解析事例 ANSYSトポロジー最適化による設計の改良で3Dプリンティングを最大限に活用 Application Brief

ANSYSトポロジー最適化による設計の改良で3Dプリンティングを最大限に活用

公開日:2017年9月

ほとんどの設計プロジェクトは、設計全体の外観について基本的な概念を構築するところから始まります。設計は通常、さまざまな変更を積み重ねて最適化されます。これには、形状のサイズや厚さを調整するなどして、強度、重量、サイズなどの特性や製造コストを最適化することなどが含まれます。

製品設計者は通常、一から設計を開始するということは考えません。ランダムな形状をいくつも製造し、そのたびに設計をやりなおすなどということは、時間とコストから考えて不可能だからです。3Dプリンティングの出現により、設計を取り巻く環境が変化しました。製造制約に沿った設計にとらわれずに、あらゆる形状をバーチャルに構築することが可能になっています。ANSYSは、これらの機能を最大限に活用する必要のある設計者のために、マルチフィジックスソフトウェア一式と統合された自動トポロジー最適化という新たなツールを提供します。新しいANSYSトポロジー最適化機能により、次世代の部品や製品の設計に必要なエンジニアリングコストとリードタイムを大幅に削減することができます。これにより、現行製品と同等の性能を維持しつつ、重量や製造コストを低減する最適化が可能になります。

目次

課題

従来の製造手法では、製造性や組み立ての制約に厳密に沿った設計が求められます。たとえば、成形の製造制約には、通常、部品の射出を可能にする抜き勾配や反りを最小限に抑えるための均一な壁の厚さ、成形中の塑性流れを改善するアール角などが含まれます。3Dプリンティングでは、プラスチック製部品や金属製部品におけるこうした規則やその他の制約が取り除かれ、従来の製造手法で達成可能なレベルよりも高い性能対重量比とコストパフォーマンスを持つ複雑な構造の構築が経済的に可能になっています。付加製造技術(Additive Manufacturing)がもたらす設計の自由度により、製品の潜在的な設計空間が無限に広がります。この自由度を活用するには、まったく新しい枠組みに基づく設計製品に挑むことにより、世間一般の通念や習慣の力を覆す必要があります。ジオメトリを手動で定義して一度に1つの設計を調査したり、寸法をパラメータで変動させて一度に10数個の設計を調査する従来の解析手法では、潜在的に無限な設計空間を調査することはできません。

ソリューション

トポロジー最適化は、一から設計を開始し、最適化された設計に到達するまで部品の基本的な形状と寸法の両方の変更を反復するため、付加製造がもたらす設計の自由度を活用するには最適なツールです。トポロジー最適化は、設計エンジニアや解析者が指定した目標を達成しつつ部品の重量やコストを最小化するため、均一な厚さ、円形孔、等間隔に配置された形状の維持などの…

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