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3D打印從模型的建模，到生產(chǎn)工藝、加工參數、仿真、材料性能、產(chǎn)品質(zhì)量、供應鏈可以說(shuō)產(chǎn)生了海量的數據。
僅僅是金屬3D打印過(guò)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據，為3D打印帶來(lái)困惑的同時(shí)也帶來(lái)了機遇。
本期，3D科學(xué)谷與谷友一起來(lái)感受如何理性看到大數據為3D打印帶來(lái)的機會(huì )？究竟大數據在3D打印領(lǐng)域是工具還是亦可以成為一種商業(yè)模式？
數據實(shí)現定制生產(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。以前是公司需要預測生產(chǎn)什么，生產(chǎn)多少量，然后進(jìn)行生產(chǎn)，經(jīng)常會(huì )出現產(chǎn)能過(guò)?；蛘卟蛔愕默F象。而3D打印可以實(shí)現安需生產(chǎn)，拿到定制化訂單，快速生產(chǎn)，零庫存，快速發(fā)貨。
數據流在這其中發(fā)揮了什么作用呢？就拿醫用鞋墊的生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，醫生使用三維掃描獲取用戶(hù)腳部數據，然后將掃描數據提供給設計師。設計師根據掃描數據進(jìn)行建模以及設計優(yōu)化，讓用戶(hù)腳部數據與鞋墊足夠擬合。設計數據提交給3D打印機將鞋墊打印出來(lái)。3D打印機的地點(diǎn)則非常靈活，既可以是制造商的3D打印機，也可以是醫院的3D打印機，甚至可以是用戶(hù)附近的3D打印機。
3D科學(xué)谷認為3D打印的技術(shù)特點(diǎn)帶來(lái)了供應鏈的變化，供應鏈的變化帶來(lái)了數據流的變化，而數據流的變化進(jìn)一步增強了3D打印在應用端的滲透能力。
另外，CAD建模與產(chǎn)品是對應的，這些文件是巨大的、復雜的，這必然意味著(zhù)他們需要更多的服務(wù)器存儲空間，嚴格的安全性和敏銳的歸檔方法。圍繞著(zhù)這其中的需求，3D科學(xué)谷認為還將誕生出大數據＋3D打印更多的商業(yè)模式。而在這方面，以America Makes引領(lǐng)的美國增材制造行業(yè)已經(jīng)在進(jìn)行積極的布局。
America Makes的大數據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(guò)數據關(guān)鍵詞記錄形成“能力數據庫”，該數據庫只有注冊會(huì )員才能夠查詢(xún)和使用。通過(guò)這個(gè)數據庫，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，全面提升增材制造技術(shù)的應用和發(fā)展。
America Makes的數據庫還與半開(kāi)放型的Senvol數據庫對接，以增強其用戶(hù)從上游供應商搜索到加工過(guò)程決策的無(wú)縫銜接需求。Senvol數據庫，就像是一個(gè)增材制造行業(yè)的Google, 包含了工業(yè)增材制造設備和材料的數據。用戶(hù)可以在上面根據自己的需求搜索與之相關(guān)的信息。其強大的專(zhuān)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 )比傳統工藝更加有效。這個(gè)算法分析了整個(gè)供應鏈，并考慮了諸如庫存、停機時(shí)間和運輸等各項因素。
數據源質(zhì)量保證
通用電氣航空公司將在2020年通過(guò)3D打印生產(chǎn)10萬(wàn)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(wú)數的因素會(huì )影響最終產(chǎn)品的結果，包括溫度、取向、變形、收縮、膨脹、結構完整性等。
為了增強對增材制造過(guò)程中各個(gè)變量之間發(fā)生的相互影響，美國國防部先進(jìn)研究項目局（DARPA）的Open Manufacturing開(kāi)放制造計劃旨在通過(guò)數據來(lái)了解制造。DARPA指出，為了使3D打印成為復雜軍工部件——比如飛機機翼——制造的主流技術(shù)，就需要對“基于不同屬性和性能材料的各種制造方法所產(chǎn)生的細微差別”有深入的了解。由于無(wú)法對3D打印出來(lái)的每一個(gè)部件都進(jìn)行測試，目前能做的是對某一個(gè)特定的生產(chǎn)批次中的極少數產(chǎn)品進(jìn)行測試，然后由抽樣測試的產(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(kāi)放式制造項目對于增材制造的未來(lái)如此重要的原因：因為對于技術(shù)和材料的透徹了解能夠幫助公司節省大量的時(shí)間和金錢(qián)。
3D科學(xué)谷認為除了像美國國防部的開(kāi)放制造計劃這樣采集眾多的加工數據來(lái)實(shí)現對增材制造的理解，過(guò)程中的監控手段必不可少，在金屬熔融的過(guò)程中有超過(guò)50種不同的因素在發(fā)揮著(zhù)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力，以及對材料性能——包括硬度和強度等各種變量相互關(guān)系的研究不足導致了3D打印工藝難以量化控制。金屬粉末熔化不當導致零件的內部缺陷，即使現有的技術(shù)難以控制金屬熔化的過(guò)程，即時(shí)的監測必不可少。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(guān)層面的設置跟加工過(guò)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(guò)程控制被稱(chēng)為過(guò)程質(zhì)量保證，是西格瑪實(shí)驗室獨特的（iPQA™）技術(shù)。這樣可以提高生產(chǎn)效率，并實(shí)現制造業(yè)務(wù)精益戰略。
當然僅僅通過(guò)Sigma Labs實(shí)現過(guò)程中監測與控制是不夠的，3D科學(xué)谷看到國際上尤其是仿真軟件正在為過(guò)程前的建模優(yōu)化與加工參數設置而發(fā)力。通過(guò)仿真對材料屬性在增材制造過(guò)程中發(fā)揮的作用，減少昂貴材料的浪費，以及避免試驗不通過(guò)的材料情況發(fā)生，在這方面，仿真軟件的設計是個(gè)大數據的活。仿真軟件需要與機器制造商合作，以獲得設備的物理參數權利；需要與材料供應商合作，以保證材料科學(xué)指標是正確的；需要與測試專(zhuān)家合作，以確保正在測試的零件是正確的；需要和與用戶(hù)合作，以確保得到更多的預測結果與實(shí)際效果之間匹配的權利。根據所有的材料、設備和產(chǎn)品的關(guān)鍵信息，預測如何改變材料，機器和建模。這些數據的獲得與反饋將形成一套對增材制造的閉環(huán)控制體系，而無(wú)疑大數據在其中發(fā)揮了重要的作用。
其他
另一個(gè)層面，3D打印與大數據“手拉手”的還涉及到數據可視化領(lǐng)域。3D科學(xué)谷看到作為全球數據大爆炸的時(shí)代，所有行業(yè)的公司都正在尋找創(chuàng )新的方式，使他們的數據更有價(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)用程序作為一種數據可視化工具，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(guò)投影機顯示學(xué)校的各種數據，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，用于顯示變量的數據輸入。
而在硬件方面，3D打印也進(jìn)一步推動(dòng)了大數據存儲技術(shù)的提升。3D打印存儲驅動(dòng)器、服務(wù)器組件、電路板和其他技術(shù)。從理論上說(shuō)，這些通過(guò)3D打印的驅動(dòng)器又可以承載大數據。
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