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增材制造/3D打印是一種不同于以往的材料加工工藝，通過零件的設計優化以及增材制造工藝，能夠創造出全新的結構，甚至是實現以前不可能實現的功能。正是基于對增材制造這些優勢的重視，西門子在柏林開設了增材制造設計實驗室。

西門子認為要充分利用增材制造技術，重塑設計思維是必不可少的前提，工程師們需要突破傳統工藝下所形成的思維，采用全新的認知方法進行3D打印零部件的設計。培養增材制造思維能力，推動產品創新，是西門子設立增材制造設計實驗室背后的含義。

圖片來源：西門子

 協作開發創新零件和增材制造軟件

在西門子柏林增材制造設計實驗室中，有一個由30人組成的專業團隊，包括計算機設計專家、模擬專家和制造工藝流程專家，該團隊利用他們的專業知識，和西門子各個業務領域共同研發具體項目。如有必要，他們可以在現場就給出建議，例如當業務部門與客戶探討是否有增材制造方面的合作可能性時，專家團隊可以在討論結束時就將零件是否適合進行增材制造等建議反饋給客戶。

 虛擬空間中的協同工作

在實驗室中，有兩個工作站可供工程師設計新零件，工作站包括西門子NX 設計軟件和拓撲優化軟件在內的全套數字化設計解決方案。實驗室還配有其他數字化的協作工具，例如VR眼鏡和投影墻。

西門子工程師討論在燃氣輪機葉片上進行3D打印的可能性，圖片來源：西門子

產品開發人員可以利用這些技術在虛擬的數字化空間中探討設計方案，從各個角度查看設計的所有細節并進行優化。如果對設計感到滿意，就可以利用各種3D打印機將數字世界變成真實初始原型。

 合作開發增材制造仿真技術

不過一切增材制造工作并非那么簡單，很多因素都會導致零件增材制造的失敗。為了減少失敗，西門子增材制造設計實驗室的專業人員，不僅需要與客戶共同討論材料和工藝，還與西門子數字化部門合作開發仿真工具。

借助XFEM分析等基礎技術，Simcenter 3D 的AM Process Simulation工具展示了如何通過對比制造零件與原始CAD圖（右）來確定零件預測的變形（左）。圖片來源：西門子 。

實驗室最新開發了一個NX 模塊，名為AM Process Simulation（增材制造過程仿真）。在設計結束后，該模塊用于對增材制造過程進行仿真模擬，提高增材制造的成功率。而如果不使用仿真技術，工程師需要使用許多不同的參數，然后測試看這些參數是否能夠制造出他們想要的最終產品。使用仿真技術之后，工程師就可以將更多精力放到部件功能的設計創新中。

 突破傳統設計思維帶來的創新產品

西門子的工業燃氣輪機就是設計師通過增材制造提出解決方案的一個很好的例子。 西門子設計了一款能夠燃燒氫氣的燃氣輪機，這對燃燒器頂部的設計提出了很高的要求。由于燃燒器會被加熱到更高的溫度，因此需要為其設計更有效的冷卻系統。西門子工程師利用粉末床金屬熔融增材制造技術，在設計時將點陣結構集成到燃料供給系統中，當天然氣或氫氣流通過時就會帶走更多的熱量。這樣一來，燃料成為了冷卻劑，解決了燃燒器的冷卻問題。正是因為西門子的工程師們，放棄了循規蹈矩的思想模式，才可能有這樣的設計和結果。

增材制造對西門子具有重要的戰略意義，該技術是西門子的14個“核心技術”之一，增材制造設計實驗室作為西門子增材制造能力的重要一環，為西門子增材制造零部件的生產提供支持。

 Review

面對3D打印走向產業化制造的趨勢，西門子正在打造一個全方位的針對3D打印的增材制造生態系統，在這個生態系統中，不僅包括增材制造設計實驗室、增材制造工廠，還包括一套無縫集成的軟件解決方案。

目前，西門子已在瑞典的Finsp?ng芬斯蓬工廠生產燃氣輪機組件， 該工廠約有20臺3D打印機生產。西門子在英國伍斯特設立的增材制造工廠，擁有50多臺打印機，該工廠已于2018年12月開業。3D科學谷了解到，西門子還計劃在美國和中國設立增材設計實驗室。

西門子在制造領域的特色軟件服務產品包括從支持完整的加工機械和工廠自動化的設計和工程軟件、仿真工具及配套硬件，到與基于云的開放式物聯網操作系統MindSphere進行互聯的設備等。

西門子軟件解決方案的一大特點是經過了西門子應用的驗證。比如說，西門子能源部門的燃氣渦輪機葉片完全采用增材制造（AM）技術獲得的成功給西門子軟件部門帶來了極大的信心。葉片被安裝在功率為13兆瓦（MW）的西門子SGT-400工業燃氣輪機上。渦輪葉片由高性能多晶鎳高溫合金粉末制成，這允許它們承受高壓、高溫和渦輪高速運轉的旋轉力。

西門子的一體化增材制造軟硬件解決方案，涵蓋增材制造增值過程的每一個階段。增材制造設備制造商和增材制造用戶借助一體化增材制造解決方案，將加快實現從原型設計和使用單臺機器的小規模生產到工業規模批量生產的過渡。