账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
软体设计开启3D列印无限想像
「软」实力才是王道

【作者: 王明德】2017年07月25日 星期二

浏览人次:【3594】
  

3D列印专利陆续过期後,各厂商纷纷投入发展,尤其结合近年来技术飞快成长的IT与材料技术後,更让3D列印成为新世代创业显学,甚至进一步触发了数位直接制造概念(Direct Digital Manufacture)概念,所谓的数位直接制造意即扬弃传统的设计、打样、试产、开模、生产等程序,直接生产将生产环节扁平化,跳过中间的打样、开模等环节,让生产不仅可以「随时」更可「随地」,颠覆了以往制造业必须有一定的资本密集惯例。


3D列印制造前景虽然看好,不过并不会即时发生在眼前,就有业界人士指出,目前3D列印的热潮很大一部分原因来自於媒体的大量炒作,从实际应用面来看,3D列印仍有相当多技术瓶颈需要克服,不过他也指出,这些瓶颈的克服只是时间问题,从长期来看,3D列印的趋势已成,只是未来会与现有大量制造模式分工,仍有待市场磨合。


3D列印与大量制造的分工


从应用面来看,3D列印虽有随时、随地制造的特色,不必像传统制造,必须经过打样、开模等程序,不过这种直接制造的优点也正为其缺点,传统的模具生产方式,虽然从设计到生产需要长时间且大量资金的投注,但其平均成本会依量产规模的增加逐步下跌,这种透过大量制造来摊分初期与固定成本的作法,3D列印完全无法达成,3D列印不管制造数量多寡,从1个到1,000个,每产品的一单位成本均为固定,因此前几年此技术被大量炒作时,甚至有人喊出「3D列印将取代现有制造模式」的囗号,就实务面来看并不可能。


至於这两种生产模式会如何分工?业界人士指出,传统制造方式会维持现有的市场,这部份3D列印无法涉入,它会开创出另一市场,此一市场的单一产品量能不大,但对客制化设计需求相当深,像是现在已有航空公司利用Fused Deposition Modeling(FDM)技术制作原型、加工和部件制造。FDM 相容 ULTEM 9085 等高性能热塑塑胶,可制造夹具、固定装置、检测计和最终用途飞行器部件,航空航太工业的设计师们早已将 FDM 用於概念模型制作和原型制作。


另外则是医疗领域,前几年就有欧洲国家透过电脑断层建构出囗腔癌病患的颚骨形状,以3D列印出专属该病患的金属器官,另外更多应用是在牙科,现已有越来越多牙科实验室开始采用数位化牙科,采用3D列印作为其业务策略的一部分,牙科实验室不仅可加速零件制作,还能提高品质和精度,3D 列印将数位化设计的效率带到生产阶段,通过结合使用囗腔扫描、CAD/CAM 设计和 3D 列印,牙科实验室可以准确、快速的生产牙冠、齿桥、石模型和一系列的矫治器。使用 3D 印表机,牙科实验室可消除手工建模的瓶颈,促使业务向前发展。


除了医疗与航太外,市场上还有须多因设计成份高,无法使用大量制造的产品,如珠宝饰品、玩具公仔等,这里就不一一列举,也因为未来将走向量少、高设计之路,因此电脑辅助设计的软体平台,对3D列印来说会格外重要。


设计辅助软体的问世


历史上的第一个电脑设计工具出现在1950年代,当时是用来进行特殊计算,60年代这类软体开始商业化,当时一套软体售价高达50万美元,1982年电脑软体厂商欧特克(Autodesk)重新定义这类绘图软体,希??将它定位成可在桌上型电脑中运行的低成本绘图文字处理器「Micro CAD」,这个时间点也是3D列印机的设计起源期,当然当时双方并不知道彼此,欧特克的Micro CAD也非为3D列印机所使用。


Micro CAD的革命性不只在於其低廉的售价,更重要的是此软体在桌上型电脑即可运作,在MicroCAD之前,市场主要使用的绘图软体为Computervision CAD,此一软体仅能在大型主机上使用,当时这些大型主机售价约在7万美元左右,相对之下,在只须1万5千美元的桌上型电脑即能运作的Micro CAD无疑更具竞争力,虽然当时桌上型电脑仍在起步,不过随着性价比逐渐提升,Micro CAD的市场优势越来越高。


MicroCAD问世初期,主要是用来处理2D图形,并可作为建筑楼层平面图,随着需求出现,欧特克陆续加强其功能,并更名为AutoCAD,现在的AutoCAD在3D建模领域中已是相当知名的软体平台。


设计软体最主要的功能,是无缝捕捉类比实体世界的连续性和几何本质,并将其缩减为离散的二进位单元,光是对人类来说,要向别人转述实体物件的形状即已相当困难,要更精确、清晰的让机器了解此事,更是艰钜的挑战。


实体建模与曲面建模


目前3D列印的设计软体主流有两类,包括「实体建模」与「曲面建模」,实体建模主要为工程施与工业设计师所使用,实体建模为使用者提供了一个由现成立方体、圆柱体、球体和其他标准物理形状组成的形状库,使用者选择所需要的形状图档,将之拉伸、剪裁、组合,形成所需的形状,调整为独特的设计。


实体建模问世於1990年代,当时电脑的运算能力刚刚能做到让设计软体「记住」以前设计中的重复内容,允许使用者来回查看这些重复的设计,撤销以做出的更改,以及回头过来更动尺寸,这些我们现在视为理所当然的功能,在当时并非如此,也因电脑开始具备此一能力後,CAD软体开始出现飞越性成长。


现在的CAD软体可以轻易融入企业供应链,工程师若要更动某一零组件设计,可透过软体查知公司相关产品的库存变化,比较新零件与现有零件,若决定设计新零件,系统会自动纪录其变动,让管理者充分掌握所有资讯。


曲面建模最早应用於卡通动画,功能逐渐提升後,现在许多电玩游戏和图形公司设计师也开始采用,曲面建模得出主要是因应实体建模图形库中,无法满足特殊形状的需求。


曲面建模的图像设计方式,是将形状包在规则多边形所构成的虚拟网里,曲面建模也被称为多边形建模,组成虚拟网的每个多边形,都对应着虚拟网格上的一个数据点,设计软体将每个数据点储存起来,以便於设计师使用,目前多数3D模型都采用三角形的表面网格建构,由於此类结构相当灵活,且资讯易为电脑处理,因此应用越来越广。


曲面建模摆脱了原始块状和球状限制,其主要特色是表现曲面的表层活动,而非机器零件的组装,因此曲面建模软体可说是平面设计师的白板,在此基础上,设计师可为产品增加更多细节,如表面光泽、纹理等。


3D扫描把实体世界数位化


除了实体建模与曲面建模外,3D扫描也是近年来3D列印设计辅助的重要技术,3D扫描经由1组3维座标描绘实体物品的形状,扫描资料介於实体建模软体设计的原始形状,和曲面建模软体中包装数位物件的虚拟网格之间,3D扫描将实体物件的扫描数据回传给设计软体,设计软体透过运算将扫描出来的每个座标点转换为表面网格,藉以形成物品形状。


3D扫描开辟了设计新领域,对难有设计档的物件如植物、人体器官、石头矿物来说,3D扫描技术可完全弥补实体建模与曲面建模的不足,成为类比实体世界与二进位数位世界的沟通桥梁,而透过3D扫描与实体、曲面的建模技术,更多创意将被实现,3D列印的发展也将更具想像力。


相关文章
PCIe 5.0加速进击 6.0将迎来全新规范
加速汽车智慧化进程
内建杂讯过滤功能加速度感测器
有效保护电子电路系统 半导体保险丝IPD提高应用可靠性
节能液压自动化元件 满足高效弹性扩充需求
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新闻
» 易控TM协作机器人实战应用说明会实际案例分享
» 美国AUTOMATE SHOW 2019落幕 宾通智慧科技亲自与会获奖
» 2019鼎新高峰年会-企业数位化转型论坛圆满闭幕
» 工业资安潜在风险不容小黥 趋势科技呼吁业者应检视既有缺囗
» 11国69家国际新秀汇聚七大金融应用创新展出
  相关产品
» 达梭系统帮助奇异航空推动创新与数位连续性
» PTC产品生命周期管理SaaS前四季订单翻倍
» PTC推出新版ThingWorx制造业应用程式
» 西门子计画推出全新数位化零件制造平台
» MAKEVR将专业设计、模型制作、3D列印带入虚拟实境

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2019 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw