打破陈规：利用 3D 打印缩短产品开发周期
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3D 打印 (3DP) 是数字制造的核心，但需要强大的技术工具才能驱动当今的产品开发工作流程。
经验丰富的设计工程师回忆起制造业的“旧时光”时，可能并不会觉得特别美好，因为那时他们既要用 2D 绘制产品创意，又要选择看起来较为可行的设计迭代，还要与工厂合作创建生产物理原型所需的模具和工具组合。然后再等上数周或数月，才能等到生产流程准备妥当。与此同时，公司还要祈祷竞争对手不会在上市速度上击败他们，也不会因为无法预见的设计缺陷而生产出数以百万计的不合格产品。
3D 打印正在改变这一切。3DP 与强大的计算能力相结合，可以构建出稳定可靠的设计迭代，让以往难以企及的设计灵活性和工作流程效率成为制造业的主流，改善从原型设计到生产的各个阶段。
“数字制造加速了整个工作流程，”惠普研究员兼惠普 Z 系列产品首席技术专家 Bruce Blaho 解释道，“我们的目标是缩短从创意设计到产品交付所用的时间。”
让我们快速了解一下 3D 打印工作流程、相关用例，以及产品开发人员及其公司从中获得的优势。
“我们的目标是缩短从创意设计到产品交付所用的时间。”
Bruce Blaho
惠普研究员兼惠普 Z 系列产品首席技术专家
工作流程：
快速原型制作
在数小时内完成创建、测试和迭代
在过去，说这是天方夜谭也不为过；产品设计必须通过注塑成型等工艺才能进行批量生产，而制造模具需要花费大量的时间和成本。即便如此，设计师也无法确定成品究竟如何，比如手机壳和手机之间可能会出现意料之外的设计冲突，然后设计师又不得不重新开始设计，而已经生产出的大量失败原型都会被丢入垃圾桶。
“当设计师够对设计进行迭代时，如果能打印出一次性原型将起到很大帮助，这样既可验证屏幕上显示的图纸是否可以转化为现实世界中的合格产品，”Blaho 解释道，“借助快速原型制作，企业可以毫不犹豫地投入数百万美元来构建模具，因为他们确信生产出的产品不会出现差错。”
走向普及之路：
3D 打印发展简史
3D 打印的历史可以追溯到约 20 年前，只是一群业余爱好者、消费者和创业者手中的新奇工具。大约五年前，惠普进入了这个市场，帮助 3DP 在商业制造领域站稳了脚跟。
设计模拟
为产品设计师赋予“超能力”
如今，创作方式不断升级——从 2D CAD 到 3D CAD 再到参数化设计——这些工具的目的都是捕捉设计师脑中的想法。
而设计革命的下一步 — 也就是生成式设计，已能够将 3D 打印和模拟相结合，能够让不同的想法交汇在一起。设计师们发现工作站就像是一个能力突出的合作伙伴，不仅可以协助他们完成设计工作，还能够加速工程设计工作流程。
“3D 打印开辟了一个全新的设计空间，这在以前是不可想象的，因为没有适合的工具来打造这个空间。”
Bruce Blaho
惠普研究员兼惠普 Z 系列产品首席技术专家
经过深度学习训练的 AI 应用可以执行复杂的数学计算，工作站可以自动生成千百个设计迭代方案，然后通过简化的流程快速地模拟这些方案。这项应用实际上是提前为设计师审查各个设计方案，然后选择其中可行性相对较高的“优胜者”。
这些模拟会把与设计方案的几何形状相关的因素悉数纳入考量之中，包括设计目标、成本、参数、材料、热因素、流体流量和风流量。正因为如此，“这些覆盖广泛的高分辨率模拟可能会持续好几个小时，”Blaho 说道，“所以你需要强大的计算能力，而一台性能强劲的工作站能让你事半功倍。”
用例：
小批量生产
将定制推向大众
个性化和利基市场势头日盛，但它们对于传统的大规模生产模式来说过于昂贵，且难度巨大。然而，3D 打印使产品定制变得更加容易，从为小客户提供数量有限的同一产品，到为一个大客户进行量身定制的设计。
例如，我们可以在店内从个人消费者身上收集 3D 生理数据，根据这些数据完成设计产品，然后在数字工厂中将它们打印出来。SmileDirectClub 用定制的塑料矫正器取代传统的金属牙套，为正畸行业带来颠覆性的变革。其他惠普客户应用还包括在汽车装配线中使用的定制化气动夹具，以及根据客户特定安全标准制造的自行车和工作头盔。
分布式制造
将危机各个击破
您不仅需要能够快速地批量制造大小合适的部件，并且在打印出这些部件之前，您还需要找到一种恰当的设计方法。从免接触式开门器到检测试剂盒的鼻拭子，再到口罩和呼吸机等其他医疗设备，Blaho 表示，世界突然意识到“在几个星期前，我们或许对某些材料和部件还一无所知，而现在我们迫切地需要它们。”
虽然仅凭一台 3D 打印机无法快速生产出数百万件物品，但通过将数字设计方案从工作站分享至世界各地的站点，疫情爆发地区的医疗机构便得以打印出所需要的物品，依托大众的力量共克时艰。
“以前我们为了一个小小的部件，需要花费六个星期的时间和高昂的成本来制作相应的注塑模具，”Blaho 说道，“而现在我们只需几分钟即可将设计方案发送给合作伙伴，他们能够在几天内完成生产任务，然后将合格部件交付到需要的地方。”
在新冠疫情对供应链造成剧烈冲击的大背景下，这种生产流程的升级对制造业带来了长远的影响。“为了完成每年数百万个产品的生产任务，你不需要在工业中心内建立大型工厂，而是可以把设计图纸分发到世界各地的工厂。然后根据需要进行打印，这样既可以减少浪费，也可以提高效率。这就是未来的趋势——遍布全球各个城市的制造业。”
“为了完成每年数百万个产品的生产任务，你不需要在工业中心内建立大型工厂，而是可以把设计图纸分发到世界各地的工厂。然后根据需要进行打印，这样既可以减少浪费，也可以提高效率。这就是未来的趋势——遍布全球各个城市的制造业。”
Bruce Blaho，惠普研究员兼惠普 Z 系列产品
首席技术专家
优势：
加快上市速度
告别冗长的交付周期
即便设计和原型制作速度大幅加快，大规模生产模具仍然非常耗时。数字制造的一个关键优势在于，对于某些类型的产品，您可以在建造模具的同时利用 3D 打印为产品上市打好基础。
“虽然在完成设计后还需要等待工厂为批量生产做好准备，但借助 3D 打印，我们可以提前将产品推向市场，”Blaho 说道，“我可以立即开始配送，因为我对设计抱有十足的信心。”
虽然最终成本可能会比首批产品略高一些，因为会包含 3DP 部件，但抢在竞争对手之前进入市场所获得的好处让这点成本变得无足轻重。
突破创造力边界
给予创意人员自由创作的空间
“传统制造业在设计复杂度方面的限制由来已久，”Blaho 说道，“您须尽量保持简单 — 因为大道至简，这样才更容易生产。”
这意味着，有时即使波浪状的表面对消费者更有吸引力，或更符合部件的用途，设计师也必须采用更简单的平面设计。但得益于 3D 的数字化特点，设计师可以在工作站上尽情创造他们喜欢的东西；再复杂的程度也不在话下，而成本只取决于使用的材料量和打印所需的时间。“在 3D 打印技术出现之前，这种设计几乎是不可能的，”
Blaho 说道，“但现在这已经成为现实了。技术为我们打开了更有趣、更复杂的设计大门。当然，这需要强大的计算能力作为支撑。”
远程办公
在新的工作模式下保持业务发展势头
当新冠疫情来袭时，居家令让许多工程师和设计师都远离了重要的办公工具。IT 团队因此面临着一个严重的问题：他们负责为居家办公的员工提供技术支持，但普通员工平常用来连接办公室电脑的远程访问工具，很难满足这些远程计算密集型用户的需求。
“使用工作站进行远程工作有时非常困难。您需要创建 3D 模型、编辑视频、运行高性能计算应用、处理大量数据。传统的远程访问方式很难满足如此多的需求，”Blaho 解释道，“专为远程用户打造的 Z 系列解决方案让我们可以使用家里的一台轻便笔记本电脑，通过网络连接到工作站，而且无论这台工作站是在办公室、数据中心还是其他州或国家，你都可以对其进行快速流畅的访问，仿佛它就在你面前一样。”
“专为远程用户打造的 Z 系列解决方案让我们可以使用家里的一台轻便笔记本电脑，通过网络连接到工作站，而且无论这台工作站是在办公室、数据中心还是其他州或国家，你都可以对其进行快速流畅的访问，仿佛它就在你面前一样。”
Bruce Blaho
惠普研究员兼惠普 Z 系列产品首席技术专家
模型尺寸每年都在翻倍增加，这意味着数据科学家通常要处理数百 GB 甚至数 TB 的数据。“将这些数据传输到家中的电脑进行处理是不现实的，你需要在远程软件的帮助下‘去往’数据所在之处，”Blaho 说道，“在家里访问，但将处理数据的任务交给性能更强大的设备。”
有时用户需要搞定对业务至关重要的图形密集型项目，但因为种种原因无法前往现场，这时专为远程工作站用户设计的 Z 系列解决方案就可以帮助他们随时随地处理图形密集型项目。“很多公司告诉我们，是我们的技术让他们能够在新冠疫情肆虐全球的情况下正常开展业务。”Blaho 说道。
为什么 3DP
还没有风靡全球
鉴于 3D 打印在效率方面的巨大优势，有一点是毫无疑问的，涉及产品设计或产品开发的行业都将越来越依赖这项技术。不仅是消费品行业，汽车和航空航天行业也是如此。在这些行业中，金属框架、火箭喷管和列车门支架等部件每节约一盎司重量或实现一次安全改进，都对 GE、SpaceX 和 CAF 等公司意义重大。
但 3D 打印要想充分发挥潜力，进入价值数万亿美元的批量制造行业势在必行，而在实现这一目标之前，必须持续降低每个部件的成本。传统方法虽然目前在规模经济上更具成本效益，但也有其自身的缺点。
“全面数字制造将是人类社会自工业革命以来经历的又一场重大变革。”
Bruce Blaho
惠普研究员兼惠普 Z 系列产品首席技术专家
“如果你需要制造一百万个部件，注塑成型等传统的制造方法将是理想的选择，但如果你的设计方案经常发生改变，缺乏弹性的传统制造就有点捉襟见肘了，”Blaho 解释道，“不过，一旦你拥有正确的‘图纸’，而且造好了相应的模具，传统的制造方法将能够以非常低廉的成本生产出合格的产品。”
也许真正好的解决方案是取其精华，合二为一。设计师可以使用 3DP 制作出一次性原型，让设计进入理想状态，然后信心百倍地将设计图纸发送至使用传统制造工艺的生产车间。
为什么您的 3D 工作流程
需要惠普的支持
在数字产品开发中，时间是一项至关重要的因素。因此，您所选的流程支持技术断不应拖延您的脚步。惠普 Z 系列台式和移动工作站自推出以来，便扮演着行业领头羊的角色，为市场带来了创新的解决方案，推动着 3D 工作流程实现转型。我们的优势不仅仅体现在硬件方面。我们会持续地对设备进行优化和认证，以此保证运行前沿软件应用所需的强大性能。
惠普 Z 系列产品组合与惠普 3D 打印机相结合，可以打造出端到端的 3D 解决方案。您可以利用可扩展的平台快速发展业务，从原型设计平稳地过渡到最终部件生产，并且全程都使用相同的技术。这种丝滑流畅的体验可以使您专注于创意工作，而不是耗费大量的时间集成来自多个供应商的各种工具和系统。
“数字制造将是人类社会自工业革命以来经历的又一场重大变革，”Blaho 总结道，“人们在这方面的强烈愿望加上惠普为之投入的巨量资源，终会让它成为现实。”
3DP 与传统制造有何不同？
3D 打印的整体概念相当简单，即先使用电脑辅助设计 (CAD) 软件绘制数字图纸，然后将该图纸作为蓝本，用连续的薄层材料打印出三维立体物体。虽然适用于 3DP 的流程多种多样，但它们本质上都属于增材设计的范畴——通过增加材料来构建解决方案。这与传统的制造方法不同，传统的制造方法是减材设计——通过消耗现有的材料来制造部件。
适用于 3D 打印的惠普 Z 系列工作站
增材制造工作流程要求严苛，需要经过专门优化的高性能技术，以便运行 Creo Additive Manufacturing Extension、NX 和 CATIA 等软件应用。我们的移动和台式工作站经过专门的设计和测试，具备高频处理能力，能够加快 3D 打印工作流程。
推荐用于 3D 打印的产品：Z2 Mini 台式工作站和 ZBook Studio。
出色的设计功能
来自英特尔® 至强®
和英特尔® 酷睿™ i9 处理器。
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4AA7-7935CHP，2022 年 6 月