關于3D打印中的數字孿生：你需要了解的一切
時間：2023-06-26 09:23 來源：3D科學谷 作者：admin 閱讀：次
您聽說過數字孿生嗎？這個想法最初是在 20 世紀 60
年代提出的，旨在創建阿波羅任務的動態模型，以便通過帶有數字組件的車輛物理模型來幫助評估其失敗情況。從那時起，這個概念不斷發展，但其核心保持不變，這是可以理解的。從本質上講，數字孿生是專門為準確反映物理對象而設計的虛擬模型。不僅如此，根據
IBM
的說法，數字孿生可以被視為“一個物體或系統的虛擬對象，能夠跨越其生命周期，根據實時數據進行更新，并使用模擬、機器學習和推理來幫助決策”。盡管數字孿生經常與建模相混淆，但數字孿生的用途遠不止于此。在數字孿生中使用算法和數學運算是讓用戶預測零件（例如使用
3D 打印制造的零件）行為的重要組成部分。
現如今，數字孿生在從制造到醫療甚至室內設計的各種應用中找到了自己的位置。此外，它們越來越多地用于增材制造。此外，根據
Markets and Markets 的調研數據，數字孿生2022 年的市場價值預計達到69億美元，到 2027 年將增長至約
735億美元，這一事實也許并不令人意外。為了搞清楚為什么要在 3D 打印中使用數字孿生，需要首先對該技術有一個詳細的了解。
△數字孿生越來越多地被用作工業 4.0 的一部分（圖片來源：GE）
在 3D 打印中使用數字孿生
數字孿生和增材制造都被認為在工業
4.0中發揮著關鍵作用。然而，直到最近幾年，兩者才開始結合起來。但值得注意的是，許多不同的研究發現 3D
打印總體上非常適合數字孿生的使用。為什么？因為就其本質而言，增材制造是數字化的。從在線設計到切片軟件，再到監控整個打印過程的程序，自動化和人工智能已經在增材制造中找到了歸宿。數字孿生只是另一個需要添加的工具。
但你如何使用它們呢？我們首先要考慮一下在 3D 打印中集成數字孿生的過程。如前所述，數字孿生從 3D
模型開始。這可以通過CAD或生成設計軟件來完成。此外，3D
掃描也越來越多地被使用，因為它可以創建相關零件的完美模型。除了最初的設計之外，市場上已經有許多專門設計用于數字孿生（包括 3D
打印）的軟件程序。以西門子、Simio 或 Netfabb
的產品為例。這簡化了集成，從而進一步推廣了在增材制造中的普遍使用。更不用說，由于它能夠真正重新創建產品，因此很容易看出它如何用于備件逆向工程等應用。
最后，數字孿生可以被分為幾種不同的形式，因此也必須予以考慮。根據一份報告，增材制造的數字孿生可分為四類：
- 處理數字孿生；
- 設備數字孿生；
- 設施數字孿生；
-
產品數字孿生。
顧名思義，它們針對制造過程中的不同領域。流程數字孿生可用于復制 3D
打印流程的數字版本，以進行設計、生產和維護。同樣，設備數字孿生可以復制打印機，為維護工作提供重要信息。設施數字孿生是前兩者的混合，但規模更大，考慮到整個工廠車間。最后一點但并非最不重要的一點，也是我們將在本期文章中需要討論的最重要的內容，
△數字孿生如何與 3D 打印配合使用的圖示（照片來源：Zhang、Li、Xiaoqi Chen、WeiZhou、Taobo Cheng、Lijia Chen、ZhenGuo、Bing Han 和Longxing Lu）
為什么將數字孿生集成到增材制造中？
數字孿生與 3D
打印的結合也有很多好處。尤其是在零件質量控制方面。盡管增材制造與快速原型制造的起源相比已經發生了很大變化，隨著越來越多的最終用途零件進入市場，質量控制仍然是一個問題。事實上，由于其本質，增材制造通常需要進行大量測試，以確保參數正確，從而防止打印失敗。但這與增材制造的兩個最大優勢，即成本和減少材料浪費卻背道而馳。
值得慶幸的是，通過使用數字孿生，這個問題可以得到解決。由于反饋帶來的持續數據流，數字孿生允許用戶直接評估參數。這又允許優化所述參數而無需物理測試。此外，借助數字孿生，可以在整個
3D
打印過程中進行實時監控，從而提高最終打印的準確性。這使得增材制造的質量控制更加可靠。當涉及更多工業流程時，這一點尤其重要，包括通過激光粉末床工藝等方法進行金屬增材制造，因為它還可以提高一致性。
此外，如上所述，數字孿生不僅僅用于單個零件。事實上，它們可以為整個工廠車間制造。這將使增材制造的工業化變得更加可行，因為 3D 打印機農場不僅可以在個體層面上進行優化，而且可以在整體層面上進行優化，以實現更有效的生產。
這并不是說仍然存在挑戰。數字孿生的實際定義和開發仍然相當困難，尤其是因為許多學者已經注意到該框架本身還沒有得到很好的理解。然而，數字孿生和
3D
打印結合使用得越多，克服這一障礙的速度就越快。這種情況已然不是個例，特別是隨著人工智能和更復雜的機器學習工具的使用增加。南極熊詳細，隨著數字孿生和
3D 打印技術的結合不斷深入，未來我們一定會看到更有趣的變化。
△我們可能會看到數字孿生在 3D 打印中的應用不斷增加，尤其是渦輪機等零件（照片來源：柯尼卡美能達）
(責任編輯：admin)
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