積層造形シミュレーション
SIMULIA の高度なデジタル積層造形ソリューションで未来の製造を模索
デジタル積層造形シミュレーションとは
デジタル積層造形(DAM)とは、材料を追加することで部品または物体を一層ずつ重ねて構築する高度な製造プロセスです。旋削、穴あけ、フライス加工など、従来の切削式の製造手法では、材料を取り除くことで目的の形状に仕上げます。一方、積層造形では、3D プリント技術を利用して、デジタル・モデルから直接コンポーネントを作製します。
デジタル積層造形の仕組み
デジタル積層造形では、部品や製造ベッドのデジタル・モックアップ(DMU)が作製されます。そのためには以下が必要です。
- 3 次元 CAD リプレゼンテーション: 目的とする最終製品を描写する幾何学的設計。
- 製造プロセスリプレゼンテーション: 材料押出、再コーティング、スキャン・パス、エネルギー堆積などの手法の詳細な説明。
プロセス全体がデジタルで管理され、生成されるデジタル・スレッドが加工コードに変換され、製造時に機械が従うべき具体的なコマンドが提供されます。
デジタル積層造形におけるシミュレーションの役割
積層造形(AM)には固有の課題がありますが、シミュレーションによってこうした障害をイノベーションのチャンスに変えることができます。
- 設計の最適化: AM における自由な設計には、新たな考え方が必要になります。シミュレーションにより、サポート構造を効果的に統合して製造上の不具合を防止しながら、最適な形を探ることができます。
- 性能の理解: 化学反応や熱処理による相変化は、製品の性能に大きな影響を与えます。シミュレーションにより、製造中に発生する可能性のある残留応力とひずみを予測することで、全体的な信頼性を向上させることができます。
- 成功の確度を高める高度なツール: 有限要素解析や計算流体力学などのシミュレーション技術により、仮想プロセス・テストとリバース製品エンジニアリングが可能になります。こうしたツールを使用することで、設計と製造を改善する貴重なインサイトが得られます。
- 効率性の向上: シミュレーション機能を使用することで、メーカーは開発サイクルを短縮し、コストを削減し、意思決定を向上させることができます。潜在的な問題が発生する前に予測して対処できるため、プログラム・リスクが軽減され、確実に質の高い成果を上げることができます。
積層造形シミュレーションの主なメリット
材料の節約
無駄を最小限に抑え、高度な材料(TPU フィラメント、金属超合金など)を有効活用できます。
設計の柔軟性
ジェネレーティブ・デザイン手法を用いて、複雑な形状や軽量な構造を設計できます。
プロセスの合理化
複数のコンポーネントを 1 つの部品に統合して、組み立ての時間とコストを削減できます。
持続可能性の向上
環境に優しい製造慣行を推進できます。
3DEXPERIENCE プラットフォームによるコラボレーションの向上
デジタル化により、設計を直線的なプロセスからコラボレーティブ・プロセスに転換することで、市場投入までの時間とコストを最小限に抑えることができます。コラボレーティブ・エンジニアリングでは、製品ライフサイクル全体を通じた効率的なコンテンツ共有を重視します。
積層造形による設計(DfAM)には、ジェネレーティブ・デザインとトポロジー最適化を活用して新たな可能性を明らかにする、学際的なアプローチが必要です。シミュレーションを通じた仮想テストにより、製造プロセスと設計仕様に密接に関連する、ビルド・エラーの予測可能性とビルド後の製品性能について貴重なインサイトが得られます。
3DEXPERIENCE プラットフォームは、さまざまな分野をまたぐシームレスなデータ統合を可能にし、コンテンツ・ライフサイクル管理に対応し、コラボレーティブ・エンジニアリング環境を培うことができます。効果的なコンテンツ・ライフサイクル管理、成熟度、堅牢なデータ編成により、問題解決、変更管理、ルーティング、テストを強化し、生産性の高いコラボレーション環境を培うことができます。
積層造形デジタル・スレッド
ダッソー・システムズは、積層造形技術の能力を最大限に高める統合アプリケーションを取り揃えたポートフォリオを提供し、製品設計から製造、シミュレーションに至るまで、あらゆる分野を接続することで真のエンド・ツー・エンドの開発チェーンに対応します。3DEXPERIENCE プラットフォームは、多数の高度なロールと充実した強力なアプリケーションを提供し、デジタル製品開発のあらゆる側面に対応します。3DEXPERIENCE プラットフォームが提供するデジタル・スレッドにより、以下のタブで説明しているように、こうした直感的に操作できる強力なアプリケーションを密接に連携させることができます。
- 3DEXPERIENCE Marketplace
- 機能ベースのジェネレーティブ・デザイン
- 部品選択
3DEXPERIENCE Marketplace
3DEXPERIENCE Make は、設計者やエンジニアと産業製造サービス・プロバイダーをつなぐオンデマンドの製造プラットフォームです。設計者、エンジニア、買い手、製造計画者から成る産業エコシステムを、Xometry、Sculpteo、American Additive、Get It Made、Any-Shape などの産業製造サービス・プロバイダーと結び付けます。
当社の堅牢なアルゴリズムにより、3D プリントや CNC 加工プロジェクトに対応するサービス・プロバイダーのネットワークから数秒で見積もりを取得できます。
機能ベースのジェネレーティブ・デザイン
積層造形技術の出現により、効率的な有機的形状と、従来のエンジニアリング設計を超える複雑な格子構造を作成できるようになりました。ジェネレーティブ・デザインは、ベスト・プラクティスやエンジニアの経験に依存する従来の手法とは異なり、定義された制約に基づいて特定の機能に最適な設計を実現することに重点を置いています。
積層造形では、設計体積を定義する機能的制約の確立、機械インターフェースの制御、質量、剛性、強度、耐久性などのメトリクスのターゲット設定を、形式を制限せずに柔軟に行うことができます。3DEXPERIENCE のジェネレーティブ・アプローチは、ガイド付きのワークフローを通じて、設計、シミュレーション、最適化を統合し、単一のインターフェース内でユーザーに合理化されたソリューションを提供します。
部品選択
3DEXPERIENCE の強力な検索ツールを使用して、部品ライブラリとデジタル部品表を評価して、積層造形の有力な候補を特定できます。
当社のプラットフォーム上のデジタル・コラボレーションとインテリジェンスにより、すべての関係者間でシームレスなリアルタイムの情報共有が可能になり、製品設計者、エンジニア、マネージャーは常にプロジェクトを完全に把握できるようになります。
- プロセス設計と製造計画
- バーチャル・プリンティング
- 材料工学および開発
プロセス設計と製造計画
3DEXPERIENCE プラットフォーム上の製造アプリケーションでは、ガイド付きのワークフローに従って、積層造形のソリューションや機械に関連する製造と製造プロセスを設計し、計画できます。ビルドの容積やプレートの作成または再利用から開始し、部品を自動的にネストしてビルドの容積を最大限活用し、ルールを取得および再利用して最適な部品の適用を評価し、最小限のサポート構造を計算します。スライスのカスタム・ルールを指定し、パターンをスキャンして、ビルド全体または個々の部品のパラメーターを処理します。スキャン・パスを可視化して診断チェックを行い、下流のバーチャル・プリンティングのシミュレーションや調査にプロセス・データを再利用します。
バーチャル・プリンティング
3DEXPERIENCE プラットフォームを使用して、時間と材料費を削減できます。スキャン・パスやサポート構造の性能など、部品ビルドの挙動やプロセスの感度をシミュレーションします。設計データを統合して再利用することで、シミュレーションを高速化できます。指向性エネルギー堆積法、粉末焼結積層造形、ポリマー押出成形などの製造手法に対応するユーザー・インターフェースとワークフローを作成します。検証済みの伝熱-力学ソリューションを活用して、ひずみと残留応力を予測し、亀裂の発生や機械干渉などのリスクを特定できます。耐用年数の評価を考慮に入れ、製造後の熱処理を織り込み、デジタル補正により製造時の形状が設計どおりの形状と一致させます。
材料工学および開発
複数のレーザーまたは熱源を備えたバーチャル・プリンターを作成し、材料の堆積と除去を制御しながら、冷却手法を最適化して高度な製造を実現します。マイクロメカニクス・シミュレーションを解析して、粒度方向と位相特性を把握することで、積層造形に対応する金属合金を設計できます。伝熱-力学シミュレーションでユーザー定義の材料モデルと包括的なプロセス・パラメーターを使用することで、要求の厳しい AM アプリケーションに対応する製造プロセスと材料特性を正確に設計できます。3DEXPERIENCE の強力な最適化ツールを組み合わせて使用することで、高度な AM プロセス・ワークフローを完全に制御できます。
お客様事例
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さあ、始めましょう
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積層造形のリソース
積層造形シミュレーションの外部リソース
America Makes および Air Force Research Laboratory によるチャレンジ・シリーズ: 「マクロスケールでのプロセスから構造までの予測」部門で受賞
- 「AFRL AM Challenge Series Improved Understanding of the Internal Structure and Resultant Performance of Metallic Components Produced by AM」 | America Makes (2020 年 7 月 20 日)
NIST AM-BENCH テスト・シリーズ: 「残留応力の予測」で最高の成績
- 「AM-Bench 2018 Benchmark Challenge Submissions and Awards」 | NIST (2018 年 6 月 20 日)
座屈などのひずみや応力を正確に予測する完全な伝熱-力学シミュレーション手法
- 「Effective residual stressresidual stress prediction validated with neutron diffraction method for metal large-scale additive manufacturing」 | Materials & Design - ジャーナル - Elsevier (2021 年 7 月)
完全な伝熱-力学シミュレーションでは、詳細な熱応答により、溶融池、未溶融粉末、相変換、粒子形態、機械的特性などの微細構造特性の予測が可能
- 「Estimates of the mechanical properties of laser powder bed fusion Ti-6Al-4V parts using finite element models」 | Materials & Design - ジャーナル - Elsevier
- 「A metallurgical phase transformation framework applied to SLM additive manufacturing process」 | Materials & Design - ジャーナル - Elsevier
高度なソルバー機能
- 「Reduced order modeling via PGD for highly transient thermal evolutions in additive manufacturing」 | Computational Methods in Applied Mechanics and Engineering
パートナーシップ
- DELMIA Fabrication Community に参加して、積層造形プリンターを 3DEXPERIENCE プラットフォームに接続する方法を学ぶ
- Renishaw とダッソー・システムズが連携して、妥協のないエンド・ツー・エンドの AM 設計エクスペリエンスを実現している方法
ニュース
- 積層造形分野におけるダッソー・システムズ | additivemanufacturing.com
- 「RIZE and Dassault Systèmes partner to enhance additive manufacturing user experience」 | tctmagazine.com (2019 年 12 月 10 日)
- 「Science in the Age of Experience: Additive Manufacturing Symposium Draws Expert Discussion on Progress, Challenges」 | 3DPrint.com (2018 年 6 月 20 日)
- 「Aerospace, Architecture, Consumer Applications Highlight 3D Printing Usage in Additive Manufacturing Symposium」 | 3DPrint.com (2018 年 6 月 21 日)
- 「Expert Discussion Looks to the Future of 3D Printing, Supply Chain, Democratization」 | 3DPrint.com (2018 年 6 月 21 日)
- 「Workforce is Key to the Development of Additive Manufacturing: Interview with Women in Manufacturing」 | 3DPrint.com (2018 年 6 月 20 日)
- 「Bursting Additive Manufacturing’s Last Bubbles」 | Rapid Ready Tech (2018 年 6 月 20 日)
- 「Mainstreaming of Additive Manufacturing: An Ecosystem Perspective」 | 3DPrint.com (2018 年 6 月 22 日)
積層造形シミュレーションに関する FAQ
3DEXPERIENCE プラットフォームを使用して、設計、シミュレーション、製造のワークフローを統合して、シームレスなコラボレーションとデータ管理を行うことができます。プロセスを最適化し、精度を向上させ、製品開発サイクルを短縮できます。
SIMULIA の積層造形機能は、航空宇宙、自動車、医療などの多くの産業分野で活用されています。こうした産業では、従来の製造手法では実現できない、複雑な設計を伴う高性能なコンポーネントが必要です。SIMULIA のツールを活用することで、企業はより迅速にイノベーションを推進し、製品やサービスを大幅に改善することができます。
はい。SIMULIA は、さまざまな材料の特性と相互作用を考慮したシミュレーションを可能にし、マルチマテリアルの積層造形に対応します。この機能により設計者は、さまざまな材料の強みを活かす、より高度な部品を作製して、性能と機能を最適化できます。
SIMULIA は、積層造形に役立つツールです。シミュレーションを通じて、材料挙動と熱効果を解析して設計を最適化することができます。ダッソー・システムズの他のツールを使用してさらに部品の品質を向上させ、ワークフローを合理化できます。
SIMULIA は、高度なシミュレーションを通じて、熱ひずみや材料の欠陥など、積層造形に共通した課題に対処します。積層造形プロセスをモデル化することで、潜在的な欠陥についてインサイトを得て、設計段階で必要な調整を行うことができます。こうした事前対応のアプローチにより、エラーや無駄な材料を最小限に抑え、最終的にコスト削減と製品品質の向上を実現できます。
- 液槽光重合法 - 光で硬化した液体樹脂を使用します(SLA - 光造形法、DLP - デジタル・ライト・プロセッシングなど)。例: 自動車業界や医療業界の高精度プロトタイプ。
- 材料噴射法 - 液体材料を噴射して積層します(PolyJet、NanoParticle Jetting など)。例: 製品設計のフルカラーのマルチマテリアル・プロトタイプ。
- 結合剤噴射法 - 液剤を使用して粉末材料を結合します(砂、金属、セラミック・プリントなど)。例: 金属鋳造金型、中子砂、アーキテクチャ・モデル。
- 粉末床溶融結合法(PBF) - レーザーまたは電子ビームを使用して粉末粒子を融合します(SLS - 選択的レーザー焼結、DLS - 直接金属レーザー焼結、EBM - 電子ビーム溶解など)。例: 高強度・高精度の航空宇宙および医療用インプラント。
- 指向性エネルギー堆積法(DED) - 集束エネルギー源(レーザー、電子ビーム、プラズマ)を使用して、材料を堆積させて溶融します。例: 航空宇宙や防衛分野での大規模な金属部品の修理や構築。
- 材料押出法 - ノズルから材料を押し出して堆積します(FDM - 熱溶解積層方式など)。例: コンシューマー 3D プリント、治具、製造装置。
- シート積層法 - 薄いシート状の材料を 1 層ずつ接合します(UAM - 超音波積層造形、LOM - 薄膜積層方式など)。例: 金属コンポーネントの低コストのプロトタイプ作製やハイブリッド製造。
その他の情報
SIMULIA のエンジニアリング・ソフトウェア
アーバン・エア・モビリティ(UAM)のためのシミュレーション
コネクテッド・システムとコネクテッド・デバイスのシミュレーションで可能になる製品の効率的な設計と認証
SIMULIA のソリューションの詳細
組織の規模の大小を問わず、シームレスなコラボレーションと持続可能なイノベーションに、当社のソリューションがどう役立つかについて、SIMULIA の担当技術者がご説明します。
はじめに
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サポートの利用
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