ダッソー・システムズとレニショーが協力し、より堅牢な積層造形プロセスチェーンを構築

ダッソー・システムズとレニショーが協力し、より堅牢な積層造形プロセスチェーンを構築
積層造形(AM)または「3D プリンティング」技術によって実現される設計の自由度は、最先端の製品イノベーションを推進する重要な要素です。デジタル製造革命の一環として、AM は複雑な部品の製造を大幅に簡素化し、部品の性能を向上させ、不要な部品の重量を減らし、部品の構成を最小限に抑える可能性があります。

ただし、AM 独自の機能を最大限に活用するには、対応するソフトウェア ツールを「積層造形向け設計」(DfAM) のガイドラインで定められた新しい要件を満たすように最適化する必要があります。 3D 設計ソフトウェア、3D デジタル モックアップ、製品ライフサイクル管理 (PLM) ソリューションの大手グローバル プロバイダーである Dassault Systèmes と Renishaw は、シームレスなエンドツーエンドの AM 設計エクスペリエンスを提供することを目標に、3DEXPERIENCE® プラットフォームの簡素化に協力しています。


背景
3DEXPERIENCE プラットフォームには、製品の設計、開発、シミュレーションから信頼性分析まで、生産サイクル全体をサポートする 3D ソフトウェアの完全なセットが含まれています。ユーザーは、ローカルまたはクラウドでプラットフォームを使用し、統合されたユーザー インターフェイスを通じてすべての機能にアクセスできるため、企業はチーム作業をよりシンプルかつ効率的にする共同製品イノベーション プロセスを作成できます。

トポロジー最適化は、3D パーツの製造プロセスにおける重要なステップであり、パーツ上の特定の場所で材料の使用が完全に最適化されることを保証します。ダッソー・システムズのジェネレーティブ デザイン向け CATIA ソフトウェアは、3DEXPERIENCE プラットフォームに基づく製品モデリング機能を提供します。

さらに、ユーザーは、Dassault Systèmes が提供する DELMIA ソフトウェアを使用して、シミュレートされた生産環境で製品を設計およびテストすることもできます。このソフトウェアを使用すると、ユーザーは製品処理パラメータを設定し、AM システムのレーザー (スキャン) パスを生成することもできる点に注目すべきです。完全な製品応力解析と変形予測を含む AM プロセス全体のシミュレーションは、3DEXPERIENCE プラットフォームのシミュレーション ソフトウェアで完了できます。

レニショーはダッソー・システムズと緊密に連携し、最新の精密製造および計測製品を幅広く使用しました。これには、レーザー粉末床溶融結合技術を備えたレニショーの主力製品である RenAM 500M 金属積層造形システム、QuantAM ビルド準備ソフトウェア、工作機械プローブシステム、EquatorTM ゲージングシステム、および REVO 5 軸測定システムを備えた CMM が含まれています。
図 1: CATIA で表示された Bleu Car コンセプトカーのヒンジ部分。レニショーは、切削加工における加工プロセスの特性評価、設計検証、自動プロセス制御における技術的優位性を提供しました。これらすべての成果と、3DEXPERIENCE プラットフォーム上の完全なソフトウェア セットを組み合わせることで、AM プロセスをシームレスに統合するエンドツーエンドの製造ソリューションがユーザーに提供されます。

チャレンジ
Dassault Systèmes と Renishaw のエンジニアが直面した最初の課題は、3D 設計、テスト、分析ソフトウェアだけでなく、金属 3D 印刷装置などのハードウェアも含む、それぞれの仮想および実際の生産環境を調和させることでした。 3DEXPERIENCE プラットフォーム内でのソフトウェアの開発では、実際の AM 処理ルールに準拠する必要があります。
このコラボレーションの目標は、AM の設計と製造プロセスを可能な限り合理化し、ユーザーがコストのかかる時代遅れの「設計、構築、テスト」アプローチから脱却し、新しい「最初から正しい」製造方法に移行できるようにすることです。
より具体的には、このコラボレーションの最終的な目標は、元の CAD ソース ファイルを汎用の .STL 三角形メッシュ ファイルとしてエクスポートする手順を排除することです。この .STL 形式のエクスポートは、製造エラーを引き起こし、その後の製品バージョンで品質管理レベルが低下する主な原因の 1 つであることが長い間証明されてきました。

図2: QuantAM処理ファイル処理ソフトウェアにおけるBleu Carコンセプトカーのヒンジ部品
解決策<br /> 自動車業界で革新的な 3D 設計の人気が高まっていることを利用し、AM プロセス チェーン全体のソフトウェア機能を強化するコラボレーションは、ダッソー・システムズのコンセプト カー「Bleu」を中心に、具体的には未来的なドア ヒンジの設計と製造に取り組んでいます。

ヒンジは複雑で軽量なダブルウィッシュボーン形状の部品です。この部品の設計と製造は、ダッソー・システムズとレニショーのエンジニア間のソフトウェア開発コラボレーションの物理的な基盤となり、両者は構造最適化、マルチマテリアル設計、部品統合などの分野で徹底的な研究を実施しました。

エンジニアは 3DEXPERIENCE プラットフォーム内で作業し、CATIA ジェネレーティブ デザイン ソフトウェアを使用してまったく新しい 3D ヒンジ設計を完成させました。 DELMIA ソフトウェアによって生成された関連レーザー スキャン パスは、まず QuantAM ソフトウェアにインポートされ、追加の処理が行われてから RenAM 500M システムにエクスポートされました。

ヒンジ設計の調整、シミュレーション、印刷、精度テストの一連のクローズドループ反復を完了した後、両者は、最適な 3D 設計と印刷結果を確保するために 3DEXPERIENCE プラットフォーム内のさまざまなソフトウェアに統合する必要のある特定の AM 処理ルールを特定しました。

Renishaw は、Dassault Systèmes 向け QuantAM ソフトウェア用のアプリケーション プログラミング インターフェース (API) を開発しました。この API は、DELMIA ソフトウェアに統合して、3D プリント用の「最初から正しい」レーザー スキャン パスを生成できるように設計されています。

図3: Renishaw EquatorTMゲージで測定したBleu Carコンセプトカーのヒンジ部分
結果<br /> Dassault Systèmes と Renishaw のコラボレーションの直接的な結果として、3DEXPERIENCE プラットフォームのユーザーは、追加の後処理のために最初にデータ ファイルを外部システムにエクスポートする必要なく、ネイティブ CAD 環境内で印刷するために、Renishaw AM システムの全製品に直接データを出力できるようになりました。

CATIA、SIMULIA、DELMIA ソフトウェアの機能強化により、革新的な 3D 製品設計を、レニショーの AM システムの仕様だけでなく、製品自体の最終的なパフォーマンスに合わせて、さらにインテリジェントに最適化できるようになりました。その結果、ユーザーは最初からより正確に部品を製造できるようになり、リードタイムが短縮され、材料コストが節約されます。

このコラボレーションは、コンセプトカー「Bleu Car」のドアヒンジを研究用の実車として使用し、3D設計ソフトウェアの開発に重点を置きました。その結果生まれた高性能ヒンジ部品は、ユーザーが3D設計と印刷方法の助けを借りて、より多くの実世界でのメリットを得られることをさらに実証しました。

図 1 と 2 は、元の CATIA 製品設計から QuantAM で生成された最終製品のレーザー スキャン パスまでの部品設計の進化を示しています。図3と図4は完成したアルミニウム印刷部品を示しています。

この場合、元の部品と最適化された部品の体積はほぼ同じであり、ヒンジの設計段階ですべてのサポート構造が削除されているため、見た目がより美しく、信頼性が高く、合理化された自動車部品製品が実現します。


図4: RenAM 500M処理チャンバー内のBleu Carコンセプトカーのヒンジ部品
ダッソー・システムズのSIMULIAアディティブ・マニュファクチャリングおよびマテリアル部門責任者、Subham Sett氏は次のようにコメントしています。「レニショーと同様に、ダッソー・システムズは3D設計および印刷技術をあらゆる種類の製造プロセスに簡単に統合できるソリューションを提供することに注力しています。

生産環境。この共通の目標が、コラボレーションの成功に重要な役割を果たしました。 Dassault Systèmes が提供する機能生成設計ソフトウェアと物理製造シミュレーション ソフトウェアは、金属 3D 印刷プロセス チェーンの重要なコンポーネントです。 ”

ダッソー

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