解析事例 Ansysのビジョン : Additive Manufacturingにおけるシミュレーション主導の製品開発 ホワイトペーパー

2017年9月

Additive Manufacturing(または3Dプリンティング)は、製品の考案方法および設計方法を根底から変化させる可能性を持っています。付加製造法により、これまでにない複雑かつ自由な設計が可能です。サブアセンブリ全体を1回のプリントで生成でき、コストのかかる接合操作は不要になります。部品はカスタマイズが可能になり、少量の受注生産が可能になります。また、自宅でも職場でも、または戦場であっても、時間や場所を問わず必要に応じて部品の生成が可能になります。付加製造技術が当たり前のものとなり、その概念が十分に理解されるためには、現在の設計ツールやシミュレーションツールも徹底的な進化を遂げる必要があります。

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目次
  1. はじめに
  2. 現在の課題
  3. シミュレーション主導の製品開発
  4. Ansys のビジョン
  5. 主要な柱
  6. 設計
  7. トポロジー最適化
  8. ラティスとセルの設計
  9. デザインルール
  10. プロセスの解析
  11. 材料挙動
  12. ビジョンの実現

課題

AM(Additive Manufacturing、付加製造技術)は何十年にもわたって主にプロトタイプとツール市場で扱われてきましたが、最近のプリンタの進歩により、AM の市場は主流の部品製造にシフトしています。信頼できる機能的な金属プリンタの出現により、AM は自動車や航空宇宙などの高度な工学分野における軽量設計の作成に採用されるようになりました。AM の世界は、多くの新しいプリンタ製造メーカーが出現し、既存のラインの更新頻度が著しく加速する中で、急速に進歩しています。部品構築のプリントプロセス、材料特性、およびその他の要素に関する理解をさらに深め、制御するために、世界中で莫大な研究費用が費やされています。Ansys はこれらの研究者や研究所の多くと密接な関係を持つことで、進化する分野で遅れを取らないようにしてきました。我々は未だ「ハイプサイクル」の初期段階にあると指摘する声もありますが、すでに多くの会社が製造段階で AM を使用しており、またさらに多くの会社がプリンタを購入して潜在的利益を模索しています。AM が主流になるには、プリンタのハードウェアが進化するだけでなく、設計ソフトウェアや解析ソフトウェアが進化する必要もあります。 Ansys は、長年培ってきた SDPD(Simulation-Driven Product Development、シミュレーション主導の製品開発)における強みを生かして、独自の位置付けから AM を主流へと押し上げるための支援を提供します。

現在の課題

現在、部品の設計およびプリントには 3 つの主要な課題があります。これらは、設計ツール、設計 - 構築の繰り返し、およびまとまりのなさを中心とする課題です。

最初の課題は、設計ツールが AM の設計用に考案されていないということです。現在のツール(CAD を含む)は、機械加工、鋳造、溶接、鍛造、スタンピングなどの確立した製造技術において何十年も設計してきた経験から得た知識とパターンに基づいています。AM の設計に関する知識が増し加えられていく中で、業界としては単純な経験則に依存することはできません。より解析分野に基づいたアプローチが求められています。

2つ目の課題は、並外れた設計の自由があるにもかかわらず、すべての設計を確実にプリントできるわけではないということです。設計が作成されプリンタのオペレータに送信されても、構築(プリント)が失敗した場合、設計者または技術者は設計をやり直す必要があります。この再設計と構築の繰り返しにはコストも時間もかかります。

3つ目の課題は、特定のアプリケーションに対応するために、多くの特殊ツールが出現したということです。これには、特定の設計ツール(主にトポロジー最適化またはラティスの作成用)、特殊なプリントのプリプロセスツール(造形方向、サポート材、およびスライス用)、およびプリントの解析ツールなどが含まれます。設計やデータをシームレスなプロセスで使用することはできず、代わりに 1 つのツールから次のツールへ手動で移動し、設計から構築までのすべての手順を実行しなければなりません。

シミュレーション主導の製品開発

Ansys は、物理解析ソフトウェアだけでなく、ジオメトリの作成および操作ツールや優れたワークフローを通じて、長年にわたりシミュレーション主導の製品開発を実現してきました。設計サイクルの初期段階で反復し、シミュレーションを使用して仮想プロトタイプの作成とテストを実行することで…

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