積層造形に取り組むSOLIDWORKSユーザーのための6つの必須ツール

積層造形（一般的には 3D プリンティングとして知られています）は、材料を層ごとに追加して部品を構築する製造プロセスです。このプロセスは、ユーザーのネイティブ CAD プログラムで設計された 3D モデルから始まります。次に、部品を分析していくつかのセクションに分割し、部品の構築計画を作成します。現在、一般的に使用されている積層造形技術は、ステレオリソグラフィー (SLA)、選択的レーザー焼結 (SLS)、直接金属レーザー焼結 (DMLS)、選択的レーザー溶融 (SLM)、および熱溶解フィラメント造形 (FFF) です。他にもテクニックはあります。

付加製造には多くの利点があります。これらには、部品のリードタイムの短縮、従来の製造方法では不可能な部品の製造、部品の軽量化、廃棄物の削減、オペレーターのスキルの低下、設計間のツール変更の不要、複数の材料の使用が可能などが含まれます。今日、付加製造に使用される金属、ポリマー、ポリマーマトリックス材料、セラミックの数は驚くほど多くなっています。

SOLIDWORKS ソフトウェアにおける積層造形のためのブロック設計
SOLIDWORKS ソフトウェアの機能を使用すると、設計段階の早い段階で設計やジオメトリの問題を特定し、コストを削減して時間を節約できます。一般的な AM 部品設計を準備するために、これらの機能のいくつかをここで説明します。

この記事で説明する SOLIDWORKS の機能は次のとおりです。
• SimulationXpress（有限要素解析プレビュー）
• Print3D（3Dプリントモジュール）
• ジオメトリ解析
• 厚さ分析
• アンダーカット分析とドラフト分析
• DFMXpress（製造実現可能性分析）
SimulationXpress (有限要素解析プレビュー)

SimulationXpress は、SOLIDWORKS 内で有効化される無料のツールで、SOLIDWORKS ソフトウェア内で初めて有限要素解析を実行できます。 SimulationXpress は、エンジニアや設計者が設計中の部品が設計どおりに機能することを保証するのに役立ちます。これは、プロトタイプが適切に機能するかどうかを判断する際に非常に重要です。

機能プロトタイプ、少量生産部品、治具、固定具、または金型が必要な場合は、プラスチック部品が応力またはたわみテストに合格しない可能性があるため、材料を考慮する必要があります。注意すべき点の 1 つは、FFF (Fused Filament Fabrication) または同様の技術を使用して作成されたほとんどのパーツは、デフォルトでは 100% 充填されないということです。

3D プリント部品について話すとき、充填率がよく使用されます。ほとんどの内装材は、100% 固体または高密度ではなく、マトリックスまたは格子構造で層状になっています。設計された部品は 100% 充填 (完全密度) 部品ほどの強度はありませんが、材料の応力とたわみを比較する場合、このツールは依然として有用です。

Print3D（3Dプリントモジュール）

SOLIDWORKS は数年前、アプリケーション (SOLIDWORKS) 内から 3D プリンターに印刷することで、3D プリンターを 2D プリンター (レーザープリンターとインクジェットプリンター) と同じくらい簡単にする機能を導入しました。この機能は 3D プリンターメーカーでは広く受け入れられていませんが、Makerbot など、この機能をサポートするプリンターもいくつかあります。

多くの 3D プリント会社は独自のソフトウェアを提供しています。この機能は、薄壁チェッカー、部品が正確に印刷できるかどうかを確認するためのズーム機能、部品を変更せずに 3D プリンターベッドにインストールできるかどうかを確認するためのボリュームチェッカーを備えていることを考えると、非常に価値があります。

この機能は、3D プリンターのビルドプラットフォームに収まるようにパーツの向きを調整しようとします。上記の機能に加えて、Print3D（3D 印刷モジュール）には、サポートが必要になる可能性のある場所を確認する機能も追加されています。これは、ファイルをプリンターに送信する前に少なくとも使用する必要がある機能豊富なツールです。予防は治療に勝る。

ジオメトリ解析

ジオメトリ分析機能は、他のアプリケーションで問題を引き起こす可能性のあるジオメトリを識別します。これらのアプリケーションには、有限要素モデリング、3D プリント、コンピューター支援加工などが含まれます。これらの幾何学的エンティティを識別するために、制御パラメータの値を指定できます。

これらは、小さなエッジ、小さな面、または不連続なエッジや面である可能性があります。特に SOLIDWORKS で簡単に修正できる場合、プリンターが失敗する可能性のあるジオメトリを作成しようとすることを望む人はいません。これらのエラーの多くは、複雑なフィレット操作の周辺で発生します。

いくつかの付加製造プロセスを使用して部品を製造する場合、応力集中を緩和するためにフィレットが重要です。下の画像は、設計中の部品に対して設定されているジオメトリ解析を示しています。

ブロック厚さ分析

厚さ分析は、加法または減法のいずれかの方法で製造されるすべての部品にとって非常に貴重なツールです。各 3D プリント方法には、部品のサイズと壁の厚さに関する独自の設計ガイドラインがあります。

SOLIDWORKS では、これらの設計基準をパラメータとして入力して、3D 印刷プロセスに固有のフィードバックを生成できます。どのような材料でも、積層造形を行う際には、壁の厚さが非常に薄いと、部品が歪んだり、バラバラになったりする可能性があります。厚い壁は、一部の積層造形プロセスでは問題にもなります。同じツールでこれらの領域も識別されます。

画像からわかるように、SOLIDWORKS は部品内の薄い壁や厚い壁がある場所を自動的に検出します。デザインの複雑さによっては、これらは必ずしも明らかではない場合があります。

ブロックのアンダーカット解析とドラフト解析

これらの機能は金型設計アプリケーションでよく使用されますが、積層造形アプリケーションを検討する場合にも非常に役立ちます。 SOLIDWORKS ユーザーは、「引っ張る」方向またはパーツが構築される方向を定義し、角度しきい値を定義するだけで、残りの作業は SOLIDWORKS が行います。

面が 45 度に近づいたり、45 度を超えたりするアンダーカットの状況がある場合は、通常、サポートが必要になります。サポートは可能な限り回避する必要があるため、SOLIDWORKS ではこれらの条件が存在する場合にそれを示してソフトウェアで考慮できるようにすることが重要です。

印刷方法によっては、印刷後にサポート材を除去するのが難しくなり、表面が非常に粗くなることがあります。上の画像では、赤と青の表面にはサポートが必要ですが、黄色と緑の表面には必要ありません。黄色と緑の面は、パーツが構築される方向の角度しきい値内にあるため、サポートは必要ありません。

ブロック DFMXpress (製造可能性分析)

DFMXpress は、SOLIDWORKS ソフトウェア内でアクティブ化する必要がある無料のツールです。このツールは積層造形とは関係ありません。実際、これは、減算的な製造操作であるフライス加工と穴あけ加工に重点を置いています。

このツールの価値は、機械加工が困難または不可能な状況で積層造形が有利になる場所を示すことです。下の画像は、サブトラクティブ製造を使用してフライス加工や穴あけ加工を行うことが難しい設計部品の領域を示しています。

金属 3D プリント用ブロック SOLIDWORKS モデル

上記の機能は、結合金属堆積 (BMD) と呼ばれる新しいプロセスを含む、ほとんどの製造プロセスに適用できます。 BMD は、Desktop Metal の Studio システムを利用した印刷技術で、金属棒の束 (ポリマー結合剤と混合した金属粉末) を加熱して押し出し、3D プリントされた金属部品を作成します。システムのすべてのコンポーネントは安全で、オフィスに適しており、プリンターを実行するために大規模な機器のアップグレードは必要ありません。形状やサイズのプロトタイプを作成できるだけでなく、機能のプロトタイプも作成できます。これらは設計基準に従って機能する実際の金属部品です。

これらの部品は、デスクトップベースの Metal Print Studio システムを使用して数日で製造できます。多くの場合、既存の加工契約や外注により、金属部品の加工には数週間かかります。 Studio システム部品のその他の用途としては、少量生産、治具、固定具などがあります。
下の画像は、左側に SOLIDWORKS モデル、右側にデスクトップベースの Metal Print Studio システムを使用して印刷された金属部品を示しています。同じ SOLIDWORKS モデルを Studio システムの制御ソフトウェアにアップロードして印刷することもできます。 STL やその他の中立ファイル形式は必要ありません。

要約:

SOLIDWORKS は、印刷前に再設計する領域を特定することで、設計者とエンジニアが部品の反復サイクルを短縮するのに役立ちます。多くの 3D プリンターには、ジオメトリ分析、方向変更、ジオメトリ検出用の専用ソフトウェアが組み込まれていますが、印刷段階でこれらの問題が発見された場合、エンジニアは CAD プログラムと印刷ソフトウェア間で変更を加え、部品を印刷用に準備する必要があります。

これらのツールを使用すると、SOLIDWORKS ユーザーは 3D 印刷プロセスにおける潜在的な問題を事前に検出できます。プログラム内で直接編集します。したがって、印刷パフォーマンスが大幅に向上し、印刷の失敗によって発生する反復サイクルを削減できます。

記事ソース: SOLIDWORKS

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