看數字孿生如何實現惠普3D印表機的自我優化？

2019-10-18     3D科學谷在工業製造領域，尤其是對於一家高度自動化、高效運轉的工廠來說，設備的高度穩定性是至關重要的，否則一台設備出了故障，或者多台設備出現質量不一致的情況，將使得規模生產陷入泥潭。
通常，人們對於設備穩定性的關注普遍聚焦在設備本身，然而，3D列印與生俱來的數字化特徵使得在線實時調整成為可能。本期，3D科學谷與谷友共同來領略數字孿生實現惠普3D印表機的自我優化。

3D列印冷卻劑分配器
實現輕量化與複雜的設計
就在2019年9月，德國工程公司EDAG展示了與西門子數字工業公司合作開發的3D列印主動冷卻劑分配器，並首次安裝在「EDAG SCALEbat」電池外殼中。


這個應用案例將惠普的工業級HP Jet Fusion 5200 3D列印設備集成到西門子的數字企業解決方案中，可以比以前更快，更經濟，更可持續地生產這種冷卻劑分配器。而基於高達30萬件的規模化生產概念證明了在批量生產中通過3D列印製造零部件的經濟可行性。
高達30萬件的規模化生產，挑戰的不僅僅是設備自身的穩定性，更是數字孿生的應用能力。
為了更好的理解數字孿生的作用，我們現來回顧惠普與西門子的合作。
惠普與西門子的合作是全方位的，包括整體產品生命周期管理（PLM），AM-增材製造工廠優化，工業3D列印和數據智能，製造執行和性能分析。舉例來說，惠普的Jet Fusion 5200系列工業3D列印系統與西門子數字企業產品集成，包括西門子數字雙胞胎（Digital Twins），西門子Teamcenter for PLM，Tecnomatix Plant Simulation，Simatic IT用於製造執行，以及用於性能分析和工業物聯網的MindSphere。
這樣的合作為了幫助汽車和工業客戶更快地創建高質量的3D列印部件，實現獨特的產品設計，新應用和數字工廠

那麼目前，西門子數字孿生在惠普的設備運行中發揮著什麼樣的作用呢？
根據3D科學谷的市場觀察，就像常規製造一樣，適當的冷卻對於增材製造也是必不可少的。西門子支持惠普為其Jet Fusion 5210 3D印表機開發理想的通風解決方案。

在一個具體的案例中，基於數字孿生，現在可以模擬和分析氣流模式。這個優化過程是交互的，製造過程中生成的數據成為進一步自動優化冷卻空氣流的拓撲基礎-這種方式使得氣流效率提高了22％。此外，可以將列印速度提高15％，而不會出現過熱的風險。

但這還不是全部：還可以將加工參數開發時間從四個月減少到僅僅四個星期。並且西門子的增材製造和數字解決方案使得產品製造成本降低了多達35％。
數字孿生簡化了生產計劃和製造流程。舉一個例子：為了節省生產期間的資源，軟體自動計算理想的列印布局空間。除了容量分配和材料消耗之外，軟體還優化了人員需求，從而有利於擴大訂單量。

如果已知未來訂單的生產量，則可以提前模擬生產：西門子通過程序來計算和安排有效生產相關的各個方面-包括所需的3D列印設備和自動導引車（AGV）的數量、布置以及各個機器之間的理想距離。之後，在批量生產期間，西門子MindSphere IoT工業物聯網系統監控列印過程-實時分析收集到的數據，以確保平穩的生產工作流程。
3D科學谷Review
正如3D科學谷在《3D列印與工業製造》一書中所指出的3D列印將賦能價值創造，3D列印將帶來製造的離散化特點，而如何將離散化的製造能夠有機的連結起來並在不同的製造工藝之間實現無縫融合，這是3D列印進入規模產業化的「基礎設施」。這也是所有的國內企業要將3D列印實現產業化應用需要做的必備功課。

3D列印與製造業附加值台階。來源：3D科學谷
而另外一個關鍵的要素，正是人工智慧，另外一個典型的案例是DMG MORI-德馬吉森精機將人工智慧應用到選區雷射熔化SLM系列加工準備中，將參數準備時間從數周減少到幾天，DMG MORI的OPTOMET軟體通過人工智慧自動計算工藝參數，通過CELOS系統集成OPTOMET軟體，這個軟體的智能化程度很高，只需要輸入粉末的參數和加工要求，系統會自動優化加工參數，這量級的節約了人工設置參數時間，並且避免了人工設置參數導致的大量報廢零件產生。
正向設計與3D列印優勢的結合、人工智慧與工藝開發的結合、數字孿生與生產控制的結合是推動3D列印產業化的「三駕馬車」。有了正向設計在價值創造的源頭賦能；有了3D列印進入離散化製造所需要的端到端的解決方案的「基礎設施」；有了數字孿生、過程中控制等一系列的仿真與機器學習工具；3D列印才能進入到發展的良性上升軌道，插上騰飛的翅膀。
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