确保医疗增材制造的经济可行性:对Altair首席工程师Dave Coates的采访

以下是采访的节略。要查看完整的故事，请下载医用增材制造指南．

如何识别特定的罐头为增材制造选择零件?

科茨:对于对增材制造感兴趣的公司来说，把时间花在战略性地选择正确的零件上是很重要的。对于拥有小批量、高成本部件的公司或具有定制化竞争优势的部件来说，增材制造为其他制造工艺提供了一种具有竞争力的替代方案。

当客户使用模拟软件(特别是拓扑优化)采用审计流程来评估候选部件时，我们已经看到了一些最好的结果。这有助于确定减肥的机会。重新设计的过程从那里开始。在进行了几次之后，所涉及的团队获得了使用模拟和不断增长的知识的组合来战略地(和容易地)选择部件的经验。

在候选人选拔之后，模拟是否重要?

科茨:利用仿真来评估可制造性和预测零件行为可以节省大量过去花在试错上的钱。平均而言，使用仿真可以将低产量部件的成本降低50%至75%。我记得曾与一个客户一起重新设计增材制造的一个部件，客户估计成本在2000美元左右，这看起来非常高。当我们问它为什么要花费2000美元时，答案是，“好吧，打印一个零件只需要500美元，但我可能要做3次，4次或5次才能得到正确的制造参数，这样我才能提供一个高质量的零件。”模拟给了公司第一次正确打印的能力。

先进工具的可用性使设计人员能够在不受制造限制的情况下进行高效设计。设计师可以探索拓扑优化技术所支持的最优设计，然后决定提供最佳成本权重度量的制造过程。

分析通常被认为是虚拟测试，但是您的示例更多地是关于回答业务问题。你能解释一下模拟是如何影响成本和决策的吗?

科茨:在早期需要回答的一个好问题是，“满足性能需求所需的最小材料量是多少?”拓扑优化是一种生成设计的类型，使创造一个最优的设计，然后可以针对特定的制造过程。当一个优化设计产生时，它可以被约束和细化为任何制造过程。基于优化结果开发零件确保了高效、低成本和智能制造过程。这为在提供最佳成本-重量度量的过程中制造出性能更好的零件创造了机会。

模拟是利用增材制造众多好处的关键。它允许你探索不同的配置和布局的晶格结构，使用不同的材料，甚至在打印床上的部分的方向，以减少打印过程中所需的支持的数量。分析和优化可以确保你在成本、重量和性能方面获得最大的收益。

通过严格的模拟，下面的固体晶格髋关节植入物经过优化，与普通植入物相比，减轻了39%的重量和57%的应力屏蔽。优化设计的疲劳寿命超过1000万次。除了性能提高之外，设计过程中还考虑了印刷方面的因素，确保悬臂角度小于45度，以保证可制造性。

对于医疗增材制造是否有某些不同于其他行业的工艺或制造考虑?

科茨:当然，每个行业甚至你正在设计的每个产品都有自己独特的考虑和挑战。FDA的规定是医疗产品设计的独特组成部分。从美国联邦航空局(FAA)到汽车碰撞和排放测试，其他行业也有监管监督，但这些行业经常使用添加剂来重新设计已经符合这些标准的现有部件。

在许多情况下，医学界正在开发全新的解决方案，而以前没有指导存在，因此使用FDA控制作为初始设计变量是极其重要的，这样您就可以通过分析彻底地记录和验证性能。模拟可确保在开发周期的早期识别和解决潜在问题，这样您就有信心该部件将满足性能要求，并通过质量保证和物理测试阶段。

在着手医疗增材制造项目时，您希望每个人都考虑的关键信息是什么?

科茨:增材制造本身并不是灵丹妙药。制造方法的好坏取决于你提供给它的设计。为了最大限度地为患者提供价值，同时减少您的整体投资，产品设计和制造需要协调一致。我认为模拟和优化的使用势在必行，以达到一个最佳的零件设计为您所选择的制造方法。一种明智的设计方法，包括正确选择材料布局是至关重要的，但可能是增材制造最容易被忽视的方面是部分设计。拓扑优化详细说明了最小化应力分布的理想负载路径，使您相信您的部件不仅将是轻量化的，而且还满足您的成本、疲劳和性能标准。使工程师能够针对特定的用例单独调整部件或系统，使对患者的价值最大化，并使制造商在部件质量和上市时间方面具有明显的竞争优势。

设计和开发过程中的仿真也非常具有实用性。你需要能够保证设计的质量和一致性。通过模拟零件的制造、冷却、切割和回弹，您可以在制造问题发生之前预测和解决它们，并使用最少的支持，优化打印床的设计。原型阶段的反复试验是你的底线的绝对杀手，这就是为什么我坚信“第一次正确”的设计方法，由模拟和优化驱动。

如果你想充分利用增材制造的好处，你需要将模拟和优化结合起来，否则就有可能错失机会。

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