增材制造作為一項新的制造技術，如要充分利用其所帶來的顛覆性變革，就必須要求對傳統的工程設計流程進行重新思考。根據羅蘭貝格的增材制造公開報告《Additive Manufacturing – next generation》，一個增材制造零件，從工程設計到制造，所經歷的典型增材制造軟件流程鏈的變化，如圖1：

圖1－增材制造的全軟件流升級

信息來源：羅蘭貝格報告《Additive Manufacturing – next generation》，

南山工業書院整理

眾所周知，傳統的工程設計中，零件的設計主要由CAD和有限元分析軟件來完成，其中包括計算流體力學仿真，基于模型定義的仿真。而增材制造軟件流，在傳統的工程設計流程中增加了更為先進的拓撲優化和結構晶格化兩個環節，通過不斷的仿真優化，迭代出最優方案。經過拓撲優化設計出的復雜零部件，其精致程度甚至與仿生學設計相似，能夠達到常規制造方法無法企及的高水平，在成本方面，更是遠遠低于功能性設計。

這種面向增材制造的軟件仿真體系，符合產品設計的發展趨勢，既能實現新穎、輕量化的設計，又能大大減少對設計者的經驗要求從根本上釋放仿真技術的價值，從而支撐企業研發創新。

面向增材制造的軟件體系，既在工程設計中的具有較高關聯性，又能為增材加工過程提供強大支持，從設計到制造，陪伴著一個零件從無到有的 “成長”，在增材制造中扮演著越來越重要的角色。

增材制造軟件產業的發展趨勢是全面整合與集成。在工程方面，當前還沒有任何一家公司能夠覆蓋增材制造軟件的全流程。無論是為增材制造提供產品和服務的軟件供應商，還是增材制造企業自身，都在不斷整合軟件資源，紛紛在增材制造軟件領域布局。

1、Autodesk

Autodesk 公司作為全球最大的二維、三維設計和工程軟件公司代表，在近幾年連續收購了幾家專注于增材加工環節的專業公司后，極有可能成為第一個能夠為增材加工提供全方位軟件解決方案的公司。

第一個階段：核心業務，主要包括傳統設計和仿真解決方案（計算機輔助設計，有限元分析，計算流體力學仿真，基于模型定義的仿真）；

第二個階段：2014年收購WITHIN，其主要業務為設計優化軟件（基于有限元分析的優化，結構晶格化）；

第三個階段：2015年收購NetFabb，其主要業務為專注于3D打印的軟件（生成支撐結構，分層切片，激光術路徑和參數優化）。

圖2－Autodesk 公司并購路線圖

信息來源：羅蘭貝格報告《Additive Manufacturing – next generation》，

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Autodesk公司覆蓋整個AM軟件流程鏈如圖3所示，邊加強3D設計工作，同時在推廣3D打印技術，在虛實融合的新型制造中，Autodesk選擇了增材制造。正在爆發的3D打印革命有望將工業制造能力重新引入大眾制造，有望促進個體的工業設計力量與大型工業系統的融合。

圖3－Autodesk 布局3D設計與推廣

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從增材制造全價值鏈的高度來看，工程部分只是增材加工過程的一個組成部分，首個集成化的軟件平臺已經誕生，其全流程如圖4：

圖4－集成化的軟件平臺全流程

信息來源：南山工業書院分析整理

2、3D systems

3D systems作為世界上增材制造的領軍企業，同時也是業內的瘋狂收購者，在短短幾年時間內，3D Systems成功地進行了20多次收并購，其中不乏軟件公司，如圖5，其在增材制造軟件領域布局與擴張的雄心可見一斑。

2013年1月，3D systems收購Geomagic，Geomagic是一家世界級的軟件及服務公司。其軟件和服務在眾多工業領域，比如汽車、航空、醫療設備和消費產品都有應用。其3D CAD設計、檢測和掃描軟件技術，為3D Systems構建起軟件平臺，這無疑會大大拓展3D Systems的產品陣容，并加快其進入工業打印機領域的進程。

2013年8月3D Systems公司于8月5日宣布收購TeamPlatform 。TeamPlatform是基于云計算協同設計和項目管理的平臺，通過該平臺，可以使產品設計、工程服務和制造業公司共享數據以及方便地進行3D打印項目合作。3D Systems公司表示，它計劃盡快將TeamPlatform的技術融入其產品領域，包括Geomagic解決方案和Cubify平臺。

圖5－3Dsystems收購Geomagic和TeamPlatform

信息來源：公開信息，南山工業書院整理

3、SIEMENS

近年來，為進一步鞏固在工業軟件領域的霸主地位，SIEMENS一方面頻頻出手進行了令人眼花繚亂并購與整合，另一方面則積極致力于下游行業應用與解決方案的開發，增材制造便其所關注的重要領域之一。

2016年底，SIEMENS與德國通快（TRUMPF）宣布將共同合作開發一款軟件解決方案，將用于增材制造的NX軟件技術與TRUMPF生成處理器技術進行整合，實現在集成化的軟件環境中解決整個數字流程鏈，無需使用單獨的應用程序進行零件設計和數據準備。將使得金屬零部件的增材制造過程成為生產過程中一個不可或缺的組成部分，從而推動激光金屬熔合技術的工業化。

2017年1月，SIEMENS發布基于集成的設計、仿真、數字制造、數據和工藝管理軟件的全新增材制造綜合解決方案。集成的解決方案將在所有階段使用智能產品模型，無需在應用或工藝之間轉換或翻譯，同時使用新的拓撲優化功能實現設計的自動生成。

同月，與知名比利時3D打印公司瑪瑞斯（Materialise）簽訂協議，共同打造一套面向增材制造技術設計和制造的無縫流程，將專注于精簡與優化增材制造流程的設計。

2017年3月，科羅拉多州的軟件公司Frustum也對外發布消息稱，其將為Siemens NX軟件提供拓撲優化生成器，SIEMENS將把Frustum的技術添加到其“端到端添加劑制造解決方案”中，以便更好地幫助工程師為3D打印優化零件設計，全面加快設計流程，讓逆向工程成為產品設計領域更普遍、更有效的操作。

與GE Additive針對OEM的收購與整合戰略相比，SIEMENS通過NX推進其3D軟件解決方案和工業3D打印應用的這一套“軟技法”可謂另辟蹊徑。

事實上，很多軟件公司都在尋找著機會。微軟曾在Win8．1中就開始嘗試讓3D打印變得更簡單。而Win10中已經集成了Autodesk的3D打印功能，創造出一種易于使用的文件格式，可以直接用于3D打印機。從某種意義上說，它也是一種行業標準。在3D打印桌面機軟件方面，微軟一直在努力。相信3D打印終將進入家庭，像2D打印機一樣普及。

比利時的Materialise公司與荷蘭的Additive Industries公司都已經在打造基于AM過程控制與集成的多功能軟件平臺，提供更高效化快捷的管理方案，并已在常規批量生產中得到驗證，如圖6所示。

圖6－Materialise公司Additive Industries公司的軟件平臺布局

信息來源：公開信息，南山工業書院整理

由此看來，集成化的軟件平臺不是僅僅服務于增材制造的工程環節，而是貫穿設計、開發、仿真／樣機構建、試驗及售后等各個階段、不可或缺的中堅力量。

首先，從產品設計的角度，以軟件為主導的創新，已經體現在傳統的研發設計和仿真驗證當中。增材制造則在傳統CAE軟件流的基礎上，進一步補充了增材制造的專業軟件來深度優化產品設計，例如拓撲優化和晶格結構化的軟件。

其次，軟件不僅與產品有著越來越強的相關性，而且也為增材制造技術開發和增材制造工藝方面提供了強大的支持，正所謂傳統工程技術環節越來越趨同于軟件工程。

最后，為了更有效地滿足市場需求和贏得市場競爭，越來越多的軟件供應商致力于通過打造集成化的軟件平臺來強化自身平臺化服務能力，來取代以往僅僅向客戶供應單一軟件的業務模式。而增材制造領域對于軟件平臺的需求已經形成，各種相關應用自然就會層出不窮。

結語

作為一項正在走向新征程的制造技術，增材制造的發展必然會跳出傳統加工制造的范式，不會是簡單的用增材制造去替代現有加工方法，而是尋求與傳統加工的有效互補與融合，最終形成更具期待性的產業價值鏈。

而軟件，無疑將扮演越來越重要的角色，甚至成為增材制造領域市場競爭的關鍵決勝要素之一。