CADモデリング解説：3Dプリントに最適な設計ソフトの選び方

CADモデリングとは何か、なぜデジタル製造の必須ツールなのか？アイデアをデジタル3Dモデリングで物理世界へ具現化するためのCADソフトウェアの種類を解説し、あなたの用途に最適なツールを見つけます。

CADソフトウェアとは？

CAD（Computer Aided Design / コンピュータ支援設計）は3Dモデリングとも呼ばれ、エンジニアや設計者が部品やアセンブリのリアルなコンピュータモデルを構築し、複雑なシミュレーションやデジタル製造に活用できるようにする技術です。CADで作成したモデルは、3Dプリント、CNC加工、射出成形で物理部品として製造可能です。

CADソフトは、物理モデルを作る前に強度や耐熱性など幅広いパラメータをシミュレーションできます。CADを活用すれば、品質を妥協せず、より速く、よりコスト効率よく作業を進められます。

ソリッドモデリングとは？

ソリッドモデリングは、実際の部品のように「中身の詰まった」3Dモデルを作成する手法で、部品製造に用いられるプロセス（押出し、穴あけ、ネジ切り等）に近い論理的なワークフローで進められます。ソリッドモデル同士は交差、結合、差集合演算が可能で、目標形状を構築できます。

もう一つの大きな利点は、通常パラメトリック（履歴管理型）であること。モデリング過程の各段階で変更やパラメータが保存され、いつでも編集可能です。これにより、ゼロから作り直すことなくモデルの特徴を素早く修正できます。

アセンブリモデリングはソリッドモデリングの重要な段階で、個別部品を組み合わせて複雑なモデルを構築します。標準部品（ボルト、ベアリング等）をメーカー提供データから直接挿入でき、動きの要素を適用すれば詳細な動作解析で設計の機械的性能を評価可能です。

Fusion 360を用いたソリッド3Dモデリングプロセスのイメージ

サーフェスモデリングとは？

サーフェスモデリングは主に製品の美観・意匠面の設計に用いられます。有機的で自由な形状を、ソリッドモデリングのような制約を受けずに作成しやすいのが特長です。ただし、精度面では劣る場合があります。

名前の通りサーフェス（面）のみを扱い、内部はソリッドではありません。しかし、面で閉じた形状になればソリッド化して3Dプリントに使用可能です。サーフェスモデリングは通常パラメトリックではないため、設計変更が困難な場合があります。

各モデリングタイプにはメリット・デメリットがあり、設計対象によって使い分けが必要です。場合によってはソリッドとサーフェスを併用し、双方の利点を活かすのが最適です。

自由形状のサーフェスモデリングイメージ

スカルプティング（有機的モデリング）とは？

スカルプティング（有機的モデリング）は、キャラクター、ジュエリー、自然界の有機形状など、精緻なディテールを持つ自由曲面の作成に主に用いられます。

PixologicのZBrushやAutodeskのMudboxなどは、古典的な彫刻を念頭に設計されています。デジタル彫刻家はシミュレートされた粘土の塊から始め、圧力感知タブレットやモニターで、古典的な彫刻ツールを模したブラシ（素材の移動、追加、除去）を使ってオブジェクトを操作します。

これらのツールにより、アーティストは数千万ポリゴンで構成される彫刻を作り、最も精緻なディテールまで捉えることができます。

ZBrushによるキャラクタースカルプティングイメージ

3Dプリントに最適なCADソフトは？

数多くのCADプログラムがあり、それぞれに強みと得意分野があります。主要なCADソフトを主な利点と一般的なファイル形式で整理しました。

ソフトウェア	概要	一般的なファイル形式
SolidWorks	部品・アセンブリモデリングの業界標準エンジニアリングソフト。シミュレーション、図面、アセンブリツールを搭載	.sldprt .sldasm .slddrw
Autodesk AutoCAD	2D/3D CADの幅広い業界で使用。建築家、PM、エンジニア、グラフィックデザイナー等	.dwt .dwg
Inventor	SolidWorksに近い機能で、プロフェッショナルな3D機械設計、図面、製品シミュレーションツールを搭載	.ipt .iam .idw
Autodesk Fusion 360	SolidWorks類似に加え、統合製造ツールとスカルプティングツールを搭載。学生、愛好家、スタートアップは無料利用可能	.f3d
SketchUp	エントリーレベルで使いやすいが機能は基本的。主に建築モデル、インテリア設計に使用	.skp
Solid Edge	ソリッドモデリング、アセンブリモデリング、2D正投影図機能を提供。SolidWorks、PTC Creo、Inventorの直接的競合	.prt .asm
PTC Creo	離散製造向け製品設計に特化した設計ソフトスイート。各アプリが製品開発の異なる機能を提供	.prt .asm
Onshape	完全クラウドベースのCAD。計算集約的な処理とレンダリングをサーバー側で実行	クラウドのみ
Rhino	エンジニアリング、建築、ジュエリー設計向けの多用途フリーフォームサーフェスモデラー	.3dm
ZBrush	3D/2.5Dモデリング、テクスチャリング、ペインティングを統合したデジタルスカルプティングツール。従来のモデリングパッケージとは異なり彫刻に近い操作感	.obj
Autodesk 3ds Max	3Dアニメーション、モデル、ゲーム、画像制作向けプロフェッショナル3DCGソフト	.3ds .max

これらすべてのCADプログラムは、3Dプリント用のSTL/OBJファイル、CNC製造用のSTEP/IGESファイルを出力できます。

プロフェッショナルが使用しているCADプログラムは？

本記事作成にあたり、Protolabs Networkを利用した750名以上の設計者・エンジニアにアンケートを実施し、好まれるCADソフトを調査しました。結果を見てみましょう。

エンジニアのCADソフト利用調査結果
デザイナーのCADソフト利用調査結果

調査の結果、エンジニア・デザイナーともに過半数がSolidWorksをCAD設計に使用していることが判明しました。エンジニアはAutoCAD、Inventor、Fusion 360（リスト唯一の無料プロフェッショナルCAD）を好む傾向があり、一方デザイナーではRhinoが第2位にランクイン。興味深いことに、Rhinoはエンジニアのリストには登場しませんでした。