工具or商業(yè)模式，大數(shù)據(jù)對(duì)3D打印領(lǐng)域意味著什么？

3D打印從模型的建模，到生產(chǎn)工藝、加工參數(shù)、仿真、材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量、供應(yīng)鏈可以說產(chǎn)生了海量的數(shù)據(jù)。僅僅是金屬3D打印過程中就有50多個(gè)變量相互發(fā)生作用，感謝這些剪不斷理還亂的大數(shù)據(jù)，為3D打印帶來困惑的同時(shí)也帶來了機(jī)遇。

如何理性看到大數(shù)據(jù)為3D打印帶來的機(jī)會(huì)?究竟大數(shù)據(jù)在3D打印領(lǐng)域是工具還是亦可以成為一種商業(yè)模式?

數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)定制生產(chǎn)

3D打印的效率和靈活性使得生產(chǎn)訂單的產(chǎn)生方式發(fā)生方向性的改變。以前是公司需要預(yù)測(cè)生產(chǎn)什么，生產(chǎn)多少量，然后進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)能過?；蛘卟蛔愕默F(xiàn)象。而3D打印可以實(shí)現(xiàn)安需生產(chǎn)，拿到定制化訂單，快速生產(chǎn)，零庫存，快速發(fā)貨。

數(shù)據(jù)流在這其中發(fā)揮了什么作用呢?就拿醫(yī)用鞋墊的生產(chǎn)來說，醫(yī)生使用三維掃描獲取用戶腳部數(shù)據(jù)，然后將掃描數(shù)據(jù)提供給設(shè)計(jì)師。設(shè)計(jì)師根據(jù)掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行建模以及設(shè)計(jì)優(yōu)化，讓用戶腳部數(shù)據(jù)與鞋墊足夠擬合。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)提交給3D打印機(jī)將鞋墊打印出來。3D打印機(jī)的地點(diǎn)則非常靈活，既可以是制造商的3D打印機(jī)，也可以是醫(yī)院的3D打印機(jī)，甚至可以是用戶附近的3D打印機(jī)。

3D打印矯正鞋墊供應(yīng)鏈

我們認(rèn)為3D打印的技術(shù)特點(diǎn)帶來了供應(yīng)鏈的變化，供應(yīng)鏈的變化帶來了數(shù)據(jù)流的變化，而數(shù)據(jù)流的變化進(jìn)一步增強(qiáng)了3D打印在應(yīng)用端的滲透能力。

另外，CAD建模與產(chǎn)品是對(duì)應(yīng)的，這些文件是巨大的、復(fù)雜的，這必然意味著他們需要更多的服務(wù)器存儲(chǔ)空間，嚴(yán)格的安全性和敏銳的歸檔方法。圍繞著這其中的需求，我們認(rèn)為還將誕生出大數(shù)據(jù)+3D打印更多的商業(yè)模式。而在這方面，以America Makes引領(lǐng)的美國(guó)增材制造行業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行積極的布局。

America Makes的大數(shù)據(jù)布局包括為其成員提供了一個(gè)新的資源，將每個(gè)成員單位的能力通過數(shù)據(jù)關(guān)鍵詞記錄形成“能力數(shù)據(jù)庫”，該數(shù)據(jù)庫只有注冊(cè)會(huì)員才能夠查詢和使用。通過這個(gè)數(shù)據(jù)庫，Amercia Makes的會(huì)員能夠更便利的找到自己的合作伙伴，最大限度的利用資源和知識(shí)，全面提升增材制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

America Makes的數(shù)據(jù)庫還與半開放型的Senvol數(shù)據(jù)庫對(duì)接，以增強(qiáng)其用戶從上游供應(yīng)商搜索到加工過程決策的無縫銜接需求。Senvol數(shù)據(jù)庫，就像是一個(gè)增材制造行業(yè)的Google, 包含了工業(yè)增材制造設(shè)備和材料的數(shù)據(jù)。用戶可以在上面根據(jù)自己的需求搜索與之相關(guān)的信息。其強(qiáng)大的專有算法可以幫助生產(chǎn)者確定哪些部分使用增材制造(AM)會(huì)比傳統(tǒng)工藝更加有效。這個(gè)算法分析了整個(gè)供應(yīng)鏈，并考慮了諸如庫存、停機(jī)時(shí)間和運(yùn)輸?shù)雀黜?xiàng)因素。

數(shù)據(jù)源質(zhì)量保證

通用電氣航空公司將在2020年通過3D打印生產(chǎn)10萬個(gè)噴油嘴引擎組件，3D打印在生產(chǎn)噴油嘴方面的速度更快、效率更高，但也需要更先進(jìn)的質(zhì)量控制。無數(shù)的因素會(huì)影響最終產(chǎn)品的結(jié)果，包括溫度、取向、變形、收縮、膨脹、結(jié)構(gòu)完整性等。

為了增強(qiáng)對(duì)增材制造過程中各個(gè)變量之間發(fā)生的相互影響，美國(guó)國(guó)防部先進(jìn)研究項(xiàng)目局(DARPA)的Open Manufacturing開放制造計(jì)劃旨在通過數(shù)據(jù)來了解制造。DARPA指出，為了使3D打印成為復(fù)雜軍工部件——比如飛機(jī)機(jī)翼——制造的主流技術(shù)，就需要對(duì)“基于不同屬性和性能材料的各種制造方法所產(chǎn)生的細(xì)微差別”有深入的了解。由于無法對(duì)3D打印出來的每一個(gè)部件都進(jìn)行測(cè)試，目前能做的是對(duì)某一個(gè)特定的生產(chǎn)批次中的極少數(shù)產(chǎn)品進(jìn)行測(cè)試，然后由抽樣測(cè)試的產(chǎn)品質(zhì)量代表整個(gè)生產(chǎn)批次的質(zhì)量。這就是為什么DARPA的開放式制造項(xiàng)目對(duì)于增材制造的未來如此重要的原因：因?yàn)閷?duì)于技術(shù)和材料的透徹了解能夠幫助公司節(jié)省大量的時(shí)間和金錢。

我們認(rèn)為除了像美國(guó)國(guó)防部的開放制造計(jì)劃這樣采集眾多的加工數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)增材制造的理解，過程中的監(jiān)控手段必不可少，在金屬熔融的過程中有超過50種不同的因素在發(fā)揮著作用，粉末的尺寸和形狀公差、熔融層中的空隙、最終部件的高殘余應(yīng)力，以及對(duì)材料性能——包括硬度和強(qiáng)度等各種變量相互關(guān)系的研究不足導(dǎo)致了3D打印工藝難以量化控制。金屬粉末熔化不當(dāng)導(dǎo)致零件的內(nèi)部缺陷，即使現(xiàn)有的技術(shù)難以控制金屬熔化的過程，即時(shí)的監(jiān)測(cè)必不可少。3D科學(xué)谷了解到Sigma Labs軟件的主要工作原理是將模型切片作為微觀層面的設(shè)置跟加工過程做匹配，從模型切片創(chuàng)建與質(zhì)量的相關(guān)性，這種前瞻性的過程控制被稱為過程質(zhì)量保證，是西格瑪實(shí)驗(yàn)室獨(dú)特的(iPQA)技術(shù)。這樣可以提高生產(chǎn)效率，并實(shí)現(xiàn)制造業(yè)務(wù)精益戰(zhàn)略。

當(dāng)然僅僅通過Sigma Labs實(shí)現(xiàn)過程中監(jiān)測(cè)與控制是不夠的，看到國(guó)際上尤其是仿真軟件正在為過程前的建模優(yōu)化與加工參數(shù)設(shè)置而發(fā)力。通過仿真對(duì)材料屬性在增材制造過程中發(fā)揮的作用，減少昂貴材料的浪費(fèi)，以及避免試驗(yàn)不通過的材料情況發(fā)生，在這方面，仿真軟件的設(shè)計(jì)是個(gè)大數(shù)據(jù)的活。仿真軟件需要與機(jī)器制造商合作，以獲得設(shè)備的物理參數(shù)權(quán)利;需要與材料供應(yīng)商合作，以保證材料科學(xué)指標(biāo)是正確的;需要與測(cè)試專家合作，以確保正在測(cè)試的零件是正確的;需要和與用戶合作，以確保得到更多的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際效果之間匹配的權(quán)利。根據(jù)所有的材料、設(shè)備和產(chǎn)品的關(guān)鍵信息，預(yù)測(cè)如何改變材料，機(jī)器和建模。這些數(shù)據(jù)的獲得與反饋將形成一套對(duì)增材制造的閉環(huán)控制體系，而無疑大數(shù)據(jù)在其中發(fā)揮了重要的作用。

其他

另一個(gè)層面，3D打印與大數(shù)據(jù)“手拉手”的還涉及到數(shù)據(jù)可視化領(lǐng)域。3D科學(xué)谷看到作為全球數(shù)據(jù)大爆炸的時(shí)代，所有行業(yè)的公司都正在尋找創(chuàng)新的方式，使他們的數(shù)據(jù)更有價(jià)值和意義。麻省理工學(xué)院的兩名研究人員證明了3D打印的實(shí)用程序作為一種數(shù)據(jù)可視化工具，他們制作了一個(gè)三維比例模型的麻省理工學(xué)院的校園，并使用彩色燈光通過投影機(jī)顯示學(xué)校的各種數(shù)據(jù)，如建筑高度。該模型的優(yōu)點(diǎn)是它提供了一個(gè)固定的框架，用于顯示變量的數(shù)據(jù)輸入。

而在硬件方面，3D打印也進(jìn)一步推動(dòng)了大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)的提升。3D打印存儲(chǔ)驅(qū)動(dòng)器、服務(wù)器組件、電路板和其他技術(shù)。從理論上說，這些通過3D打印的驅(qū)動(dòng)器又可以承載大數(shù)據(jù)。