© EOS

这款末端夹具的设计采用了最新的增材制造技术，结合了数字化双胞胎的概念，从设计、仿真到优化，每一个环节都经过了精心的计算和模拟。与传统的大型、复杂且能耗高的末端效应器相比，这款3D打印的末端夹具不仅体积更小、重量更轻，而且操作更为灵活，适用于各种精密的装配任务。

在整个产品生命周期中，这款末端夹具的优势显而易见：成本和二氧化碳排放量降低了90%，小型机器人的使用进一步降低了能耗，能源和维护成本节约了50%。此外，新型末端夹具的生产周期大大缩短，零件数量的减少简化了装配过程，重量减轻超过90%，这不仅提高了生产效率，也使得产品的维护更加便捷。

相关数据
每个构建板上的部件：在 EOS P 500 上制作4 套（=20 个部件）
材料：减碳型 PA2200
每个部件的体积：
夹具抓手：171,13 cm3
末端执行器：1.063.58 立方厘米
连接器：13.54 立方厘米
生产时间：15.33 小时/4 套
后加工步骤：平滑处理
能源消耗：每年 3.614 千瓦时

1. 产品设计与模拟

利用最先进的人工智能自动化拓扑优化技术，可快速生成新的创新设计，实现优化的质量和性能目标。利用聚合建模技术，可以轻松修改这些模型。

以前的机械手由金属制造，重量较大，而且需要组装 30 多个部件，既复杂又耗时。新的夹具是 3D 打印的，只有5个塑料部件。

2. 计算增材制造部件的产品碳足迹

该机械手由 PA 2200 减碳粉末制成。这为将二氧化碳排放量从300千克减少到28千克做出了一定贡献。

解决产品碳足迹问题正在成为企业可持续发展的一个重要方面，对于希望在环保意识日益增强的市场中保持竞争力的公司来说，这应该是一个优先事项。

3. 使用 NX AM 和 EOS 3D打印驱动程序高效、无缝地准备构建作业

将NX作为完整的 “设计-制造 “解决方案，将 NX AM 作为完全支持 EOS 系统的集成构建准备工具。

• 可直接使用本地CAD几何文件 (.prt)
• 零件设计更改可无缝波及制造设置，无需文件转换或代价高昂的构建设置返工
• 支持EOSPRINT的EOS系统的OpenJz 和任务文件可直接在NX AM中生成
• 从2.8开始支持 EOSPRINT 版本
• 多层路径预览和序列

4. EOS P 500 – 工业 SLS 系统 – 可实现自动化

EOS P 500：坚固耐用的机床，可实现最高的机床可用率（>95%）和可重复的零件生产

技术数据

• 成型体积：500x330x400毫米
• 生产率：最高6.6升/小时

客户价值

• 正常运行时间比市场上的传统机器高25%
• 与其他工业级别设备相比，每个零件的成本降低25%
• 提高质量

为工业自动化准备就绪

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面对3D打印行业从高速增长向高质量发展的转型，远铸智能将持续强化技术创新，不断打造技术上领先且兼具成本效益的工业级FDM 3D打印解决方案，致力于开拓工业FDM 3D打印技术从原型制造走向批量生产，为制造业数字化转型升级注入新动能。

 共同打造
  “智能制造+工业互联网”为核心的“数字底座”

2024年1月，西门子工业软件深圳研发中心正式启动，为加速港粤澳大湾区的医疗器械、电子信息、新能源、装备制造等高端制造业的数字化转型升级提供有力支撑。西门子数字工业软件集团是西门子在华全资控股公司、全球领先的工业软件服务提供商。

作为数字化创新中心的生态合作伙伴，除西门子工业软件深圳研发中心之外，远铸智能为西门子全国各地多个创新中心提供全球领先的工业级3D打印解决方案，增材制造专家资源和生态资源，助力西门子创新中心为终端企业、科研机构提供3D打印服务、产品研发、技术验证、制造和测试方面的增材制造全链条服务，进一步推动全球客户实现增材制造工业化。

西门子工业软件深圳研发中心配备远铸智能工业级3D打印设备FUNMAT PRO 310以及410

西门子常熟数字化赋能中心投运，在华首个“先进制造+低碳园区”两位一体数字化赋能平台项目，配备有远铸智能高性能材料3D打印设备。

西门子上海虹口北外滩工业互联网创新中心正式落成，以工业互联网平台及应用开发为主题，配备有远铸智能高性能与复合材料工业3D打印设备。

西门子工业软件深圳研发中心启用，以数字化工业软件与电子元器件供应链为主题的创新中心，配备多台远铸智能高性能与复合材料、工程材料3D打印设备。

上海西门子创新实验室中远铸智能 FUNMAT PRO 410 3D打印设备

增材制造正在彻底改变工业制造，重塑产品，重组制造，这一灵活、快速和高效的生产方式让更多工业企业重新思考业务。我们很高兴像西门子这样在数字化技术创新和工业领域的领导企业选择远铸智能的3D 打印解决方案，为增材制造在工业中的应用价值带来可持续性的竞争力

远铸智能亚太销售副总裁
汪成功

面对复杂的工业场景特别是高端制造业的应用难题，远铸智能出色的3D打印稳定性、3D打印精度、复杂结构表面成型质量以及包括高性能、复合材料和工程材料等多种材料全尺寸打印能力能满足设计原型验证、材料性能测试、终端生产制件的要求，推动3D打印从原型、实验室应用走向批量工业生产制造。

以西门子数字化创新中心为载体，远铸智能助力西门子赋能地方政府、企业、高校与合作伙伴，共同打造以“智能制造+工业互联网”为核心的“数字底座”，加速与引领区域产业的数字化转型与升级。

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面对工业3D打印应用的复杂局面，面向增材制造的AM I Navigator（增增材制造领航员）计划应需而生，为增材制造领域处在不同产业化水平和具有个性化应用需求的企业指明方向。

© 西门子

 如何理解AM I Navigator计划

在近日闭幕的2023年德国Formnext展会上，西门子、DyeMansion、巴斯夫Forward AM、EOS和惠普等企业联合发起AM I Navigator计划，并发布增材制造产业化成熟度模型，以提升增材制造的互操作性。该模型定义了工业3D打印全流程的各个阶段，从材料到设备，再到自动化生产均包含其中。明确如何定义产业化的各阶段，能够帮助增材制造用户扩大增材制造的规模，并将其集成至传统生产流程中。

定义各阶段的因素综合考虑了各个方面，除生产制造外，还包括：

• 由增材制造战略、应用和商业案例构成的发展战略
• 组织结构和企业文化
• 贯穿从设计、生产到质量、维护和服务的整个价值链的自动化和互联性程度，及相关专业知识

 基于AM I Navigator计划制定增材制造战略

基于AM I Navigator计划的框架结构对各企业进行成熟度检查，便可实现对增材制造现状的分析。这是一种结构化分析方法，可显示相关企业当前的增材制造成熟度和优化潜力。该方法基于西门子数字化制造的经验，根据不同的应用案例和业务模式，企业需要不同“成熟度”的增材制造。利用该框架，增材制造用户可将其现状和未来目标细化为五个等级，从基本的手工生产到完全自主的增材制造均包含在内。

基于这种结构化分析方法，AM I Navigator计划就各企业如何进一步优化生产提出了详细的行动建议。工艺链中的各个步骤必须相互协同，这一点尤为重要：只有开放且可互操作的增材制造技术才能为整个生产过程增值。评估结果不仅能够作为企业制定未来行动策略的参考，还能够作为分析3D打印行业发展的依据。

 向更远的未来前进

西门子表示，欢迎全球更多的增材制造技术供应商加入创始成员的行列，共同完善AM I Navigator 计划。该计划向所有行业开放，各行各业均能够在其基础上打造相关产品。

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 打造良好的可持续发展的强国

西门子能源公司宣布计划在德国投资约 10 亿欧元，作为其 20 亿欧元投资战略的一部分。西门子将在德国埃尔兰根建立新技术园区，预计仅该园区就将投资约 5 亿欧元。

埃尔兰根园区将将重点关注可持续和面向未来的高科技制造、相关研发活动，以及为商界和科学界合作伙伴提供生态系统开发合作场地，该地点的规划还要求改造现有设施并扩大场地。

这项投资是西门子结合现实世界和数字世界战略的重要组成部分，西门子正在加强其作为数字生产概念中心的地位——例如，加强西门子在工业元宇宙、工业增材制造和创新电力电子等现代技术的领导者地位。

德国作为一个拥有良好可持续就业机会的强大工业国，西门子依靠在德国的创新并启动下一阶段的数字化：西门子将现实世界和数字世界结合起来，与合作伙伴一起在虚拟世界中开发新的数字技术，并彻底改变未来的生产方式——让制造更加高效、灵活和可持续。

 使增材制造远程流程认证成为可能

西门子能源公司开发了第一代 AM Cockpit 平台，可为金属增材制造工艺提供自动化、可靠的质量控制。 反过来，DNV 开发了独立质量监控 (IQM) 平台——一个持续保证数字解决方案质量的客户门户。 通过结合这两种解决方案，DNV 可以为增材制造行业推出商业解决方案，确保增材制造零件可以轻松地进行质量比较，并使自动化和远程流程认证成为可能。

AM Cockpit 从粉末床熔融 (PBF) 增材制造过程中收集传感器数据流和粉末床图像，然后生成每个3D打印零件的数字摘要，突出显示构建的问题区域。

通过将组合解决方案工业化，DNV 旨在成为全球能源行业数字风险管理的首选。与此同时，DNV开发的独立质量监控IQM平台 是欧盟 InterQ 项目的一部分，旨在实现零缺陷制造。 该解决方案通过新开发的算法和合规逻辑持续监控数据质量。

根据DNV, 增材制造工业化的成功依赖于成功的数字化转型。 西门子开发的AM Cockpit 和 DNV的IQM独立质量监控平台的结合是增材制造向前迈出的重要一步。如果使用得当，3D打印的好处包括减少材料浪费、加快生产速度、节省成本以及生产复杂和定制零件的能力。

AM Cockpit 和 IQM 的数字化质量保证方法旨在使制造过程的质量可视化，以便最终用户确信该过程符合必要的质量标准。

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西门子能源是电气化初期成立的大型科技公司之一，并伴随着电气化进程的推进而不断成长，其在技术发展上保持一个多世纪的领先地位，得益于对新技术的定期评估和及时实施。本次来介绍一下西门子能源燃气轮机部件的增材制造。

 西门子能源的增材制造

西门子能源的 SGT6-9000HL 燃机重 497 吨（1095000 磅），发电量 593 兆瓦。在联合循环中可以达到 63% 以上的效率。效率上每一次小的提高都是非常有价值的——最少的停机时间和长的服役寿命同样重要。然而，这些目标之间存在着一个矛盾：燃气轮机的效率随着燃烧温度的升高而提高，但温度的升高会导致燃气轮机的性能下降。

几年前，西门子能源在涡轮部件的生产中引入了增材制造（AM）技术，以提高燃烧温度和缩短维护时间，并计划到 2025 年将 AM 技术应用到 200 个左右部件的生产中。

2019 年 4 月，西门子能源超过 20 人在柏林全职从事增材制造技术工作。它是西门子能源在天然气、电力以及相关服务领域实施增材制造全球战略的一部分，其在瑞典芬斯彭、英国伍斯特和美国佛罗里达州奥兰多三个地区拥有更大的增材制造中心。柏林的团队主要专注于增材制造的材料鉴定以及将 AM 技术与常规的服务和生产工艺相集成。

 使AM成为标准制造路线

在西门子能源，AM 技术在产品价值链的三个不同阶段被引入：快速技术验证、产品生产和部件维修。近年来，已建立了基于 AM 的快速原型技术，从而使之能够在数月而不是数年内评估新的叶片冷却方案。

这场技术革命的主要驱动力是通过激光粉末床熔融（L-PBF）成形来替代传统铸造，节省大量时间。激光粉末床熔融也叫选择性激光烧结（SLM），是在粉末床中实现零部件的逐渐成形。AM 带来了一个全新的工作流程，例如，将连续的开发步骤转变为并行的过程，通过彻底的结构变化可以快速实现之前耗时耗资的产品开发目标。通过这种方式，AM 使开发周期时间缩短了 75%，同时显著节省了热气组件（如涡轮叶片）和燃烧器组件的成本（图1）。

图1 SGT5-8000H燃气轮机装有增材制造的燃烧器喷嘴和涡轮叶片

 AM用于维护和修复

早在 2013 年，西门子能源就将 AM 技术引入了产品的维护、维修和大修等过程中。与原型设计一样，在维护和修复领域引入 AM 技术的关键驱动因素是可以大幅降低备货时间和成本。此外，传统维修工艺的更新替代也为关键部件的设计升级打开了大门。AM 应用于部件的修复是 AM 技术从实验室向工业应用转化的标志点。

一个典型的例子是燃烧器端部的修复，AM 技术与传统的修复技术相比，备货期缩短了90%。燃烧器的端部暴露在燃烧室内的热气和热辐射下（图 2），端部 10 mm 的范围内最容易受影响，常产生疲劳和氧化。传统的维修方法是在燃烧器端部 120 mm 处将损伤部位切割掉（图 2 中的红线位置），然后焊接新的燃烧器管道（包括燃料管道和仪表）。

图2 燃气轮机燃烧器修复

西门子能源在研制 SLM 设备的基础上，开发了配套的 AM 工艺，使维修过程更快、更经济，同时保持部件的完全可靠性。采用 SLM 维修燃烧器时，仅需从燃烧器顶端切割掉 20 mm的损伤部位（图 2 中的紫线），然后将经过前处理的待修复燃烧器放入 SLM 设备中，该设备中配备的摄像机能精确地识别燃烧器端部表面位置并生成相应的 CAD 修复模型，随后在燃烧器待修复表面逐渐增材制造出新的端部。

该修复工艺开发还包括一些其他的支撑技术，如质量保证和检验方法、粉末回收和再利用、机械完整性计算等。此外，SLM 设备也需要进行适当调整以容纳整个 720 mm 燃烧器和摄像系统。SLM 设备的改造对粉末处理和设备内的气流将会产生影响。

发展面向该工艺的质量保证体系是为了确保工艺的可靠性以及对所有条件下的测试量、工艺设置和每台燃烧器修复的粉末批次进行完全的跟踪追溯。为了追踪这些数据，西门子能源采用数字解决方案，并根据西门子能源 Simatic IT “统一架构（UA）”的最新标准推出了制造执行系统（MES）。

西门子能源 AM 修复修复后的燃烧器经过 35000 多小时运行后没有出现故障。此外，修复运行后的燃烧器均经过了严苛的无损检测和破坏性检测。检测试验表明，氧化层深度达 50 µm，位于导向孔和燃烧器尖端之间的修复材料硬度变化很小。SLM 工艺现在被认为是一项成熟的技术，是修复燃烧器的首选工艺。

西门子能源还认证了一些其他的修复方法，如激光金属沉积（LMD），这种方法采用喷嘴喷射的粉末而不是粉末床实现结构件的制造。西门子能源已经采用 LMD 技术修复叶片，以替代传统的焊接技术。

 AM零件制造

AM 在备件的生产方面极具吸引力：它可以用于停产零件的生产甚至是基于逆向工程的零件制造。与铸造工艺相比，AM 的备货期要短得多，基本上是一种无工具化的工艺过程。对于小批量的零件制造，经济效益性尤其显著，但是后处理会提高成本。只有在包含结构设计优化的情况下，才能充分利用 AM 的全部潜力。

由于其结构的复杂性，燃烧系统组成部件的增材制造将是一件非常有趣的事情，其中一个例子是 SGT-1000F 燃气轮机燃烧头的增材制造（图 3）。该部件是引燃式燃烧器的一部分，用于混合燃料和空气以产生引燃火焰。传统上，它是由镍基高温合金制成的熔模铸件。

图3 采用SLM 技术制造的燃烧头

整个 AM 工艺的研发包括 SLM 工艺参数的设置、材料数据评估、性能评估、资格预审以及工艺和产品资格认证（PPQ）等步骤。

在工艺研发的过程中有两个令人印象深刻的发现。首先，将增材制造的零件原型与铸造标准件进行比较，发现 SLM 零件的材料静态力学性能和疲劳性能均有实质性的提高。进一步的尺寸测试显示增材制造零件的最大偏差为 0.2 mm，要远高于铸件的成型精度。

在工艺资格预审阶段，需要进行制造试验，以获得零件的最佳打印路径方案，包括所需的支撑结构。这些都与最终打印时间以及主要成本因素密切相关。

在随后的工艺和产品鉴定过程中，对整个制造工艺的设置进行了调查，包括所有要求的后处理步骤，如热处理、将打印零件与基板分离以及无损检测等。

西门子能源现已拥有多个 AM 制造的商业化燃烧室部件，覆盖所有功率等级的燃气轮机，性能提升的同时也实现了成本节约，例如，通过采用新的 AM 优化设计，SGT-700/800 燃气轮机燃烧器的备货期缩短至原来的 15% 左右。

 总结与要求

AM 允许全新的设计结构，这对进一步提升涡轮效率和部件耐久性具有决定性的作用。因此，除了 AM 技术，几乎没有其他的办法能够开发和生产承受更高温度的新涡轮部件，从而实现更高的效率。

此外，AM 已经被引入到西门子能源产品的售后服务和维护中，而且维修工艺已日趋成熟。基于 AM 技术的“按需备件”理念也已经推广，这些 AM 制造的零件经过数千小时的运行没有出现故障。

AM 技术已经涉及到涡轮制造及其他领域的原型设计、生产和维护。虽然西门子能源最终目的是希望 AM 技术能够像现在的纸上印刷一样简单，但在 AM 工艺开发过程中也遇到了一些问题：

• 标准 AM 设备及其工艺过程需要标准化。许多 AM 设备制造商只关注其产品的市场，而对商业制造与维修的要求或者标准则极少关注，没有能力或者不愿意去制定和发布标准化的 SLM 文件。在传统的焊接工艺领域，焊接工艺规范是一个非常关键的必须标准化的文件。因此，在 AM 领域，标准化应该引起足够重视。
• 质量管理。针对不同的 AM 工艺质量评估，需要制备大量的测试样。利用基于数字孪生技术的各种传感器和软件产生的大数据进行质量管理将有利于节约时间和材料，从而大大提高生产率。
• 软件。从工程到生产的几个不同的软件包需要集成到一个平台中。对于快速原型成型，复杂的模拟软件可以分析热流和由此产生的张力和翘曲。通过比较仿真和实际制造的结果，工程师们可以实现快速及时的验证和优化工艺。
• 对于生产过程，按照工作流程连接不同的系统是非常重要的。虽然原始零件可以在常规的 CAD 程序中设计，但它需要在第二个工具中设计用于AM制造的支撑结构。实际的 AM 设备可能还需要来自第三个程序的 CAM 文件。西门子能源已经在其 NX 系统内开发了一个特定的工具套件，其中连接了 CAD、CAE 和 CAM 模块。

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西门子（中国）有限公司数字化工业集团高级副总裁兼运动控制事业部总经理李雷，在《拓宽应用边界，数字化加速增材制造产业化进程》一文中探讨了增材制造技术如何驱动制造业的高质量发展。本期3D科学谷将分享该文。

文｜李雷

西门子（中国）有限公司数字化工业集团

高级副总裁兼运动控制事业部总经理

 颠覆传统模式，增材制造让更多“可能”变为“现实”

多年以来，新技术、新工艺的突破推动制造业取得长足发展，但仍不足以完全满足结构复杂的零件制造以及不断涌现的个性化需求。传统制作模式类似厨师在食物上雕花，设计越独特、越复杂，呈现难度越大。以航空发动机涡轮叶片为例，如果按照传统的设计流程，从设计到成品往往需要一年甚至更长，这段时间足够航天员完成数次太空任务。

增材制造是一种颠覆性的制造技术创新。增材制造的原理就像给蛋糕挤奶油，通过材料层层堆积，可以轻松做出任何形状、任意结构的目标零件，增材制造与创成式设计的结合能够消除传统生产工艺的约束，让制造业真正实现设计自由和制造自由。

增材制造创成式设计加速了产品的研发迭代，大大缩短新产品、新工艺的开发成本与周期，同样的航空发动机涡轮叶片，通过增材制造仅需几周即可完成，大幅提升制造企业的生产弹性。增材制造让数字化时代日益强烈的小批量、个性化需求，从构想变为现实。

与大家熟知的减材与等材制造技术不同，增材制造只需要一台打印机器即可完成全部的制造流程，因此可减少生产企业对供应链的依赖，这对于近年来亲历着供应链困境的制造业而言，无疑会带来深远的影响。

毫无疑问，增材制造将为制造业发展创造出更多可能。而数字化技术的蓬勃发展，为增材制造带来了更稳定的设备、更多样的材料、更智能的创成式设计软件，充分释放增材制造的潜能。作为数字化领域的领军企业，西门子是全球增材制造领域为数不多拥有全产业链覆盖能力的工业企业。通过西门子的一体化平台软件解决方案（NX、Simcenter 、Opcenter、Teamcenter）、SIMATIC PLC、SINUMERIK CNC系统和SINAMICS伺服驱动器的TIA全集成自动化解决方案，西门子能够为客户提供从设计到成品的端到端增材制造解决方案，并支持众多主流的增材制造技术，真正为客户带来可持续竞争力。

 拓展应用边界，增材制造赋能千行百业

现在，增材制造在数字化助力下正不断探索新的应用边界。从科研航空到日常生活，从精密元件到生物医药，增材制造的身影已延伸到社会的方方面面，并且凭借其独特优势不断解锁全新领域，为制造业打开“万物皆可打印”的想象空间。

对增材制造不甚了解的人可能会认为，其加工对象往往是致密金属、易碎陶瓷、高弹性塑料等。但如果告诉你，日常服用的药片也能够用增材制造技术来生产，你是否会感到难以置信？而这正是西门子与合作伙伴南京三迭纪医药科技有限公司（以下简称“三迭纪”）在做的事情。

制药产业的连续化和数字化是包括美国FDA、欧洲EMA和中国NMPA在内的各国药品监督管理部门所推进的产业改革方向。药物3D打印技术历经20多年发展，已成为驱动制药产业“范式跃迁”的数字化制剂技术。作为全球3D打印药物领域的引领者，三迭纪经过不懈创新实现了核心技术MED（Melt Extrusion Deposition, 热熔挤出沉积）的突破，为制药长链条提供端到端的技术解决方案。但想要从研发型设备迈向产业化，实现年产能达5,000万片的3D打印药物连续化生产线并非易事，缜密的产业化规划是实现通量生产技术突破的重要基础。

三迭纪MED药物3D打印技术制备而成的药片

面对产线建设的实际需求，三迭纪选择与西门子携手。西门子充分发挥了自身在制药和增材领域的充足经验和完备解决方案，以自动化、数字化领域技术解决方案与产品组合，串联研发和生产，助力MED 3D打印制药技术的生产产能持续提升，全方位拓展数字化技术在制药产业的应用。与三迭纪的合作不仅为制药行业增材制造产业化创建范例，也真正诠释了科技有为的内涵。

凭借在增材制造领域的能力优势和经验累积，西门子已经在航空航天、汽车、模具以及以制鞋为代表的消费领域与百余家不同类型、不同规模的企业展开合作，成功完成超过数千种增材制造组件，让增材制造落地千行百业。

 打通产业链，增材制造产业化未来可期

国家统计局数据显示：中国增材制造规模以上企业由2016年的20余家增加至2021年的100余家，营收超1亿的企业数量已逾40家。从市场规模来看，增材制造还有巨大的潜力亟待挖掘，产业化发展大有可为。

作为数字化的先行者和赋能者，西门子始终在探索如何通过自身的创新科技和数字化能力为中国增材制造的产业化发展注入新动力。为打通增材制造产业链上下游，西门子推出了增材制造云打印工厂。这一覆盖全球的数字化协作平台将用户需求与供应商网络相连接。用户在云平台发布需求后，云平台承担报价、采购和订单监控等全部功能，并按需分配增材制造的设计、工程及生产能力，实现全球化的分布式制造。借助数据分析，云打印工厂还能够将用户反馈及时传递至供应侧， 不断推进增材制造的方案改进和技术迭代，赋能增材制造全生命周期管理，加速增材制造产品的创新。

西门子助力增材制造加速产业化进程

此外，西门子面向增材制造用户和机器制造商的资金需求，提供量身定制的金融服务（融资租赁或商业保理），助力合作伙伴便捷地采购所需设备和技术，并可以根据自身情况定制还款计划，让决策和预算变得更加灵活。西门子覆盖全价值链的“资金活力”，加速增材制造规模化应用稳步推进。

随着数字化赋能产业的深度和广度日渐拓展，增材制造的未来蓝图正在快速延展开来。其与大数据、人工智能等技术深度融合，将对生产模式、生活方式，乃至价值理念产生深刻影响。西门子期待继续以涵盖增材制造设计、仿真、打印、检测在内的全生命周期解决方案，及咨询和人才培养服务，与更多中国合作伙伴携手推进增材制造产业化进程。

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此次签约，双方将在探索数字化工厂建设、金属增材制造设备研发生产等领域开展合作。西门子方将提供最新的自动化和驱动产品，以及相应的支持服务等，铂力特方将针对这些产品进行应用技术开发等工作。

姚峻博士表示：“增材制造能够大幅提升制造企业的生产灵活性，为制造业发展带来更多可能。西门子拥有覆盖增材制造全产业链的数字化解决方案，能够为增材制造企业提供更先进的自动化及驱动产品、更多样的应用、更智能的设计软件，充分释放其生产潜力。通过此次战略合作，西门子与铂力特将依托数字化技术开启合作新篇章，赋能增材制造落地更多行业，助力制造业加速实现高质量发展。”

“铂力特设备线已与西门子开展多年合作，希望西门子能够与我们携手共进，探索、创新，协助铂力特开发更多智能、稳定、高质量、高效益的金属3D打印设备，共同推动工业4.0的发展进程。”铂力特副总经理杨东辉说。

此外，西门子一行还参观了铂力特企业展厅和智能制造厂房，并与铂力特方举行了座谈，深入讨论了金属增材制造应用发展现状与前景等问题。

智能制造，共创未来。合作双方表示，将秉持共创共赢的理念，充分发挥各自领域的优势条件，在金属增材制造设备、增材制造数字化等领域开展合作，共同拓展增材制造行业应用，推进金属增材制造智能化进程。

I 铂力特金属3D打印智能工厂

西门子股份公司是一家专注于工业、基础设施、交通和医疗领域的科技公司。通过融合现实与数字世界，西门子赋能客户推动产业和市场变革，帮助数十亿计的人们，共创每一天。西门子自2014年起开始与铂力特建立合作，共同打造先进的技术和解决方案，确保设备成形过程的质量和安全性，使设备运行更可控，生产过程更可持续。

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 信息和自动化技术与DLP系统整合

通过此次合作，西门子的信息和自动化技术将整合到GENERA的DLP 处理系统中，GENERA的DLP解决方案也会同步到西门子工厂规划和仿真工具包内。西门子数字孪生现已用于模拟GENERA3D打印机G2和后处理机器F2的各种使用情境，并助力GENERA在规划全球工厂时快速做出准确、可靠的决定。

两家公司还将合作开展一系列与数据处理、安全生产及环境保护有关的工业项目。比如，双方将携手推动一种新型电子插入式连接器实现规模化生产。这款连接器采用特种化学产品公司ALTANA研发的创新型UL 94 V-0光阻材料，在进行后处理时可以使用软化水替代溶剂型清洗液，有效避免对环境产生影响。

双方携手助力新型电子插入式连接器实现规模化生产

GENERA创始人兼CEO，Klaus Stadlmann博士表示，很荣幸能够与西门子达成此次合作，有效整合双方在增材制造领域的创新技术优势。通过数字孪生，我们能够为客户准确估算生产所需成本和产能，制定详细的生产规划。数字孪生还能够清晰地展示出GENERA的工艺优势和成本效益，让客户更有信心选择与我们合作。

西门子和GENERA将共同努力，推广GENERA的DLP 3D打印技术，使之成为自动化工业应用中的关键技术解决方案。

西门子数字化工业集团增材制造专家，Sonja Wolfrum博士表示，DLP技术在实现绿色、安全生产方面有着巨大的发展潜力。与其他增材制造技术相比，这项技术的能耗相对较低，能够为用户带来实际成本利好，因此更易于在各行各业内推广应用。西门子乐于携手GENERA合作，加速推进这项技术的产业化应用。 

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 夹具增材制造绿色解决方案

西门子应用于汽车行业的夹具解决方案，充分展示了优化设计在实现绿色增材制造过程中发挥的重要作用。在该案例中，通过使用面向增材制造行业的NX软件平台，西门子建立起一条无缝的数字流程链，通过拓扑优化找到最佳设计，然后使用有限元法（FEM）模拟进行测试。通过优化设计，夹具的总质量减少了64%，大幅减少了所需的制造材料。

西门子增材制造解决方案设计的汽车夹具

西门子“Teamcenter产品成本管理解决方案”及“产品碳足迹计算器”功能还能够针对生产成本和碳足迹进行优化。本案例最初拟打造一个由660多个零件组装而成，重达58公斤的夹具。最终成品不仅重量大幅下降，灵活的设计还降低了装配的复杂性，节约了80%的装配时间。与传统设计方式相比，采用增材设计使该案例中生产成本降低73%，碳足迹减少82%。夹具重量减轻后，使用体量较小的机器人便可对其进行操控，每年可进一步节省54%的能源消耗。

 通过数字化转型优化能源消耗
     实现更高效的生产

西门子与GENRA在增材制造领域达成合作。GENERA采用了西门子艾闻达的“增材制造数字工厂规划工具包”，利用数字光处理对插头连接器的产业化生产进行模拟。通过建立生产过程的数字孪生，在不影响系统正常运行的情况下，对3D打印机在不同机器状态下的能耗进行精确、透明的分析。得益于更有效的能源管理，生产各组件时，基于打印机利用率的不同，可减少25%到30%的能源消耗。

 开发环保材料

西门子还展示了其针对建筑和基础设施建设行业打造的3D打印环保材料，该材料能够实现生物降解，为行业的可持续发展提供了巨大潜力。

增材制造机器制造商CEAD和荷兰复合材料专家Poly Products 共同开发了3D打印的亚麻港口护舷。港口护舷在船舶停靠岸边时可提供缓冲，使得岸壁不会对船舶外壁带来重装损伤。港口护舷通常由塑料制成，日常磨损会导致有害塑料流入海洋。通过3D打印生产的亚麻护舷与传统护舷一样坚固，但生产过程中产生的碳足迹更少，且100%可生物降解，对环境更加友好。生产该材料的3D打印机配备了西门子Sinumerik 840D sl控制系统，能够实现对机器人复杂运动的精准控制，保证材料应用和组件铣削准确无误。

 建立增材制造网络
     减少生产过程中产生的碳足迹

增材制造正在推动制造业朝着“去中心化”的方向发展，现有的高成本实体库存将转变为数字仓库，实现就近生产。这样既可以提升供应链弹性，又能够降低库存成本，还能够减少运输过程中的二氧化碳排放。西门子增材制造数字化解决方案将支持各组织机构对数字资产进行构建和认证，并整合到一个统一的“库”中，让用户能够根据需求一键下单。西门子增材制造网络可以根据用户制造需求找到相匹配的生产地，大幅提升响应速度和各生产地的设备利用率。这种模式能够有效避免不必要的停机，并优化3D打印机预热和冷却所消耗的能量。西门子增材制造网络还支持企业基于数字化平台进行交流沟通，从而优化配置生产设施，高效响应生产需求。

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本期，3D科学谷与谷友一起来深入了解意大利外科医生在植入物制造商Lima如何使用西门子NX AM 来减少设计迭代、减少错误并提高可靠性。

3D打印骨科植入物
© Lima

根据3D科学谷，3D打印-增材制造可以在不同材料分布的帮助下根据负载和其他要求调整局部密度。此外，借助定制的数字材料，可以优化组件的重量、成本和生产时间。增材制造 (AM) 作为一项突破性的生产技术，由于其几何自由度和免模具生产，成为可以高效生产数字材料的工艺。

3D打印植入物
© 3D科学谷白皮书

 更好的植入物带来更好的生命质量

意大利外科医生在植入物制造商Lima是一家全球骨科公司，专注于数字创新和定制骨科植入物，以推进以患者为中心的护理。其产品范围包括关节植入物、四肢固定解决方案以及专门的患者专用假肢。

Lima最近的发展是从与西门子合作改进了3D打印的设计与制造流程中，从而将 AM-增材制造建模和工作准备时间减少了 50%。

Lima使用 3D 打印“无水泥”植入物由来已久，根据3D科学谷的市场观察这一切始于2005 年，那时候几乎没有任何公司考虑使用 3D 打印进行大规模生产，Lima这家总部位于意大利的全球骨科开发商也刚刚开始使用3D打印技术进行快速原型制作，当时甚至无法使用植入物所需的钛合金材料进行3D打印，并且当时的废品率很高，大约一半的报废率。尽管如此，Lima仍决心追求将3D打印-增材制造技术推向产业化。

时至今日，从初次购买EBM 3D打印设备进行髋臼杯植入物产品原型的开发，到2007年推出首个成熟的3D打印髋臼杯植入物Lima Delta TT Cup，再到如今使用TT技术制造从髋部到四肢等多种类型的骨科产品组合，以及面向患者提供特定需求的定制化植入物解决方案，Lima十年如一日的坚持，不仅帮助医生解决了众多临床上的难题，对于推动3D打印技术在骨科植入物制造领域的应用也做出了贡献。

骨科植入物发展的一大趋势是在关节置换中使用点阵晶格结构。这些轻量化的金属结构改善了骨整合——植入物表面和活骨之间的连接。在行业开始开发基于点阵晶格的金属之前 – 甚至在今天 – 关节成形术的黄金标准是用水泥固定关节。在这种情况下，骨向内生长是通过等离子喷涂涂层的扩散结合来实现的。这种方法导致低摩擦、低孔隙率以及有限的骨整合。

而使用带点阵晶格结构的3D打印金属植入物，这种非骨水泥关节成形术，带来的直观益处是骨骼向内生长会随着时间的推移而加强。

根据3D科学谷，基于目标函数，AM增材制造的多孔结构中的孔隙特征分布可以是均匀的或不均匀的。均匀支架具有特定形状和孔隙率的晶胞，而非均匀（梯度）支架包括晶胞阵列，其中孔隙特征在设计空间中空间变化以在支架中实现一种或多种功能。

Lima并不是唯一一家看到点阵晶格结构用于植入物所带来的价值的公司。其竞争对手甚至收购了一家开发钽基多孔金属的公司。该技术需要将钽沉积在聚合物材料上，然后使用扩散键合技术与固体材料结合。

Lima的设想是通过 3D 打印一步将多孔钛和固体钛结合起来，而无需涂层。为了实现这一目标，Lima于 2007 年发明了 Trabecular Titanium™ (TT)。3D科学谷在《十年磨一剑，意大利骨科医疗器械企业Lima 坚持打造3D打印植入物产品》一文中提到Trabecular Titanium 技术是一种使用金属3D打印设备制造钛金属骨科植入物的技术，3D打印的植入物表面具有多孔结构，与等离子喷涂等工艺制造的表面涂层的不同之处在于，该结构是由3D打印设备直接制造出来的仿生结构，孔的几何结构可以得到精确的控制，例如通过Trabecular Titanium 技术制造的髋臼杯植入物的孔隙率为65%，平均孔径为640μm。金属3D打印技术所创建的多孔植入物结构可以促进骨长入，从而带来更加良好的康复效果。

Lima用 Trabecular Titanium 技术制造了髋臼杯，当时，3D打印零件没有国际准，而说服当局接受Lima所制造的产品充满了挑战，必须提供用于验证、测试和质量保证的全套数据。

最终，监管机构批准了——这引发了更大的挑战。Lima获得认证后，需求如此之高，立即缺货。当时金属增材制造的状态未经证实，而3D打印的废品率非常高，Lima不得不继续订购更多的3D打印-增材制造机器来完成订单，而且验证每台机器都需要时间。

根据3D科学谷，当前即使是对于没有机会进行多年临床试验的个性化定制3D打印植入物，也能够通过在植入物设计阶段进行科学而严谨的生物力学评价与分析，对3D打印工艺和材料的严格监控以及后期的质量检测等流程来保证植入物的安全性。

自 2007 年推出Trabecular Titanium 技术制造的髋臼杯以来，Lima已经生产了超过 100,000 个具有出色临床效果的髋臼杯。2015 年的一项研究发现，手术后至少五年，患者的平均 Harris 髋关节评分从 44.2 提高到 95.9，满分为 100 分。最近，该髋臼杯获得了骨科数据评估小组 (ODEP) 10A 评级，这是 10 年随访中存活率的最高评级。

髋臼杯的成功让 Lima确信可以使用Trabecular Titanium 技术来3D 打印其他植入物。不过随着市场上越来越多的竞争对手竞相利用非水泥关节置换术，Lima需要提高其增材制造工作流程的速度和效率。

 关键合作推动了创新的膝关节置换术

当 Lima决定采用非骨水泥全膝关节置换术 (TKA) 时，这其中的挑战将比髋臼杯面临的挑战更加困难。3D科学谷了解到髋关节置换手术比膝关节置换手术更简单。髋关节是一个球窝关节，而膝关节是一个复杂的关节，可以进行更广泛的运动。

膝关节植入物包含三个组件：股骨部件连接到大腿下部骨，胫骨板连接到上部胫骨，聚乙烯插入物介于两者之间。股骨部件是通过精密加工生产的实心金属。

为了更好地了解步行运动如何将力传递到胫骨板，Lima与位于纽约的特殊外科医院 (HSS) 的生物力学系合作，该团队研究了使用膝关节植入物行走的患者，以确定胫骨板和骨骼之间三个接触点的最佳位置和形状。

该团队还评估了美国和意大利植入患者的骨密度。通过这两项研究，HSS医院 对接触点配置进行了计算机应力分析，以得出一个设计，包括两个多孔 TT 钉、一个带有实心尖端的多孔前钉和板下方的多孔表面。这其中经历了多次的设计迭代，包括挂钉数量、位置、形状、深度等等。

这种高度迭代暴露了Lima的增材制造流程需要改进的领域。3D打印每个更改，都必须创建一个 STL文件并将其放入不同的软件包中。然后，如果有另一个变化，随后对应的STL文件转换就非常困难。

使用点阵晶格结构的数字表示使设计更加复杂，尝试从 STL 文件编辑点阵晶格结构会消耗大量计算资源，于是Lima需要一种更快、更简单的方法来生成和修改具有高设计量的点阵晶格结构。

此外，Lima所面临的挑战不仅限于处理复杂3D打印文件所带来的时间延误。例如，当在一个孤立的软件工具中操作 STL 文件，该软件工具带来了“数字不连续性”。

Lima需要一种新方法来设计其胫骨板，需要一种集成的、关联的数字线程来贯穿设计与制造过程。在这方面，西门子NX 和 Teamcenter 是 Xcelerator 产品组合的一部分，Xcelerator 产品组合是西门子数字工业软件提供的全面、集成的软件和服务组合。

 解决点阵晶格设计的“数字不连续性”

Lima在 2018 年评估了 NX AM，此后不久，Lima成为西门子NX AM beta 测试的合作伙伴，通过NX AM减少了对 STL 文件的依赖，使用 lattice 进行点阵晶格设计变得更加容易，并在Lima的 Teamcenter 环境中无缝集成。

© 西门子

使用 NX AM 为胫骨板的开发带来了立竿见影的好处。设计人员不再需要为处理 STL 文件而苦恼，可以参数化编辑胫骨板的大部分特征，因为它们在数学上与几何形状相关联。

使用 NX AM 还简化了 Lima点阵晶格结构的设计任务。考虑到专有晶格结构的所有特性，定制设计晶胞，通过NX AM，Lima减少了设计小梁钛结构的计算时间。而且因为几乎是完全参数化的，设计修改会自动更新。

在Lima的旧流程中，修改 STL 文件与工作流程脱节，因此增加了人为错误的风险，3D科学谷了解到通过单一数字流中的所有内容和一键式点阵设计，使得整个流程更加高效。

© 西门子

现在，Lima不仅在开发一种胫骨板，还在生产 10 种现成的尺寸。这对3D打印走向量产颇具意义。Lima目前有一系列针对全球市场优化的尺寸，从小到大的患者和有不同需求的人，每种尺寸都需要调整胫骨板的特征。

通过NX AM将3D打印-增材制造建模和工作准备时间减少了 50%。通过设计优化，Lima可以通过更少的实验就可以实现更好的设计，通过西门子软件生态系统减少了错误并提高了可靠性。

3D打印还帮助制造商离患者更近一步，Lima目前在HSS医院安装了一个增材生产设施，在那里有 Lima的生产工程师，使用西门子软件帮助外科医生开发针对患者的植入物。

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