積層造形のための設計方法

2023年2月1日｜読書時間：4分

アディティブ・マニュファクチャリングが部品やコンポーネントの製造方法に革命をもたらしたように、製品の設計に対する考え方も完全に変わりました。この新しいアプローチが産業用3Dプリンティングプロセスにどのように不可欠な部分であるか、また、どの設計ツールが自由に使えるかをご覧ください。

産業用3Dプリンティングのための設計の最適化

付加製造プロジェクトはすべて設計から始まります。この段階は、部品のエンドユーザー用途から製造コストに至るまで、最終製品のあらゆる側面に影響を与えます。 

これまで製造業で可能だと考えられていたことの限界を打ち破る技術として、AM設計を成功させるには、同様に革新的なアプローチが必要です。そのためには、設計と生産に関する考え方のパラダイムシフトが必要であり、私たちはこれを、アディティブ・マニュファクチャリング・デザイナー認定プログラムに入学する学生に教えることを目的としています。

AMの主な利点として、より軽く、より優れた性能を持ち、より安価に製造できる可能性のある部品や製品を作ることが挙げられる。しかし、製造設計の理解がより伝統的な手法に根ざしている場合、これらの可能性を実現することは容易ではありません。そのため、私たちのプログラムは、設計者に新しい視点、つまり「加法的思考」の考え方を提供することを目的としています。
 

積層造形設計の利点

アディティブ・マニュファクチャリングとデザインがデザイナーにもたらす最終目標を見てみよう。

パート統合

3Dプリンティングを使えば、これまで何十個、あるいは何百個もの小さな部品で構成されていた部品を、はるかに少ない部品で生産できる機会を見つけることができる。これは、製造業者にとってさまざまな潜在的利益をもたらす：

• 部品点数が少ないということは、複数の部品からなる複雑なアセンブリーを単純化することであり、時間とコストがかかる。

• 組み立て工程や品質管理が削減できるため、生産コストを削減できる。

• 一体となって動く必要のある部品が少ないということは、潜在的な故障箇所が少ないということだ。

• 軽量化は性能と効率を向上させる。

マス・カスタマイゼーション

アディティブ・マニュファクチャリングで作られる製品は、規模の大小にかかわらず、非常に特殊な基準を満たすように独自に設計することができる。特注品は、エンドユーザーの要件に合わせて調整し、必要な反復の数だけ正確に複製することができます。これは、大量生産の際に常に大きな要因となっていたコストや生産時間への影響をほとんど与えることなく実現できる。

その好例が、メガネやアイウェアの3Dプリントで、EOSはこのニッチな分野で豊富な経験を積んでいる。EOSは、YOU MAWOや Hoetの ようなブランドと協力し、積層造形技術と製造技術を使って、それぞれの目標を達成してきました。この分野のお客様に対する当社のデザイン・ブリーフは、ユニークなスタイルの創造や、よりフィットするメガネのモデリングから、生産コストやカーボンフットプリントの削減まで、非常に具体的な目標が中心となっています。

このような目標を達成するためには、デザイナーは異なる考え方でこの課題に取り組む必要がある。

積層造形専用設計ツール

Pro/ENGINEER、Catia、シーメンスNX（旧ユニグラフィックス）などの従来のコンピュータ支援設計（CAD）ツールは、サブトラクティブ・マニュファクチャリングを念頭に置いて作られた。これらの設計ツールは、例えばブロックに穴を開けたい場合、ドリルで穴を開けるというアプローチをとります。

これは、加法的な観点から穴を作る方法とは正反対である。加法的に考え設計するということは、ブロックに穴を開けるのではなく、穴の周りにブロックを作るということです。従来のCADツールは、減法的製造のために設計する場合には優れた働きをしますが、加法的製造には適していません。

そのため、設計者が従来とは異なる方法でパーツを作成できる、新しい付加型CAD専門プログラムが必要とされている。最も効果的なソフトウェアパッケージは、nTopology、Altair、Syneraの3つです。

nトポロジー

このプログラムは、別個のコンポーネントから格子やメッシュのエクスポートを追加して、エンドツーエンドのワークフローを作成するのに優れています。シミュレーションとデータ駆動設計を開発プロセスに取り入れることで、より効率的な部品をより効果的に作成できるようになります。

アルタイル

性能と生産性を最適化した機能設計のために、Altairではトポロジー最適化と製造シミュレーションの提案に基づいて設計を行うことができます。また、製造可能性を検証し、部品の形状、方向、サポートに必要な変更を加えることもできます。

シネラ

Syneraは、シミュレーションの設定、軽量設計の実現、格子構造の設計への統合に理想的なソフトウェアです。また、サポート構造の最適化機能とともに、設計コストの見積もりと最適化に使用できるツールも備えています。

それぞれが積層造形設計の重要な側面において異なる機会を提供するため、当校の積層造形設計認定プログラムでは、学習者がこれら3つのツールの中から選択し、集中的にトレーニングを受けることができます。プログラムの一環として、専門家の指導と経験により、あらゆる積層造形設計チームに役立つスキルと知識を学生に提供します。

意図を持ったデザイン

積層造形により、設計者はプロジェクトの望ましい結果に真に焦点を絞り、創造的な応用を通じてそれを達成する革新的な方法を見つけることができます。これにはさまざまな形があります：

• デザイン・トゥ・コスト：より適切に管理された材料、廃棄物、工程によって製造コストを削減する。

• 機能するデザイン： 軽量化によって性能や品質を向上させたり、新しい構造タイプを見つけたり、異なる材料を使用したりすることは、すべて積層造形によって可能になります。

• ジェネレーティブな設計：ソフトウェアと計算アルゴリズムを使用して、高性能なジオメトリを作成、テスト、改良する。

• 環境に配慮したデザインアディティブ・デザインの手法を用いて、カーボンフットプリントと廃棄物の削減に焦点を当てるとともに、より環境に優しい素材の用途を探求する。

アディティブ・マニュファクチャリングは、設計と製造の境界を押し広げることができるため、従来の設計アプローチを覆す機会を見つけるのに理想的な媒体です。このような理由から、私たちは学習者に、まったく異なる視点から問題を見るために考え方を変える方法を教え、その後、付加的設計のために特別に作成されたツールを使用して、その解決策を実行するスキルを提供します。

当社の積層造形設計認定プログラムは、真の積層造形設計者になるために必要なスキルの開発を可能にします。Eラーニングセッション、ライブウェビナー、実践的な課題演習により、高度な設計スキルを磨き、加法的思考を身につけることができます。