“首件即合格”，数据与算法的驱动的智能化增材制造方式正在掀起3D打印行业的自我革命，是增材制造走向智能制造的跨时代金矿与赋能工具。那么国内外软件的发展现状如何？国内软件的发展情况如何？软件的应用与发展对增材制造行业发展带来了哪些影响？在增材制造迈向智慧制造之际，政府如何更好的支持软件应用及增材制造行业的发展？当前的机遇与挑战有哪些？根据组委会的要求，3D科学谷创始人王晓燕在第五届SAMA增材制造产业发展论坛上做了深度的剖析与分享。
第五届SAMA增材制造产业发展论坛
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风物长宜放眼量
根据《趋势2030》，把跨时代的转变看作一个缓慢的过程大有裨益，每个微小的变革都让我们更接近于范式的转变，突然之间，物换星移。我们常常忽略的微小变化在逐渐积累，可以把它想象成正在填满容器的缓慢滴落的水滴，滴滴答答的声音让人想起了时钟，传递出一种时光流逝的感觉。当水突然从容器中溢出来的时候，我们惊醒，闹钟铃声大作。
根据SAMA大会组委会对内容的要求，王晓燕介绍了建模仿真设计类软件、MES制造流程软件、质量控制及后处理软件方面，国际层面的增材制造软件发展情况，最新的发展趋势是增材制造软件市场参与者越来越多地遵循生态系统战略来解决最终用户的问题 ,这里的生态圈战略不仅仅包括3D打印领域的上下游企业，还包括跨领域的其他组织例如政府、研究机构、监管机构等等，这些机构与企业需要有机的结合起来，建立沟通、信任、平等、交融的合作战略。
增材制造软件正在由作为协调者的平台驱动实现更深入的合作，软件具有更多的模块化以及对自动化和数据库的更多关注，这些是当前典型的发展趋势。通过生态系统平台支持的软件解决方案，其中一些只有在未来几年才能充分发挥其潜力。
l 3D打印的本质是什么？
泰勒法官说过，人们通常只看见他们在寻找的东西，只听见他们想听到的话。
Relativity Space 的创始人Tim Ellis有一个精湛的洞见，他认为市场上普遍对3D 打印没有真正了解的是，3D打印对制造的颠覆性实际上更像是从燃气内燃机过渡到电动，或从内部部署服务过渡到云，3D 打印是一项很酷的技术，但更重要的是，3D打印实际上是软件和数据驱动的自进化智造技术。
很多国内的企业目前将注意力放在了满足3D打印服务订单所交付的实物收入上，却忽略了数据是3D打印最大的“金矿”，而软件的重要性建立在数据智慧的基础上，举例来说，在这方面，3D打印领域已经出现了数据商业化的发展趋势，Senvol将西门子能源的 L-PBF选区熔融3D打印数据库商业化。从希望达到的制造性能反向获取推荐的加工参数，Senvol通过大量的数据建立了3D打印参数与性能关系，如拉伸、低周疲劳、高周疲劳以及在各种温度条件下的蠕变等信息。进一步推动数据与算法赋能的零件质量控制、性能、效率、成本以及认证。
而值得注意的是Senvol并非是单纯的数据库，Senvol 最初于 2019 年 11 月发布了 Senvol ML 机器学习作为一种分析工具，用于理解增材制造过程中产生的数据，目前Senvol ML已进入到了商业化阶段。Senvol的投资者包括NIST美国国家标准与技术研究院。不仅仅是Senvol, NIST还支持了Sigma等与测量、数据收集、数据分析、过程质量控制相关的企业。基础研究带来更开阔的视野与对挑战本质的理解。NIST对增材制造数据的重视由来已久，早在2015年，NIST就发布了<<对增材制造粉末床熔融技术进行实时控制所需要的测量科学>>，基于粉末床的金属3D打印工艺开发了一套技术跟踪原则，在这里，我国的增材制造数据库建设还有待像NIST这样的支持与投入。
为什么数据和软件如此重要？实际上，国际上的增材制造领头羊企业其实质和核心竞争力都是软件和算法，例如velo3D, relativity space，Carbon.如果将其视为硬件企业，那说明还没看懂他们。跨国合作、跨研究机构、跨生态圈上下游的合作，举例来说，美国材料与数据标准化联盟CMDS 的创始合作伙伴中包括海克斯康，Sigma Labs，Dyndrite，研究机构包括德国的Fraunhofer弗劳恩霍夫，英国的MTC等。
l 3D打印前进的火车头：软件
根据《AI未来进行式》，只有当业界预见到一些高价值的应用能够落地时，那些与之相关的耗资巨大的技术才会有机会不断发展、走向成熟。如果一种技术能解决某种特别关键的需求，一些公司往往愿意为该技术在发展初期的巨额投入甚至亏损买单，以换取后期依靠这种技术进行扩张、获取更高利润的可能性。
国内增材制造研发投入在软件方面离国际上还存在很大的差距，不仅仅是创新型软件企业寥寥无几，在知识产权的申请方面，增材制造软件类的专利申请约占增材制造类别专利申请的1.2%。
机器视觉和机器学习算法就像3D打印设备的眼睛与大脑，赋能设计者与制造者更敏捷的设计与制造能力，赋予3D打印设备监测和控制打印质量的自进化智能制造属性，降低发生打印错误的风险。然而软件的开发需要软件诞生与成长的土壤，这部分工作需要政府来创建，需要开放的数据合作，建立基于通用数据模型的基础材料数据、标准、算法驱动的产业化发展，需要标准的开放与支持，这些都需要政府跨部门的支持。
不过，尽管软件的发展面临重重困难，国内增材制造领域的软件为主导的发展趋势已经出现，当前有部分企业转型以软件驱动，例如先临三维、黑格、联泰科技。此外，不追求短期利益的政府建立的产业引导基金倾向于支持国产软件企业。
l 对外开放+自主创新
吉米.亨德里克斯《一个兄弟的故事》说：有两种声调响起，就像你在同时弹奏两把吉他，你必须放手，但仍牢牢掌控。
那么是自主研发软件？还是它山之石可以攻玉，通过国际合作，与国外的软件企业深度合作？
3D科学谷认为高水平的对外开放是必然的，势必是两条腿走路的方式，自主研发不可缺，国际合作需要建立在明确的长期对外合作发展战略上。而3D打印从诞生之日就带着强烈的数据化驱动的基因，政府需要建立相关的软件合作发展战略，不过值得注意的是，3D打印领域的发展，软件的使用关系到数据智慧，软件的使用关系到标准制定的话语权，国内需要思考数据开放的程度？增材制造标准制定领域我国定位在哪里？的确，世界的经济已经彼此相连接成为一片海，难以分清你我，国际合作何去何从，需要高层极高的智慧与战略，而这一切都需要建立在对3D打印的本质以及下一步发展状态和未来的发展趋势的深度理解上。
l 迈向高水平的智造
3D科学谷表示，在同一个事情上，不同的角度，一方会看到价值，一方会看到损失。
如何通过软件驱动国内增材制造走向高水平的智造？3D科学谷建议需要重视：高水平的对外开放战略布局，支持跨国企业在中国的发展，支持国内企业走出去；政府部门之间的跨部门合作支持；3D打印企业生态圈的良性发展培育（目前的发展过于偏重硬件而忽略软件）；研发驱动的创新文化（鼓励基于创新实力的差异化竞争，反对伤害发展可持续性的盲目“内卷”）。需警惕给企业的支持不应当转化为企业通过补贴来降价攻击和消灭其竞争对手的武器，反对内卷，鼓励创新，加大高水平对外开放力度，建立行之有效的国际合作战略。
大多数时候，我们前进的角度如此匆忙，很多细小的问题被不加思考的抛弃和忽略…
举例来说，如果一家企业拿了政府的补贴，用来将其设备和打印服务的价格进一步降低，使得其对手国外的企业在中国寸步难行有些只好退出中国，有些只好观望，有些只好不断收缩对中国市场的投入，这样的方式是否埋下了未来国内增材制造生态圈发展的危机？
敬畏生态圈发展的力量，发现多样性所带来的天然势能价值，国内目前还有待加强的双赢思维建设。
再举例来说，国内企业之间相互竞争本身对于市场的发展是有利的，然而过度的价格厮杀，使得每一家企业忙于争抢订单，难以认知和聚焦下一阶段3D打印发展的技术要求，难以投入数据、软件、算法这些真正意义上赋能行业应用发展的核心能力建设，这样的发展是否最终将伤害增材制造产业应用端的发展？
企业在对政府介绍自身业务的时候，倾向于用前途一片光明的宣传方式来获取重视；媒体为了吸引眼球，倾向于发布一些形势一片大好的宣传，这很容易为企业掩盖发展的风险，忽略企业最需要支持是系统化跨领域合作，系统化数据开放合作，建立数据之上的标准、建立与标准相融的软件应用等基础能力建设。否则整个国内增材制造的发展容易陷入没有打好“地基”就抢着“盖高楼”的发展困境。国内的增材制造发展，需要不断的检查增材制造迈向生产应用的五大支柱建设情况如何，还需要哪些系统化能力建设及政府和科研机构层面的支持。
增材制造迈向生产应用的五大支柱
第一个支柱-要求和设计标准（Requirements & Design Criteria ）。零部件的设计可能美观大方，但是如果装配在机械中不能满足既定的性能要求，则没有任何意义，也就是说如果一个零部件无法完成它的“本职工作”，则不会获得认证。
第二个支柱-可生产性（Produbility）。这是个关键阶段，具有可生产性意味着，在不产生过多报废和返工的情况下，进行零件的制造。
第四个支柱-与可生产性密切相关的是第四个支柱-稳定性，稳健性和可重复性（Stability, Robustness, and Repeatability），这实质上意味着生产中的每个零件都符合用于初始认证的零件所展示的要求。
第三和第五个支柱：零件的特性（Characterized Properties）和性能的可预测性 （Predictability of Performance），这意味着材料特性和材料与工艺参数之间的关系已得到很好的理解，设计人员可以放心地使用性能数据来设计零部件。
知之既深，行之则远。基于全球范围内精湛的制造业专家智囊网络，3D科学谷为业界提供全球视角的增材与智能制造深度观察。有关增材制造领域的更多分析，请关注3D科学谷发布的白皮书系列。
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