬到纽约，正在退后一步思考我想专注于什么，同时继续致力于传统制造的东西。但我一直在寻找一些不同的东西。当时，Makerbot 和 Shapeways 在纽约的硬件领域非常重要。他们两个都是非常有趣的公司，但我有机械方面的背景——结构、功能方面的东西——我开始好奇并听说了几种不同的金属印刷技术。大约在同一时间，通用电气收购了莫里斯，这在美国引起了轰动。我和一群在一家名为 Undercurrent 的战略公司工作的人变得友好，当时该公司与 GE 合作很多，最终成为全职员工。

正是通过这项工作，我才意识到金属粉末床融合。有很多关于 3D 打印将如何改变 X、Y 和 Z 的营销，但我想“让我们在这里了解一些背景信息”。我们拥有极其稳定的制造工艺。我们有挤压、我们有铸造、我们有锻造、我们有机械加工……这些都是数十亿美元的产业。金属印刷与它们相比如何？

所以我开始研究它，发现这些打印机的成本约为 100 万美元，与 CNC 铣床相比，这似乎是一笔不小的数目。所以问题是，“他们可以打印什么？”构建平台的大小与面包盒差不多，那么什么是适合面包盒并可能受益于轻量级或一些有趣的设计元素的高价值部件？

今天的大部分金属印刷行业都是用于航空航天、医疗植入物或石油和天然气的零件，但我想出的答案是自行车零件。这实际上是一个伟大的行业，因为人们会花很多钱买更轻一点或更合身的东西。如果你能打印出看起来非常独特的部件，那显然是未来派，人们喜欢这样。

我对技术一无所知，但我知道如何设计零件，我知道如何采购零件，我知道如何提问。所以我使用了这三种技能（事实上我有一个博客和一个时事通讯，这是市场上的一个大漏洞）并继续努力。我在设计和打印零件，然后写下它，它就变成了一件事。当我在做一些事情时，我突然接到了来自西门子和飞利浦等公司的人的越来越多的电话，他们在这方面比我做得更好。它让我发声，让我可以接触到这些公司的人，这样我就可以提出问题并了解他们正在经历的事情。

大约在那个时候，我最终在我的职业生涯中寻找了一些不同的东西。我决定全职专注于制造和设计工作流程，所以现在我在 nTopology 工作，该公司为工业 3D 打印提供设计软件。我所做的大部分工作是弄清楚我们的软件如何适应工具链的其余部分。我们如何在整个周期内跟踪客户的工作流程并改善体验？

您在传统制造方面的背景似乎意味着您正在以比许多人更有机的方式接触 3D 打印：从问题开始，然后将 3D 打印确定为解决问题的正确工具。你同意吗？

是的，绝对。我会注意到，与此同时，我的兴趣在于为工作使用正确的技术。我一直在修补设计项目。我打印了其中一些，但我也对其中一些进行了数控加工。每周都有人给我发电子邮件，说他们有一个商业创意，并且想用 3D 打印出来。我的问题总是“你为什么要打印它？”

这对于今天的印刷来说确实是一件独特的事情，我认为科技出版社在确定为什么有人会想要印刷零件方面可能没有做得很好。有很多故事说“我们要打印 X，它会很棒”，但我认为媒体并不擅长质疑这对任何人都有什么好处。当我在找东西的时候，我不在乎它是否被打印出来。消费者不关心东西是否印刷，企业当然也不关心。他们关心的是这个产品是否性能更好、成本更低，或者更容易获得。

归根结底，对于绝大多数零件，打印并不是一个好的解决方案。对于需要更轻的东西，因为您可以合并内部通道并简化组装。这些都是实实在在的好处。对我来说，它一直在弄清楚这些应用程序，以及我们可以用来观察一个行业并确定它是否适合打印的启发式方法。

我对人们的建议是，不要试图将您的应用程序硬塞到印刷中。印刷确实有很好的东西，我们应该专注于这些。

最近有哪些好的例子？

我们在几个主要行业工作。在所有这些不同的行业中，我们正在设计具有客户想要的确切机械性能的晶格 [轻量级] 结构。

最大的是航空航天——火箭和宇宙飞船——监管环境非常复杂。例如，关于如何检查零件并确保它们在 X 飞行小时数后仍然完好，存在重大问题。航空航天的要求是最严格的，所以如果你能满足这些，你通常可以满足其他行业的需求！

我们在医疗植入物方面也占有很大份额，这些领域的设计需求非常不同，但仍然受到高度监管。我们还与许多消费科技公司合作，他们正在制造以特定方式吸收能量的部件。鞋类公司对此非常公开，但还有其他运动服装公司正在研究印刷填充物之类的东西。当一个人的身体与某物发生碰撞时，你想吸收那个能量，这样它就不会转移到他们的骨头上。泡沫在这方面很好，但您可以使用不同的结构向外耗散能量，而不是通过垫子。

您是否发现在公司的工作流程方面存在很多学习曲线，尤其是在涉及多个软件平台时？

这些相当复杂。有时我发现自己同时在我的计算机上运行价值 50,000 美元的工程软件！好消息是，无论您从事什么工作，无论是火箭零件还是鞋子，我们看到的软件口径通常都非常相似。我们的客户通常使用六个 CAD 程序，然后还有一些不同的分析包和制造软件平台。

虽然存在差异，但总体要求非常相似。这些都是严肃的工程公司，有着严肃的需求，所以你必须保持可追溯性，你必须满足监管环境，你必须有文档，你必须能够追踪分析结果，这可能很棘手。

现实情况是，虽然工程软件世界相对成熟，但制造软件尚未成熟。公司使用的软件包（主要是 Autodesk Netfabb 和 Materialise Magics）在宏伟的计划中并没有出现那么长时间。每年，它们都会以相当大的差异进行更新。此外，您的文件格式会不断变化，因此可能会变得复杂。

您认为简化这一切的答案是什么？

现在，我们的重点是让这个过程尽可能顺利。最终，我们可以影响最大的领域是我们的软件 Element。我们可以让这种体验变得很棒。在这个行业，这很困难。从 CAD 到 Element，再到构建处理器，您将使用什么文件格式？现在是STL，文件格式一团糟。

晶格结构可能有数百万条梁。当您使用 STL 时，您是在用三角形描述该结构的表面。对于每个光束，您将至少有 10 个三角形，但在大多数情况下，我们发现最好使用至少 50 个三角形。一百万个光束，这意味着文件大小简直太疯狂了。

以这种方式描述几何是不切实际的，因此在 Element 内部，我们根本不使用镶嵌几何。我们使用图结构，所以每个梁从一个节点到另一个节点。每个节点都有一个 X、Y 和 Z 位置，以及分配给它的半径。然后梁连接这些节点。使用相对较少的信息，我们可以展示具有许多光束的设计。我们以这种方式在我们的软件中创建设计，然后我们使用开源文件规范，允许您导出它们并使用您自己的切片器和方向工具。

我们正在努力将其集成到 3MF 文件标准中。目标是有一个更简单的文件表示来交流格子。至少，这意味着如果您必须通过电子邮件发送文件，您无需等待 20 分钟才能上传。文件传输更容易，渲染也更容易，因为简化的几何图形意味着您的 CPU 工作不那么辛苦。我们也可以很好地切片该表示。我们还可以将其直接导入您的 FEA 软件，因此我们可以运行梁分析——这比使用实体元素要容易得多。

您如何看待这种新文件格式的采用情况？

老实说，我并不那么担心。我们之前已经看到文件格式的适应和开始，但对我们来说，这种格式有如此明显的优势，我怀疑它会发展得非常快。大多数打印文件格式仍然使用三角形，这意味着几何表示都存在于同一范式中。 3MF 还具有三角几何（由于许多其他原因，它是一种更好的格式），但我们在此基础上添加了完全不同的表示，因此我们可以用更小的文件表示相同的部分。我怀疑这样做的好处将远远超过任何困难。

您是否认为满足客户特定需求的定制是 AM 软件成功的关键因素？

是和否。我们是一家产品公司。我们销售的产品是为要求最苛刻的用户打造的，并力求制作出最好的版本。对问题采取一致的方法会使体验变得更好。对于更边缘的 CAD 应用程序，经常发生的事情是客户说“我们喜欢这些功能，但我们真的希望到处都有上下文菜单”。 CAD 公司真的很想出售，所以他们给了他们上下文菜单。几个月后，您会看到随处可见的上下文菜单，它们运行良好，而且销量很大。

一年后，有人走过来说“我们喜欢你的软件，但我们真的想要一个更好的命令文件夹系统，因为上下文菜单对我们的工程师来说并不真正有效”。 CAD 公司为此花费了六个月的时间，然后您有两种方法可以做同样的事情。你最终得到的是一个精神分裂的软件。

我们倾向于进行单一交互。我们引入的任何新功能都将以相同的方式处理，并且在整个工作流程中保持一致。我们倾听客户的真正需求，并提出既适合我们的交互管理框架又符合这些需求的方案。

但除此之外，对工作流程灵活性的需求绝对是一个重点。使用新的文件格式，我们以任何人都可以轻松获取、操作和了解发生了什么的方式编写它。

如何简化 AM 工作流程？您发现了哪些方法可以使整个流程更紧密并减少任何中断？

这很难。最终，当您查看我们的航空航天用户时，您会不断在不同的事物之间来回切换。即使是一个相对简单的部件，你最终也会得到一个部件号，然后是版本 2、版本 3 等等，它有点爆炸。我们所做的一件事是在单个文件中允许同一设计的多个版本。您可以从不同的方向分叉出来，但将所有内容保存在同一个实际文件中，这会有所帮助。

然而，最终，互操作性比精简更重要。我们想了很多关于制作一个更简单的 Element 版本作为其他 CAD 软件的插件，但后来我们正在使用其他人的几何内核和用户界面。定制这些东西比在你自己的软件中做更困难。此外，您是否选择最流行的 CAD 软件并为此进行构建？您会选择客户使用的那个吗？

所以现在我们选择保持我们的灵活性。您可以导入到我们的软件中，但我们会尽可能简化该过程。我们知道，如果我们将大部分工作保留在我们的软件中，我们就可以保证良好的用户体验。

从更广泛的角度来看，您如何看待这一切的演变？

我很高兴金属印刷变得更加成熟。人类有一个世纪的时间来切割金属。我们已经做了很多，而且我们很擅长。它是可重复且可靠的，所以我不需要知道零件是在哪台机器上制造的。对于金属印刷，情况完全不同。它不是可重复的，所以如果我用同一个文件去找几个不同的制造商，他们会以不同的方式构建它，我们会得到不同的结果。我听到人们谈论我们如何需要更多的材料或速度，这些很重要，但我真正想要的是成熟。这才是我真正兴奋的地方。

我们付出了巨大的努力在我们的软件中构建设计约束。如果您在 Photoshop 中设计某些东西，它会有一个调色板，您可以将其应用到您的设计中。他们不允许你选择像紫外线这样的颜色，因为你看不到它们，所以这样设计是没有意义的！使用 CAD 软件，可以轻松设计出不可制造的东西。我们的主要重点是帮助我们的用户了解什么是可制造的，什么是不可制造的，并将这种智能构建到软件中，以便他们获得有关其设计将如何打印的实时反馈。

在一个不仅机器以不同方式打印零件而且制造商不发布可打印内容的规格的世界中，我们真的很难做到这一点。我真正想要的是机器制造商发布 API，为您提供有关可印刷性的反馈并指出问题所在。

最后，您认为未来五年的“下一件大事”是什么？

这不是一个性感的答案，但我正在寻找一个更可靠、更可重复、更稳定的过程。或者至少，我想要一个人们可以做疯狂事情的​​流程，但它提供了可靠的构建时间，为此奠定了坚实的基础。

我认为看到更多机器制造商与零件制造商进行更多整合并开设自己的服务局是件好事。他们将学习更多关于打印零件的知识，并希望将这种智能输入到他们的机器中。与此同时，我们看到机器制造商与软件的联系更加紧密。

有一种叫做康威定律的东西，它说公司倾向于建立模仿他们自己组织结构的系统。例如，如果您有一个带有连接到注塑成型的印刷电路板的部件，并且机械工程团队与嵌入式系统工程团队在不同的建筑物中，那么 PCB 将会从注塑成型部件上脱落.

合理的推论是，如果您想要无缝的端到端工作流，则需要更紧密地集成这些团队。让他们在同一栋楼里工作，然后在饮水机上互相碰撞！让更多的公司将这些不同的角色融合在一起是我非常渴望看到的。

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