3Dプリンティングの可能性を最大限に生かす

市場で高く評価されているAltairの最適化テクノロジーを使用することにより、先進の製造手法にうってつけの、効率の良い自然が造形したような形状を生成することができます。3Dプリンティングとトポロジー最適化を組み合わせることで、設計の自由度とクリエイティビティが格段に広がり、これ以上ない最高の設計を生み出すことができます。

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トポロジー最適化をレーザー積層造形と組み合わせる EADS社はOptiStructにより、積層造形(ALM: Additive Layer Manufacturing)コンポーネントの設計での大幅な軽量化を達成しました。 Read the EADS Case Study
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solidThinking Inspireの結果に基づいて、世界初の3Dプリントにより製作された金属製自転車 Renishaw社のProduct Marketing EngineerであるDavid Ewing氏が、世界初の3Dプリンティング自転車の製造にあたってsolidThinking Inspireを使用した経験について語っています。



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Altairは、OEMメーカー、3Dプリンターメーカー、3Dプリンティング研究の最前線にいるメーカーと緊密に協力し、3Dプリンティングのためのロバストなエンドツーエンドプロセスの開発を支援してきました。
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「OptiStructのおかげで、ALM(積層造形)プロセスの軽量化のメリットを最大限に生かすことができました」

–Jon Meyer

EADS Innovation Works


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ギャラリー

3Dプリント人工衛星アンテナブラケットの設計(イメージ提供: RUAG Space社) 航空宇宙産業のブラケットの最適化プロセス(イメージ提供: EADS社) 比較: 元の部品と最適化された部品(イメージ提供: EADS社) 世界初の3D金属プリント自転車(イメージ提供: Renishaw社、Empire Bikes社) EDAG社における商用車両の設計 エンジンマウントブラケット(イメージ提供: Sogeclair社)
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構造性能

3Dプリンティングでは、従来の製造手法ではまず製造できない、非常に複雑な構造を作成できます。3Dプリンティングを使用すると、軽量化戦略を現実のものとし、さらにコンポーネントの性能をかつてないレベルまで引き上げることが可能です。

3Dプリンティングのメリットを余すところなく生かし、3Dプリンティングによる軽量化および性能向上の可能性を最大限に引き出すには、以下の3点が特に重要です。

  1. コンポーネントの使用目的を基に設計する

    • OptiStructInspireなどのトポロジー最適化ツールの力を借りることで、必要な箇所にだけ材料を配分できます。

  2. 従来のCADではなくダイレクトモデリングを使用する

    • Evolveを使用することにより、自然が造形したような構造を作るための設計の自由度が得られます。

  3. デザインガイドライン

    • 実際のところ、どの程度自由に設計できているでしょうか?OptiStructには、積層の方向に対するオーバーハングの角度など、3Dプリンティングの基本的な設計ルールが組み込まれる予定です。

3Dプリンティングのアプローチは、RUAG社、EOS社、EADS社、Renishaw社、Laser Zentrum Nord社など、多数の企業のさまざまな実用例やユースケースで実証されています。

性能設計

Altairは、パートとアセンブリを認識するための便利なスクリーニングツールおよび手法を提供しています。またパート数の削減を目的とした機能統合を支援するとともに、製造の自由度を活かした性能を基準とした設計を可能にしています。

ラティス構造

3Dプリントがユニークである理由は、ラティス構造として認知されているごく小さなセルで構成され、複雑な外形形状を持つ中空の立体物を製造できる能力にあります。現行のOptiStructでは、トポロジー最適化が強化されたことにより、ソリッド構造とラティス構造を組み合わせることができます。ラティス構造については、引っ張り、圧縮、せん断、曲げ、ねじりに対する剛性や疲労寿命を検証できます。これは、市場でAltairだけが提供している新しいテクノロジーです。

長年にわたってトポロジー最適化は、画期的で軽量かつ構造的に効率の良い設計を開発する目的で、多種多様な産業で用いられてきました。最適化によって自由に造形された形状は、自然が造形したような形になることもあり、従来の手法では製造が困難な場合がほとんどですが、3Dプリンティングには理想的な形状です。3Dプリントによりこれまでになかった自由な形状を製造でき、トポロジー最適化との相乗効果も高いため、構造上の整合性と性能特性を維持しながら、よりクリエイティブな製品を実現することが可能となります。

Altairは、Materialise社などと連携し、3Dプリンターへのデータ転送効率を高めています。ラティス構造は数十万もの単位セルで構成される場合もあるため、従来のSTLファイルによる転送では、プロセス全体の大きなボトルネックになりかねません。Materialise社の3-MaticSTLをはじめとするソフトウェアパッケージは、対象となる部品のラティス構造の改善に特化しており、3Dプリントのさまざまな制約条件を加味して必要な箇所に支持構造を作成することができます。

流れ・熱性能

AcuSolveHyperStudyにより性能を改良できた例として、油圧バルブブロック、タービンブレード、熱交換器、コアと冷却回路インサートを装着した射出成形システムのキャビティ(レーザー焼結法で製造したコンフォーマル冷却チャネルをそれぞれに装着)などがあります。CFD最適化を利用すると、性能向上の可能性が大きく開けるのです。モデルのパラメーター化は、HyperMeshのモーフィングテクノロジーによりシミュレーションモデル内で直接実行できます。

このアプローチにより、シミュレーションのリードタイムを最小限に抑え、設計案を素早く評価するとともに、自動最適化プロセスによってイノベーションを押し進めることができます。

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