アディティブ マニュファクチャリング プロセスで CAD を最大限に活用する方法

アディティブ マニュファクチャリングに関係する主なフェーズは、設計と製造プロセスです。実際には、設計作業は SolidWorks (およびその他) などのコンピューター支援設計 (CAD) スイートで行われますが、物理的な生産段階 (つまり 3D 印刷) は、CAD ファイル (SLDPRT など) を STL 形式にエクスポートすることで容易になります。 3D XML ビューアーを備えた 3D プリンターで読み取ることができます。

ただし、アディティブ マニュファクチャリング プロセスの両方の段階で、いくつかの主要なステップがあります。

エンジニアリング チームとメーカーの生産性は、CAD スイートの品質や、さまざまな CAD スイートを使用する関係者と相互運用する能力など、設計ツールの有効性に左右されます。たとえば、ファイルの修復と、特定のファイル形式 (STL など) を使用する際の技術的な問題の回避に費やす時間は、市場投入までの時間に追加されます。

この記事では、アディティブ マニュファクチャリングのライフサイクルにおけるこれらの要因を検証し、アプリケーション開発者と 3D プリンター メーカーが製品をソリューションとして位置付ける方法を強調します。

CAD とは

アディティブ マニュファクチャリングであれ、サブトラクティブ マニュファクチャリングであれ、ほぼすべての製品の設計プロセスは CAD から始まります。 SolidWorks は、市場で人気のある多くの CAD スイートの 1 つであり、個々の部品の集合として、またはシステム全体として製品を設計し、製造前にその設計属性をテストおよび認定するために使用されます。

STL とは?

STL (STereoLithography または Standard Tessellation Language の略) は、ステレオリソグラフィー 3D プリンターが CAD ファイルを読み取れるようにするために、1987 年に開始されました。 IGES と同様に、STL は現在、3D プリント業界で広く使用されています。特に、さまざまな CAD スイートを使用するチームが、より広範な製品開発プロジェクトの一環として互いに容易に相互運用できるようにする手段として使用されています。

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エンジニアリング ワークフローを理解する

デザイン

エンジニアリングと製品開発のワークフローは、CAD スイートから始まります。現在、CAD ユーザーは一連のツールを活用してオブジェクトを 3D で設計するだけでなく、色、テクスチャ、その他の設計要素などの多数の詳細を組み込むことができます。

実際、SolidWorks は、板金、金型、溶接、および表面処理を主要な設計作業に組み込むための専用ツールも提供しています。言い換えると、CAD 設計ファイルは、意図した現実世界の製品を完全な忠実度で効果的に反映することができます。

また、SolidWorks により、エンジニアはさまざまな方法で設計作業に取り組むことができます。たとえば、製造可能性を考慮して設計するエンジニアは、個々の部品を SLDPRT ファイルとして設計、保存、取得し、それらの SLDPRT ファイルを 1 つの SLDASM ファイルに結合できます (SLDPRT ファイルと SLDASM ファイルの違いを理解するには、この記事を参照してください)。

分析

美学、表面形状、力学、色、材料など、意図した現実世界の設計で CAD ファイルを設計する機能は、設計チームが設計の実行可能性を仮想的にテストおよび検証するための扉も開きます (つまり、物理的なプロトタイピングの前に)。

確かに、シミュレーションと視覚化を含む解析の品質は、CAD スイートが提供する機能に依存します (SolidWorks にはこれらの機能が含まれています)。ただし、シミュレーションを使用すると、コア設計段階で設計上の問題を特定して修正することで、設計者はプロトタイピングの必要性と物理テストのコストを削減できます。

たとえば、有限要素解析 (FEA) 法を使用する SolidWorks の解析ツールには、静的線形、時間ベースのモーション、および高サイクル疲労シミュレーションが標準層に含まれています。上位層では、エンジニアは設計の耐久性、トポロジー、固有振動数を判断し、さまざまな非線形静的および非線形動的テストを実施できます。

準備

現在の CAD スイートを使用すると、物理的なプロトタイプ作成とテストの段階は、時間と財政資源の消費の点でより短くなるはずです。ただし、デザイナーは通常、3D プリンターが元のデザイン ファイルを適切に解釈できるように、元の CAD ファイルを STL にエクスポートする必要があります。

STL への変換には、利点と制約があります。一方では、CAD で作成されたオリジナルの設計ファイルを 3D プリントで確実に製造できます。ただし、STL は元のデザインの色、テクスチャ、およびその他のデザイン要素 (メタデータを含む) を読み取りません。

さらに、STL ファイルに加えられた変更は、CAD の元の設計ファイルに自動的に反映されません。むしろ、このプロセスは、STL ファイルを反映するために CAD に変更を加える必要がある 1 つの方法です。これにより、プロトタイピング プロセスがさらに非効率になります (これにより、CAD で行われるシミュレーションと視覚化作業がさらに重要になります)。

最後に、STL ファイルで行われる調整は注意して行う必要があります。 STL ファイルを ASCII でエンコードし、三角形の数を増やして粗さを減らすこともできますが、STL ファイルのサイズが大幅に膨らみ、3D プリンターで読み取るには大きすぎるというリスクがあります。

印刷中

今日、STL の広範な採用と技術的な成熟度により、STL は 3D 印刷に不可欠なものになっています。

STL に取って代わるために、3MF コンソーシアム (Spatial の親会社である Dassault Systèmes が創設メンバーです) は、アディティブ マニュファクチャリング業界に 3MF を採用させるために取り組んでいます。

新しいフォーマットは XML で ASCII を使用して、3D プリンターが CAD 設計ファイルを完全に忠実に読み取ることを可能にします。つまり、元の設計者が意図した色、テクスチャ、その他の設計要素を使用します。また、新しい 3D 印刷技術に拡張可能で適応できることも意図しています。

ただし、3MF は長期的な要因です。今日の時点で、STL は依然として付加製造業界で使用されている主要なファイル形式です。 3D プリンティング分野のアプリケーションやハードウェアを開発する人は、STL 処理に対応する必要があります。

3D InterOp を活用する理由

STL は 3D プリントの設計段階と生産段階を橋渡しするための不可欠な要素であるため、SolidWorks または他の CAD スイートからのファイル修復 (つまり、CAD から STL へ) に費やす時間をエンド ユーザーが最小限に抑えることができることが重要です。実際、すべてのエンジニアリング ワークフローが SolidWorks を使用しているわけではないため、相互運用性は不可欠です。

Spatial の 3D InterOp ソフトウェア開発キット (SDK) を使用すると、アプリケーション開発者は相互運用性をアディティブ マニュファクチャリング企業向けの製品に統合できます。 3D プリンターであろうと、さまざまな CAD ファイル形式を表示することを目的としたアプリケーションであろうと、3D InterOp を使用すると、付加製造業界の基本要件を製品に迅速に装備できます。

これらの機能は必要であり、追加することは可能ですが、市場投入までの時間とコストが増えるだけです。これらのコモディティ機能を迅速に統合し、限られたビジネス リソースを差別化と市場投入までの時間の短縮に集中させるには、今すぐ Spatial にお問い合わせください。