3D 打印软件的 5 个激动人心的趋势

软件长期以来一直是 3D 打印发展的瓶颈。该行业一直更加关注硬件和材料的进步，而软件创新则滞后。

然而，现有的差距正在缩小，因为越来越多的公司正在开发下一代软件工具，这将推动 AM 进入工业化。

下面，我们将着眼于塑造 3D 打印软件市场的一些关键发展和趋势。

1.对软件互操作性的追求

增材制造行业正朝着更简单、更快速的设计准备工作流程迈进。实现这一目标的关键是引入更大的软件集成。

在典型的设计过程中，工程师会在计算机辅助设计 (CAD) 系统中创建实体模型。然后，他需要将其转换为三角模型以执行可印刷性检查、在成型托盘上定位部件、优化结构以减轻重量、添加支撑并运行模拟分析。对于其中的许多步骤，设计师和工程师将使用不同的程序和多种文件格式。

为打印准备好模型所需的大量设计准备工具为 AM 工作流程增加了一层复杂性。将设计数据转换和传输到不同的设计环境通常会导致代价高昂的错误和延迟。这甚至没有提到公司为使用多个软件包而支付的大量许可费用。

克服这一挑战的一种方法是引入更好的软件互操作性。

在 AM 设计过程中，互操作性有助于减少设计打印模型所需的工具、步骤和工作量。实现这一目标的一种方法是允许不同的软件工具交换和利用设计数据，而无需进行繁琐的数据转换。

今天，我们看到更多的功能，传统上发现于 AM 特定软件，迁移到 CAD 软件，由大型软件公司开发。可以通过多种方式将增材制造设计功能集成到流行的 CAD 中，包括软件集成、收购或内部能力开发。

最大的例子之一包括 Autodesk 在 2015 年收购了 AM 设计软件公司 Netfabb。此举使 Autodesk 能够将 Netfabb 与其 Fusion 360 设计和工程工具连接起来，为其用户创建一个更简单的 3D 打印设计环境。

在最近的一个例子中，总部位于瑞典的全球技术公司 Hexagon AB 收购了德国 AMendate 拓扑优化软件供应商。 AMendate 将加入 Hexagon 的 MSC 软件部门，该部门提供计算机辅助工程 (CAE) 仿真软件和服务。

Altair、Dassault Systems 和 PTC 等其他公司也一直在其 CAD 解决方案范围内开发 AM 设计功能。

集成和简化 AM 设计流程步骤的趋势将继续增强，尽管这种变化不会在一夜之间发生。也就是说，实现这一里程碑将消除加快设计迭代的障碍，最终使 3D 打印用户能够简化复杂的建模任务。

2.移动以取代 STL？

如果不重新考虑最常见的 3D 打印文件格式 STL 的使用，几乎不可能创建可互操作的工作流程。

STL 文件格式是在 1980 年代中期发明的，使 CAD 软件能够传输文件以打印 3D 对象。使用 STL 将 CAD 中的设计导出为 STL 文件，该文件将三维对象描述为一系列链接的三角形（多边形）。

尽管该行业发生了很多进步，但 STL 格式在 30 多年来基本保持不变。随着 3D 打印行业的不断发展和演进，STL 格式的局限性越来越明显，尤其是在使用 3D 打印设计复杂的生产零件时。

以下是使用 STL 文件的一些挑战：

~准确定义复杂或大型几何形状和结构可能很困难，并且涉及创建可能变得不切实际的大文件（例如几 GB）。这些文件需要很长时间才能发送到 3D 打印机，而且在某些情况下可能会很大，以至于 3D 打印机无法接受整个文件。

~格式没有注明颜色、质地、材质等信息。

~STL格式不能嵌入设计之外的任何其他数据，包括与版权和文件安全相关的信息。

~修改文件很困难。文件格式无法区分次要更改和主要更改，因此任何更改都意味着整个工作流程必须重新开始，这会增加设计过程的时间。

过去几年形成的趋势之一是开发解决方案以消除对 STL 文件的需求。其中之一是开发更高效的文件格式。

例如，最初成立于 2015 年的 3MF 联盟旨在建立一个新的通用和开源的 3D文件格式，称为 3MF，没有困扰 STL 的问题。

在过去两年中，3MF 进行了多次更新，包括材料和属性、生产、梁晶格和切片的四个扩展。体积和激光刀具路径扩展是列表中的下一个，目前正在开发中。

此外，3MF 还包含一些 STL 中不具备的内置功能，例如文件大小较小的复杂形状数据、一种或多种纹理和多种颜色数据。

尽管有明显的好处，但 3MF 文件格式在行业内的采用速度相当缓慢。具有讽刺意味的是，与创新如此密切相关的增材制造行业已经习惯于与 STL 合作，不愿转向更高效的格式。

尽管预计 STL 不会很快消失，但 AM 用户最终将不得不重新考虑他们为 3D 打印准备设计的方法。使用新的文件格式可能是支持现代设计准备需求的方法之一。

3.对工作流程软件的新关注

工作流管理软件在 3D 打印软件市场中经历了巨大的增长。这种增长的最大驱动力之一是需要提高 AM 生产工作流程的自动化程度和可扩展性。

IDtechEx 最近一份报告中的图表显示，工作流管理软件收入将在未来激增十年，前景广阔。

随着公司开始将 AM 集成到他们的运营中，他们面临着手动和低效的工作流程实践。例如，许多 AM 操作员和技术人员仍然必须手动管理订单、检查构建状态并在打印后花费大量时间识别零件。这造成了许多运营瓶颈，这使得扩展和有效管理 AM 生产成为一项具有挑战性的任务。

为了克服工作流程效率低下的问题，已经取得了许多进步，其中工作流程自动化软件是关键的解决方案之一。

从本质上讲，像 AMFG 这样的工作流软件平台有助于建立一个生态系统，将 AM 工作流的不同阶段联系起来，例如订单管理、生产调度、构建状态监控和后处理检查。目标是使生产计划和控制成为一个简化和数字化的过程。

因此，公司，无论是服务机构还是内部 AM 商店，都可以拥有一个工具，使他们能够从头到尾管理 AM 工作流程，同时能够将 AM 集成到更广泛的数字基础设施中。

4. AM仿真软件的作用越来越大

随着 3D 打印转变为具有生产能力的技术，模拟软件将发挥越来越大的作用。模拟通常用于设计阶段，以数字方式再现材料在打印过程中的行为，目的是在将设计发送到打印之前最大限度地减少打印失败。

尽管有前景，但由于在模拟过程中需要考虑大量变量，因此模拟 3D 打印过程具有挑战性。

“今天的所有模拟软件都内置了一定程度的假设，限制了它可以提供的准确性。这可能是目前最大的缺点：它们不能像您希望的那样准确，”ANSYS 的首席技术专家 Dave Conover 在最近接受 AMFG 采访时说。

然而，仿真技术发展迅速，软件供应商不断改进他们的产品。工程软件公司 ANSYS 就是一个例子。自 2019 年初以来，该公司发布了三大更新，其中包含许多新功能。

一个突出的更新是 ANSYS Additive Prep。该工具是 ANSYS Additive Suite 和 ANSYS Additive Print 软件包的一部分。

其功能之一是能够生成热图，帮助工程师预测 AM 构建方向如何影响支撑结构、构建时间、变形和整体打印性能。

在最新的 R3 版本中，ANSYS Additive Prep 还通过新的构建处理器得到增强，该处理器允许用户将构建文件直接导出到 AM 机器，从而无需使用 STL 文件。

此外，MSC Software 还发布了用于模拟金属 3D 打印过程的下一代 Simufact 解决方案。

此次更新主要侧重于自动化：它可以自动补偿最终零件变形并优化支撑结构，同时识别过热或未充分加热的区域，并在出现裂纹、收缩线和重涂器接触等问题之前进行预测。

该领域的持续发展表明，对 AM 复杂仿真解决方案的需求正在增长。业界想知道如何制作具有可靠和可重复结果的 3D 打印产品，而这正是模拟可以发挥关键作用的地方。

令人兴奋的是，增材制造模拟的进步与其他 3D 打印软件趋势齐头并进，包括更加关注互操作性、自动化和简化的可用性。

5.软件变得越来越智能

将 3D 打印软件与人工智能 (AI) 相结合是行业内的下一个大趋势。这种组合可以增强 3D 打印设计、生产和工作流程。

在设计方面，将 AI 与设计软件结合会产生生成式设计工具，使工程师能够探索意想不到的设计选项。该过程涉及通过输入基本参数（例如高度、零件必须支持的重量、强度和材料选项）来定义设计问题。使用人工智能和云计算，衍生式设计软件提供了无数满足指定参数的设计选项。

衍生式设计软件可以通过设计解决方案来解决工程挑战，而人类的思维永远无法独立想象。

3D 打印是推动生成式设计软件进步的关键技术之一，因为它通常是将 AI 生成的设计变为现实的唯一途径。

除了更智能的设计，软件也在不断发展，使 3D 打印的生产更具可重复性。

例如，Markforged 最近推出了 AI 驱动的软件 Blacksmith，它允许其 3D 打印机调整编程和参数以确保最佳打印结果。为 Blacksmith 提供支持的机器学习算法使该软件能够从以前的零件生产中学习，从而使零件每次都变得更加准确和精确。

为此，智能软件会分析设计，将其与从检测设备捕获的扫描零件数据进行比较，并动态调整端到端流程，最终生产出完全符合预期 CAD 文件的零件。

最后，随着人工智能软件的引入，3D 打印工作流程也变得更加智能。

3D 打印工作流程的数据量很大，这意味着有很多关于订单状态、机器和材料数据的信息，这些信息不仅可以（而且应该）被监控和收集，还可以进行分析和采取行动。这就是人工智能可以提供帮助的地方。

机器分析功能可以使软件分析收集到的数据并建议可以改进生产操作的地方。最终，它将更好地了解关键瓶颈所在以及如何优化流程以充分利用 AM。

软件：3D 打印工业化的关键

在 3D 打印的三个关键支柱——硬件、材料和软件中——后者的先进程度最低。然而，现在情况正在发生变化，因为公司意识到像 3D 打印这样的数字技术需要数字解决方案来支持他们的成长和发展。

领先的软件供应商和初创企业现在都在寻求开发软件工具来推进 AM。为了通过模拟软件实现可重复的打印结果，我们付出了很多努力。与此同时，围绕克服设计准备和流程管理工作流中的瓶颈，有很多活动。

最后，3D 打印和人工智能之间的融合正在为 3D 打印设计和生产塑造新的可能性。

将所有这些发展结合起来，软件真正成为解决使 3D 打印成为当今和未来关键生产技术之一的难题的一部分。