根据3D科学谷的市场观察，美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）等科研机构的研究人员开展了一项研究，通过高保真度的仿真技术与同步加速器实验捕获中纳秒级的快速多瞬态动力学，在此过程中，他们发现了新的由“飞溅” [1] 引起的3D打印质量缺陷的形成机制，并发现这一机制取决于扫描策略以及激光遮蔽和驱逐之间的关系，最终得出了稳定熔池动力学并使缺陷最小化的稳定性标准。[2]

这项研究结果有助于提高粉末床激光熔化3D打印的质量可靠性，促进该技术在工业制造中的应用。

仿真显示了激光与熔池的相互作用及“飞溅”金属粉末颗粒。在这种情况下，激光功率高于一个阈值，将飞溅物驱离了扫描轨道，防止因激光遮蔽而形成缺陷。来源：LLNL

 科学方法替代以经验为基础的试错

在这项研究中，研究人员基于实验和多物理场仿真模型确定了会降低3D打印成型零件性能的熔体飞溅和缺陷形成的起源。

激光功率的调节对于避免干扰粉末床和产生激光遮蔽很重要，根据这一机制能够减少孔的形成，并使3D打印零件更具均匀性。但LLNL 实验室表示，仅凭实验本身无法完全解释激光熔化过程背后的动态，因为实验数据通常缺乏所需的空间和时间分辨率，并且无法解释通过实验观察到金属粉末熔化中的高度动态和瞬态。而高保真多物理场仿真是对实验的补充，研究人员能够以极高的速度捕获粉末床与熔池中发生的事情，为解决打印质量可变性问题提供必不可少的工具。

LLNL 团队使用计算机模型创建了激光粉末熔融过程的“数字孪生”，从而更好地理解激光与飞溅的相互作用，以及更好的理解如何3D打印零件质量认证等更广泛的问题，并且使用“数字孪生”进行了构建过程的虚拟实验。

研究人员将仿真结果与高速X射线和光学成像技术在激光熔化增材制造过程中所捕获真实的实验数据进行了比较，开发了一种稳定性标准-“功率地图（power map）”。

“功率地图”可以理解为一种智能化的激光扫描策略，作用是沿激光轨迹调整激光功率输出以稳定熔池，这是建立粉末床激光熔化工艺“智能前馈”的关键组成部分。也就是说，这种将先进的建模和仿真与实验分析相结合的技术，能够“教会”3D打印设备如何有效地创建无缺陷的零件。

根据LLNL, 研究人员发现，这种稳定性标准可以减少或完全消除粉末床激光熔化3D打印零件中的孔、小孔（深而狭窄的熔池）和其他可能导致缺陷的现象出现。在稳定性标准的研究过程中，研究人员还发现，通过多激光束以低功率在粉末上运行，将颗粒融合在一起的金属粉末预烧结方式，可以帮助减少飞溅并最大程度地减少出现大飞溅的“雪球效应”。这种激光扫描策略将提高整体零件的可靠性，并有助于粉末床激光熔化增材制造技术的广泛应用。

论文的主要作者LLNL计算物理学家Saad Khairallah 表示，“飞溅是制造精美零件的敌人”，但利好的是，稳定性标准-“功率地图（power map）” 可以基于可控功率图来调整扫描策略，从而防止较大的后向散射。

研究团队在LLNL多物理场仿真代码ALE3D 基础上开发了新功能，创建能够模拟温度、速度与激光/熔池相互作用的其他方面的高分辨率模型。ALE3D 能够捕获激光射线对排出颗粒的影响，以及其他可能产生3D打印缺陷的动力学现象。

研究小组发现，对打印的影响强度取决于激光直径和功率的某个阈值。高激光功率有助于驱散可能会阻塞激光的飞溅物，但如果激光功率上升得太快或太高，则会分别产生较大的后飞溅物和小孔。此时，“功率地图”可以对功率进行调节，找到一个最佳点，保持熔池稳定，排出遮蔽激光的飞溅物，并防止飞溅物变得太大。借助“功率地图”，增材制造生产人员可以设置新的扫描策略，或保持现有扫描策略的稳定性，防止出现毛孔和缺陷。

未来，这一仿真技术可以被用于任何激光扫描策略，找出需要在扫描轨道上使用的最佳功率。例如在制造螺旋状点阵等复杂几何形状时，可以得到如何在这些不能很快散热的瓶颈区域调整功率。

为了验证仿真效果，研究人员将仿真结果与打印中实际捕获到的数据进行了对比，打印捕获的数据包括：阿贡国家实验室同步加速器在原位（in-situ）条件下记录的超快X射线成像数据与LLNL实验室所捕获的高速光学图像。原位超快X射线成像技术能够同时探测金属表面和亚表面，同时还能够跟踪激光引起的结构变化的快速动态。同步加速器相关负责人表示，X射线成像得到的实验数据可用于观察ALE3D仿真技术中预测的飞溅形成和遮蔽现象。

使用ALE3D对热历史和流体动力学进行高保真建模，构成了增材制造材料的“数字孪生”表示法的基础。通过经验证的模型对金属3D打印系统的能量输入进行本地控制，不仅为减少缺陷提供了途径，而且还通过微结构工程提供了材料增强的途径。

根据LLNL实验室，研究团队开发的稳定性标准，可以被商业法规所采用，也可以在任何金属3D打印机以及其他基于激光、电子束的焊接、熔合技术中使用。

 3D科学谷Review

LLNL 实验室的科研人员曾在GE Industry in 3D 脱口秀栏目中与其他增材制造业内人士分享与探讨过解决粉末床金属3D打印质量控制的方式。

在那次讨论中，他们提出“科学基础替代经验基础”。除了设计、尺寸、速度、价格…3D打印不能进入到主流的一大限制因素是能否制造出合格的零件主要是基于经验的。这样的经验探索令人感受到折磨，而经验是难以复制的，这种方式极大的限制了3D打印技术的广泛使用。工业3D打印的下一步是通过科学方法来替代以经验为基础的探索。

数字化让3D打印免除基于经验的限制，尤其是在熔池的监测领域，数字化的好处是能够读取和利用大量在增材制造中捕获的数据，从而智能化的控制3D打印质量。只有通过3D打印可以达到更高的产品质量稳定性和一致性，才能真正进入到上升曲线。

讨论中还谈到了前置反馈技术，该技术就像3D打印设备的大脑，“告诉”打印机如何做避免错误。利用所能得到的最新信息，进行认真、反复的预测，把计划所要达到的目标同预测相比较，并采取措施修改计划，以使预测与计划目标相吻合。

LLNL 实验室如今在智能化的激光扫描策略领域所取得的成果，是建立粉末床激光熔化工艺“智能前馈”的关键组成部分。3D科学谷期待这类前馈控制技术逐步加强粉末床激光3D打印设备实现智能化创建无缺陷零件的能力，推动这一技术进入真正的“上升曲线”。

注释：

[1] 飞溅即从激光路径中喷出的颗粒或粉末颗粒簇，这些颗粒或颗粒簇会落回到零件上，从而可能导致孔形成和缺陷。

[2] 相关研究成果发表于最新一期的 Science 杂志中，题目为：Controlling interdependent meso-nanosecond dynamics and defect generation in metal 3D printing。

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目前，智能制造是数字孪生体首要的、最大的应用场景。但仅仅考虑这一场景还不够，战略上的思考还要从工业化、城市化和全球化的宏大空间尺度、从第四次工业革命和历次工业革命的宏大时间尺度乃至人类幸福和文明的终局出发，才能保证战略的完整、一致和领先。这就是终局思维，从最难、最高、最大的开始，倒序思考。

那么接下来的问题是，现在第四次工业革命仅是大幕开启，还未正式登场，如何定义和预测其目标和进程？如何识别其关键技术需求？为定义和预测第四次工业革命的目标和进程，在本期的谷.专栏文章中，安世亚太从时空两个维度对人类文明进程进行系统分析，并谈到了基于增材（3D打印）思维的先进设计与智能制造在第四次工业革命中发挥的重要作用。

 人类文明进程的度量

1964年苏联天文学家尼古拉·卡尔达肖夫（Nikolai Kardashev）提出根据一个文明所能够利用的能量量级来衡量其文明发展水平的卡尔达肖夫指数来度量人类文明进程。I型文明能使用其所在行星及其卫星的所有可用资源；II型文明能利用其恒星的所有能源；III型文明能利用它所在星系的所有能源。1973年，美国天文学家卡尔·萨根（Carl Sagan）修正了卡尔达肖夫指数，并增加了用26个英文字母来衡量文明发展水平的信息维度（A型文明只能处理100万条信息，只有口语没有书面语；古希腊文明大约有10亿比特信息，是C型文明）。他估计当时地球文明的能量和信息指数为0.7H；目前人类文明的卡尔达肖夫指数约为0.73（图1）；乐观估计，2100年左右达到1.0；悲观估计最晚2250年，人类文明将成为真正意义上的地球行星文明。美国理论物理学家加来道雄进一步认为，在衡量能量和信息的掌控“量”的基础上，还必须增加对其“质”的评价，即需要另外引入“熵”的尺度来衡量文明的进化等级。

图1 上世纪以来人类文明卡尔达肖夫指数的增长趋势。来源：安世亚太

根据头三次工业革命每次历时70～100年的经验推断，第四次工业革命将从现在开始持续到本世纪末下世纪初，历时80～100年，在这一进程中如果人类不经历严重的天灾人祸（如极端气候变化、大规模瘟疫或恐怖主义）或人类有意愿、共识和能力应对这样的天灾人祸，那么，到下个世纪之交第四次工业革命结束时，人类文明的卡尔达肖夫指数有可能达到或接近1.0。

 历次工业革命的分析预测

有了目标，再看进程。我们知道，人类文明进程是城市化、全球化和工业化的社会实践依次展开、相互交织和叠加的历史进程，人类文明的可持续发展是这三化的共同目标；物质生产、能量利用和信息组织是人类文明进程中内含的三条主线。三化中，工业化是核心，是引擎。如果将人类的文明进程当作一个系统，应用TRIZ理论的技术系统完备性法则（图2），可以认为地球是这一系统的能量源，工业化是动力装置，全球化是传输装置，城市化是执行装置，信息化是度量和控制装置，而人类文明是系统作用对象。

图2 TRIZ理论的技术系统完备性法则。来源：安世亚太

更进一步，利用科学-技术-工程的学科体系框架（图3），从纵向审视三化的社会实践，从而得出科学革命、技术革命和产业革命（含工业革命）之间的互动关系，特别是在较大时间尺度上，科学革命对工业革命在科学精神、科学方法和科学文化上的启蒙。

图3 学科体系的一般框架。来源：安世亚太

有了上述铺垫，我们可以从历次工业革命角度出发，回望并展望人类文明进程，分析和识别第四次工业革命的关键技术需求（表1）。

表1 历次工业革命的技术系统分析。来源：安世亚太

与前三次工业革命一样，大幕开启的第四次工业革命将为物质生产、能量利用和信息组织这三条人类文明进程内含的主线带来革命性的改变，这些改变有赖于上个世纪开始的科学革命的滋养。以能量利用的革命为例，由于化石能源在可以预见的将来会枯竭，人类将不得不在本世纪的适当时机完成向低碳可再生能源的转变，进而通过技术革命实现可控核聚变的工程化应用。人类对第四次工业革命中的能源革命的技术路线相对清晰。下面重点讨论第四次工业革命需要什么样的物质生产革命和信息组织革命。

 造物革命

我们知道，工业化的本质是通过持续采用新技术和追求高效的专业化组织（增加能量利用总量和改进信息组织水平），来不断提升以产品设计和制造活动为核心的物质生产水平。设计是人类为实现某种特定目的（即将客观需求转化为满足该需求的人工系统，包括人工物理系统和人工抽象系统）而进行的创造性活动。制造是通过人力、工具、机器、化学、配方或生物等方法将设计的结果进行制作或生产出满足需求的人工物理系统，特别是将原材料批量地转化为产品。制造的产物则是设计主体思考所产生信息，通过动作承载到自然物质后的存在形态，即制造的本质是将设计信息承载到物质的过程。

经历了三次工业革命的洗礼后，现代设计制造技术的前沿即将触及人类在基础科学领域所创造成就的上限。设计制造技术的历次变革也伴随信息产生方式的变革（设计过程的革新：从原始思维向手工设计，从手工设计到CAD、CAM）、信息传输方式的变革（指令传输与处理系统的革新：从手工操作向机械传动，从机械传动向电控伺服）和信息作用方式的变革（工具与工艺方法的革新：从打磨、雕刻向刀具切削、从刀具切削向能量束加工）。在自动化与精密化这两个方向上，现代制造业的对象物质已发展至超合金、工程陶瓷、甚至金刚石等超难加工材料，其空间尺度已逼近物质基本单元极限——原子级，其时间粒度已进入飞秒领域，其所用工具经历了传统金属刀具、合金/陶瓷刀具、金刚石刀具、以及激光/电子束/等离子体等能量束工具。面对第四次工业革命的召唤，制造技术或物质生产技术的革命路在何方？

安世亚太认为，第四次工业革命的造物革命就是基于增材思维的先进设计与智能制造（图4），以破解头三次工业革命遗留下来的设计制造一体化困局（未站在系统高度把握产品设计、工艺设计和制造过程，造成设计与工艺、设计与制造之间各自为政、互相对立、严重脱节）；作为新一代的物质生产技术，它将与新一代信息技术深度融合，成为第四次工业革命的核心技术引擎。

图4 基于增材思维的先进设计与智能制造。来源：安世亚太

为什么并不新鲜的增材制造技术成为其中的核心？直到现在，不少人提到增材制造或3D打印技术时，将其等同于快速成型技术，定位在单件或小样加工场景，想到的是实现复杂结构、轻量化、个性化以及快速样品制作，最多再加上压缩零部件供应链、实现中间件的零库存等。增材制造技术的价值仅止于此么？

增材制造从根本上改变了传统制造技术与材料技术相互割裂的发展局面。增材制造技术作为数字技术驱动下、回归自然界“生长造物”的新方法，设备有充分的时空窗口对建造物质的物性进行细粒度、高分辨率的主动控制，所输出三维实体既承载了高密度的形状信息，也被附加了高分辨率的材料物性信息，使得最终制品的成形与定性得以同步完成。

增材制造将更精密的设计信息承载到物理实体上，意味着所生成制品具有更强的功能性，进而带来性能的飞跃。因此，在实现材尽其能、物尽其用，释放复杂成形能力的表象下，增材制造的真正价值在于回归设计本源，重塑增材思维，实现造物不止于形的造物革命。

图5 安世亚太利用数字孪生体建立无人值守激光粉床自动化生产系统。来源：安世亚太

 万物源自比特

如同新的能源革命和造物革命一样，第四次工业革命也需要新的信息革命；而且这一新的信息革命毫无疑问需要从底层的科学革命获取力量。众多物理学家相信，“信息”的概念也许会成为物理学新进展的关键。正如物理学家们正在致力于统一物理学的万有理论，这一新的信息革命也需要对“信息”的统一定义，从香农信息，到DIKW的信息，再到量子信息。在这一领域，美国理论物理学家约翰·惠勒（John A. Wheeler）的论断最为大胆。

约翰·惠勒是广义相对论领域的重要学者和宗师，他是核裂变的先驱、玻尔的学生、费曼的老师、黑洞和虫洞的命名者，曾与诺贝尔物理奖擦肩而过。他参与了二十世纪最伟大的两场物理学思想革命——广义相对论和量子力学，通过对黑洞体系的研究，注意到了这两个理论间的不协调。他提出一个论断，宇宙及其所包含的一切（it）可能都起源于测量的“是/否”选择（bit），所有物质——任何粒子、任何力场，甚至时空连续统本身——将其功能、意义乃至其全部存在归因于比特。即当我们看太阳、月亮、星系或者一个原子时，它们的本质是储存在它们里面的信息。

’It from bit’ symbolizes the idea that every item of the physical world has at bottom—at a very deep bottom, in most instances—an immaterial source and explanation; that what we call reality arises in the last analysis from the posing of yes-no questions and the registering of equipment-evoked responses; in short, that all things physical are information-theoretic in origin and this is a participatory universe.

图6 约翰·惠勒的万物源自比特。来源：安世亚太

“万物源自比特（It from bit）”的想法打开了解决量子力学和广义相对论统一问题的一扇窗户。惠勒将自己一生的研究归结为三个时期：第一个时期从学术生涯的起点到1950年代早期，相信“万物皆粒子”；第二个时期从1952年到学术生涯的晚期，改信“万物皆场”；第三个时期在其75岁（1986年）前后，提出全新的观点——万物皆信息，相信逻辑和信息对于物理学理论具有基础性作用（图6）。

笔者把惠勒的“万物源自比特”作为第四次工业革命的典型（核心）观点，相信惠勒对量子理论中看似荒谬部分的思考，绝不是毫无价值的空想，终有一天它们会有最实际的应用，甚至推动第四次工业革命的发展。

 数字孪生（Digital Twinning）

惠勒的论断也为我们构建数字孪生体的概念模型打开了一扇窗，促使我们思考物质和信息底层的哲学关系，按照图3构建面向数字孪生体的学科体系框架。我们相信，数字孪生体为跨层级、跨尺度的现实世界和虚拟世界建立了沟通的桥梁，是第四次工业革命的通用目的技术和核心技术体系之一，是支撑万物互联的综合技术体系，是数字经济发展的基础，是未来智能时代的信息基础设施。接下来的十年（21世纪20年代）将成为“数字孪生体时代”。

图7 从系统思维和数学思维出发看数字化和信息化的边界。来源：安世亚太

 图8 数字孪生体概念模型片段。来源：安世亚太

另一方面，尽管有数学在科学体系中的基础性作用，以及惠勒强调信息的基础性作用，但数学的边界让我们对数字化和信息化的边界也有所了解，从而指导我们对数字孪生体的建模（图7，图8）。

 结语

历史，既是考古学，又是未来学。人类文明进程和历次工业革命的历史告诉我们，面对任何一个时代大幕开启时的变迁和颠覆，都是拥有想象力者才拥有未来。这样的想象力，来自于我们对“变”和“常”的把握：把握住文明进程中物质生产、能量利用和信息组织的互动规律，我们才能始终清晰地锁定所要追求的价值目标，不为各种骚动所诱惑；把握住第四次工业革命中的造物革命和信息革命的新形势、新问题、新需求、新资源，我们才能不至于在思维定势中固步自封。这也是为什么安世亚太投身于基于增材思维的先进设计与智能制造和数字孪生产业的原因。

后记

尼古拉·卡尔达肖夫、卡尔·萨根、约翰·惠勒、史蒂芬·霍金、弗里曼·戴森分别于2019年、1996年、2008年、2018年、2020年逝世。加来道雄今年73岁，杨振宁今年98岁。向这些爱因斯坦之后为人类文明可持续发展指引方向的先哲和大师致敬。

致谢

感谢杭州德迪智能科技有限公司俞红祥老师对本文的贡献。

参考文献

1. 段海波. 数字孪生体的标准化之路 [EB/OL]. 数字孪生体实验室微信公号,2020-1-16.

2. 段海波.为什么需要给数字孪生加上一个“体”字？[EB/OL]. 数字孪生体实验室微信公号,2019-11-21.

3. 数字孪生体实验室. 数字孪生体技术白皮书（2019）[EB/OL]. 数字孪生体实验室微信公号,2019-12-27.

4. Carl Sagan. Cosmic Connection: An Extraterrestrial Perspective [M]. DELL Publishing Co Inc,1973.

5. [美] 加来道雄/Michio Kaku. 物理学的未来：科学是怎样决定人类的命运和改变2100年我们的日常生活/ Physics of the Future: How Science Will Shape Human Destiny and Our Daily Lives by the Year 2100 [M]. 重庆出版社, 2012 / Doubleday,2011.

6. 严鹏, 陈文佳. 工业革命：历史、理论与诠释[M]. 社会科学文献出版社, 2019.

7. 段海波. 当正向设计“遇见”增材制造[EB/OL]. 安世亚太微信公号,2018-2-8.

8. 无人值守！安世亚太激光粉床自动化生产系统助力防控战“疫”[EB/OL]. 安世亚太微信公号, 2020-3-5.

9. John Archibald Wheeler. Information, physics, quantum: the searchfor links [C]. Proceedings III International Symposium on Foundations of Quantum Mechanics, Tokyo, 1989.

段海波

博士，安世亚太公司咨询总工程师，数字孪生体实验室北美分部主任。

INCOSE CSEP (2017)，MATRIZ三级认证 (2005)；ISO/TC184/SC4、SAC/TC159/SC4和SAC/TC28/SC7委员。

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但是，根据3D科学谷的市场观察，大多数公司尚不具备能够面向增材制造的设计能力，从而充分利用3D打印技术潜力的方式来实现面向功能实现的优化设计。目前这种深层次的正向设计能力不仅在国内，在世界范围内也是缺乏的。

这种深层次的正向设计能力要求从根本上的范式转变，从人类设计者为主导的世界转变为计算机算法影响主要设计决策的世界。因此，设计和工程领域正在经历从“计算机辅助设计”向“计算机创成设计”的转变。增材制造-3D打印是催化这种设计范式转变发生的技术。

当今的设计和建模软件使用户能够针对成本和功能两个维度来优化增材制造-3D打印零件。图片来源：additivemanufacturing

 成本与功能的两大维度

过去几年中，关于增材制造如何实现结构一体化的产品这样的技术话题已有很多讨论。这意味着增材制造使得公司能够制造那些传统技术难以实现的几何形状。从理论上讲，这为设计师和工程师创造了以前无法企及的设计的巨大机会。然而，这在实践中常常被证明是困难的，这使得增材制造的采用比很多人所预期的要慢得多。

增材制造-3D打印的零件与传统制造的零件比较

随着更多的企业了解增材制造的可能性，对可以优化产品几何形状并打印以前无法实现的设计的软件系统的需求正在增长。优化的几何形状减少了材料浪费，因为所分布的材料量仅是零件功能要求所需要的。优化的几何形状还可以通过减少零件的重量或优化其功能来提高零件最终使用的效率。

通过单个的结构一体化3D打印零件替换原来的多个组件，一个典型的案例是通过用优化的增材制造零件替换3D打印机的组件，惠普降低了30％以上的成本，并缩短了交货时间。这个结构一体化零件是将冷却空气引入打印头的管道。惠普意识到，如果导管是注模成型的，那么它将需要多达六个单独的零件以及必要的组装步骤来生产。但是，如果使用3D打印技术打印风管，则可以将风管作为单个零件制造，从而节省多达34％的初始成本，并缩短了交货时间。

将多个零件通过3D打印实现结构一体化制造，带来了成本的节约

不过这个案例并不是那么轻松的实现的，最初的时候惠普不知道的是，尽管他们的整合风道设计比传统制造的设计便宜，但效率却不如预期。

由于Multi-Jet Fusion 3D打印机中的打印头在打印过程中会暴露在高温下。热量会对打印头的使用寿命产生不利影响，因此热量管理成为HP Multi Jet Fusion打印机设计的重要方面。

HP为他们的300/500系列打印机设计的风管部件是系统中专门用于机器内部此类热管理的部分。该系统通过风扇和一系列管道将新鲜的冷却空气从打印托架的外部输送到打印头的位置。

尽管该系统通过减少零件的成本进行了优化，但其优化程度还不到一个层次。通过与西门子合作，惠普了解到冷却系统仍有改进的潜力。

如前所述，HP打印机的内部管道已经在HP的初始设计中进行了成本优化。根据3D科学谷的市场观察，通过使用Siemens的STAR-CCM +和NX软件，该团队不仅能够优化管道，而且还能优化管道性能。

优化管道性能

利用基于Star-CCM +的计算流体动力学（CFD）模拟的一种拓扑优化，该团队能够实现一种截然不同的风管设计，与传统设计相比，其风道性能预计可提高22％。

此过程的另一个积极成果是减少了设计零件所需的时间。原来的零件通过传统的CAD建模技术进行了四个月的设计。但是，STAR CCM +的仿真驱动设计过程以及使用NX进行几何优化的结果是，最终设计时间仅为4周。

优化后的管道（右）

新的设计包含了人类难以手工实现的几何形状，该几何形状专门针对惠普管道系统进行了优化。设计过程是基于对高压通风管系统中气流的模拟，从而获得高度自动化的定制化优化解决方案。这使得对应着不同的冷却要求，所获得的管道部件的几何形状完全不同。

3D科学谷概括起来上述的努力即为新的风管部件在两个维度进行了优化：将多个零件组合为单个零件是第一个优化。第二个维度是将几何形状进一步优化，旨在优化系统性能。在惠普的管道案例中，这种双维度的优化是通过NX和Star-CCM +现代设计和仿真软件实现的。

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EOS首席技术官Tobias Abeln博士表示：“我们理解客户在工业4.0大环境下面临的挑战以及对提高生产力的迫切需求。EOS的软件解决方案能够为增材制造的所有流程步骤提供支持——在增材制造构建环节中，EOSPRINT能够为其提供高效准备；在部件质量监控环节，EOSTATE套件能够做到监控把关；而EOSCONNECT则实现了所有收集到的机器和生产数据都能被实时使用。”Abeln补充道：“为此，EOS提供了一个开放式接口，不仅能够与智能EOS应用程序集成，提高生产力，还能与第三方应用程序集成。通过这种方式，我们为企业真正整合增材制造工艺融入工业生产环境奠定了基础。”

- EOSPRINT 2 –工作及流程管理
EOSPRINT 2是一个直观，开放且高效的计算机辅助制造（CAM）工具，可让企业优化计算机辅助设计(CAD)数据。通过与数据预处理软件如Siemens NX™或Magics整合，它能为工程师提供充足的增材制造计算机辅助制造（CAM）环境，工程师们能够从可随时投入生产的设计中充分体验到增材制造的益处。

EOSPRINT 2有Z轴分割和独特曝光模式等多种新兴技术支撑以提高生产力，推动增材制造整合进入批量化生产流程。其参考点校准功能有益于将增材制造与后处理机械集成。该功能对于在不同类型的机床上设置相同的零点至关重要，例如铣床和车床以及工业3D打印。此外，EOSPRINT还提供实验设计（DoE）设定功能来辅助材料和工艺开发。

图片：新一代EOS软件——完全集成于生产制造流程（资料来源：EOS）

- EOSTATE-过程监控套件
EOSTATE是一个自动化和智能化的多监控套件，为客户提供所有生产过程实时监控以及质量相关参数。它由四个不同的监测工具组成：系统，粉床，熔池和光学断层扫描（Exposure 0T）。

EOSTATE Exposure OT为金属3D打印过程提供实时摄像监控。这一解决方案在增材制造整个过程中可逐层完整绘制任意形状或尺寸的部件。通过与EOS的战略合作伙伴MTU航空发动机公司的紧密开发合作，EOSTATE Exposure OT通过在上游阶段检测出那些存在潜在缺陷的部件，使用户能够大大降低制造过程后通过计算机断层扫描的无损检测成本。

EOSTATE MeltPool将复杂的熔化过程变得可视、透明。在建造过程中，这套工具通过传感器来测算熔池的光辐射，为此，该系统利用精密硬件将处理的激光与反射的激光分开。这样所捕获的数据是被软件系统额外处理和分析过的。EOSTATE MeltPool非常适合那些希望推进其研究和工程开发或优化制造方法的用户。

- EOSCONEECT-工业级互联
EOS解决方案不仅与企业资源计划（ERP）和制造执行系统（MES）解决方案高度相关，同时也为即将发展起来的数字市场和物联网平台提供服务。EOSCONNECT将成为提高灵活性和生产力的先进开路者，它使机器和生产的数据能够被实时采集及运用。 EOS甚至可以提供一个直观的应用程序来在任何智能终端上显示所有数据。这将进一步帮助实现机器监控的全面性和便捷性。

图片：未来工厂是数字化的：用于工业3D打印的EOS解决方案提升了生产的灵活性和高效性。（资料来源：EOS）

这种高度连接保证了两个有益结果：首先，企业可以将生产数据无缝切换到计算机辅助质量（CAQ）系统中以确保可追溯性，帮助他们检验生产过程。另外，可视化以及实时的生产KPI读数提供了生产过程的高透明度，也能使企业收益。最终，这一高度的连接提升了企业生产力。

来源：EOS

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