在庫: 3D プリントパフォーマンスツール - 構造最適化設計ソフトウェア

既存の積層造形構造の大部分は、依然として従来の製造プロセスを重視した設計構成を採用しています。このようにして作成された構造は、積層造形によって提供される新しい設計空間を十分に活用しておらず、その性能を大幅に向上させることはできません。実際、積層造形技術が未熟なため、その性能は従来の製造プロセスで作成された構造よりも劣っています。しかし、3Dプリントの分野でトポロジー最適化を適用すると、まったく予想外の革新的な構成が得られます。

積層造形は製造業に革命的な変化をもたらし、その応用範囲はラピッドプロトタイピングから実際の製品製造の分野にまで広がり、マルチピース融合、分散製造、材料特性の個別制御など、従来のプロセスでは不可能だった製造を実現し、構造形式やプロセス方法の制限を打ち破り、部品の「自由な製造」を実現しました。現代のトポロジー最適化と軽量構造設計の利点を十分に発揮できる唯一のプロセスとなっています。積層造形印刷の品質と成功率をどのように確保するかは、緊急に解決する必要がある問題です。付加的なプロセスシミュレーションの登場により、製造前に印刷プロセスのシミュレーション計算を実現し、印刷が完了した後の実際の状態を予測してプロセスの最適化を行うことができます。

南極熊が報じた第2回「天宮杯」構造最適化設計と付加製造競技準決勝では、わずか30mlの感光性樹脂材料を使用して拡散接続最適化設計を行い、3Dプリント後の耐荷重は9000N以上に達しました。第1回「天宮杯」競技では、位相構造最適化設計後、40mlの樹脂モデルが最大7500Nの圧力に耐えることができました。これらの設計者を本当に尊敬します。位相最適化技術の進歩は速すぎます。
数十年にわたる発展を経て、トポロジー最適化技術は、高品質の構成設計（構築材料、多層構造、マルチマテリアル構造、多機能構造）に関する広範な研究を実施し、3Dプリント技術を最大限に活用して巨大な革新的な設計空間を解放できるようになりました。トポロジー最適化（高度な設計ツール）と積層造形技術（高度な準備ツール）を組み合わせて構造革新能力の急速な向上を実現する方法は、今後 10 年間の研究の焦点とホットなトピックになることは間違いありません。

以前、Antarctic Bearでは、【徹底解説記事】「トポロジー最適化」と「3Dプリント」で3Dプリントとトポロジー最適化について詳しく紹介した記事を掲載しましたが、ではトポロジー最適化にはどのようなソフトウェアを使用できるのでしょうか？
次に、Antarctic Bear が現在のトポロジー最適化ソフトウェアを評価します。

3DXpert

国際的な 3D プリント大手 3D Systems の子会社である 3DXpert は、金属 3D プリントプロセス全体をカバーできます。 1 つの統合ソフトウェアソリューションにより、ワークフローを合理化し、生産上の障壁を排除できます。 3DXpert を使用すると、金属 3D プリントの設計と製造に高い柔軟性が得られます。 Build Simulation は、設計環境の不可欠な部分としてシミュレーションおよび分析ツールを提供し、ユーザーがジョブを印刷に送信する前に、付加製造の問題を迅速かつ正確に特定して修正できるようにします。

ネイティブ CAD データ (ソリッドとサーフェス/B-rep) を操作して、ファイルを三角メッシュに変換せずにデータの品質と整合性を向上させます。
ハイブリッドモデリング環境（メッシュ、ソリッド、ラティス）で作業し、履歴ベースのパラメトリックCADツールを使用して、どの段階でも簡単に変更を加えることができます。
特許出願中の 3D パーティショニングを使用して、部品の整合性を維持しながら印刷時間を短縮します。パーツのさまざまな領域に異なる印刷戦略を簡単に割り当て、それらを1つのスキャンパスにシームレスに統合します。
構造最適化ツールを使用して部品の重量を最小限に抑えたり、コンフォーマルな表面テクスチャを適用してマイクロラティスを即座に作成および編集したりできます。
独自の印刷戦略を使用して、設計意図と部品の形状を考慮した最適なスキャンパスを生成します。
ワークフロー全体にわたって同じソフトウェアシステムを使用して、穴あけやフライス加工などの後処理操作をプログラムします。

マテリアライズ3-matic

Materialise は、27 年を超える 3D 印刷の経験を、さまざまなソフトウェアソリューションと 3D 印刷サービスに取り入れています。産業分野向けに特別に設計された Materialise Magics 3D 印刷スイートは、設計の作成、設計の最適化、データの準備から印刷プロセスの管理、品質の監視まで、完全なソフトウェアシステムを提供します。 Antarctic Bear 3D Printing Network は、その市場シェアが非常に大きいことを指摘しました。
Materialise 3-matic は、3D プリント設計の最適化のために設計されたプロフェッショナルソフトウェアです。これは、3D プリント用の最適なデザインを作成するのに役立ち、3D プリントプロセスの最初のステップとなります。 3-matic は、表面テクスチャリング、軽量構造、スライス技術、ポストトポロジー最適化において優れた利点を備えています。

自由にデザインし、ユニークでパーソナライズされた製品を作成しましょう

多孔質構造を設計することで製品の密度を制御できる
軽量設計により材料を節約し、印刷時間を短縮し、印刷コストを削減します。
空気力学、音響、クッション性を変更して最適化したり、グリップ力を高めたりします。
テクスチャ構造を巧みに利用して、手作業による後処理の負担を軽減
強力な外部リンク機能、複数のシミュレーションツールをリンク

Materialise 3-maticでデザインする

STL形式で直接デザインを修正
STLをCADに変換する
テクスチャ、パターン、穴を生成する
軽量、コンフォーマル、多孔質構造を作成する
トポロジー最適化後に部品の粗い表面を滑らかにして、シミュレーション（FEA）と印刷の準備をする

トポロジー

ジェネレーティブデザインは、自然界のものを模倣した高品質の 3D 構造を作成することで、多くの業界で新製品を開発する方法を急速に変えている新しい設計アプローチです。
米国nTopology社のジェネレーティブデザインソフトウェア「Element」は、CAD、CAM、シミュレーションなど複数の既存技術を組み合わせ、複雑かつ最適化された構造を作成できる機能ベースのエンジニアリングアプリケーションです。
金属ツールの一般的な 3D モデルを Element にインポートし、モデル全体またはその一部を選択して最適化したり、これに基づいてメッシュ構造を使用することも選択できます。 Element は、生成、手動、シミュレーションベースの設計ツールの組み合わせを提供し、ユーザーが必要に応じて結果を変更および操作できるようにします。

オートデスクネットファブ

Netfabb は、基本的なパフォーマンスの向上に加えて、設計の最適化、ガイドラインの作成、プリンターの準備などの多くの新機能を追加します。驚くべきことに、これらすべてを、Autodesk 独自のソフトウェアを含む多くのサードパーティツールとも互換性のある単一の環境内で実現できます。 Netfabb の新バージョンの主な機能は次のとおりです。

· CAD ファイルをすばやくインポートし、編集可能な STL ファイルに変換します。· 3D 印刷モデル用の編集および最適化ツールをさらに追加しました。· 金属部品の構造応力と変形を予測するための印刷シミュレーションを作成します。· 印刷テーブルにモデルを配置し、サポート構造を生成できる新しいモジュールを追加しました。· モデルの強度を高め、重量を軽減するための新しいジェネレーティブデザインツールを追加しました。· 速度、フォーカス、レーザー出力などの印刷パラメータを調整することで、印刷自体と印刷効率を最適化できる高度なツールパスエンジンを追加しました。

アルタイル
Renishaw のマウンテンバイクのフレーム部品、Arup の建物コネクタ、RUAG Space のアンテナブラケット、Thales Alenia Space の衛星フィルターブラケット、voxeljet の自動車用アルミ合金ホイールフレーム、VTT の油圧部品、APWorks の 3D プリントバイク... これらの数え切れないほどの素晴らしい作品は、Altair のソフトウェアと切り離すことはできません。現在、Altair は 3D プリント設計の分野で注目を集めるブランドとなっています。
Altair が 20 年以上前にトポロジー最適化技術を開発したとき、3D プリントの製造プロセスはまだ成熟していませんでした。過去 20 年間、Altair のトポロジー最適化技術は、最適な製造技術に出会わなかったため、市場から忘れ去られてきました。今日、3D プリントがこれに出会うと、3D プリントの潜在能力が刺激されるだけでなく、トポロジー最適化技術に飛躍の翼が与えられることは間違いありません。
3D プリントが厳格な製造技術へと変貌するにつれ、ますます多くの業界がこの分野に注目しています。Altair のトポロジー最適化技術とシミュレーション技術を組み合わせることで、設計者は負荷と動作条件のみを提供することができ、ソフトウェアは最も効率的な構造設計を提供します。
カティア・カトポ
CATIA V5 をベースに開発されたトポロジー最適化設計ソフトウェア。 CATOPO を使用すると、設計エンジニアは強度と軽量性を兼ね備えたコンポーネントを開発できます。負荷条件 (制約、外部負荷) と既知の設計空間 (CATIA-Solid) を決定するだけで、製造上の制約を完全に考慮した概念設計ソリューションをソフトウェアから取得できます。すべての設計手順は CATIA 環境で直接実装されます。使いやすい: CATOPO は、CATIA GPS/GAS やその他の解析モジュールと同様の操作ワークショップスタイルを採用しています。

これらのモジュールは、設計エンジニアが解析タスクを迅速かつ簡単に完了できるように特別に設計されています。大部分が自動化された分析を実行するには、上記のようにいくつかの基本的な入力情報を設定するだけで済みます。 CATOPO はこのシステムに従っており、学習と使用が簡単で、ユーザーの分析経験が限られている場合やまったくない場合であっても、1 日でソフトウェアを習得できます。

強力: CATOPO は、Altair Engineering の OptiStruct、Fe-Design の TOSCA、INTES の PERMAS-TOPO という 3 つの独創的なトポロジー最適化プログラムを組み合わせています。
結果処理: 計算結果は平滑化され、直接検査できるように 3D グラフィックで表示されます。最後に、新しいモデルに対して巧妙なパッチ処理を実行して、CATIA モデルとして変換して保存します。

シーメンス 3D プリント設計ソフトウェア NX
2017年、FrustumはSiemensのNXソフトウェアにトポロジー最適化ジェネレーターを提供すると発表し、Siemensはそれを自社のエンドツーエンド3Dプリント設計ソフトウェアNXに追加しました。Siemens NXは、SiemensのPLMソフトウェアが開発したインタラクティブCAD/CAMシステムです。非常に強力で、さまざまな複雑なエンティティと形状の構築を簡単に実現できるため、金型業界で3D設計の主流アプリケーションの1つになっています。現在、3D プリントの普及により、NX はこのテクノロジーの強力なヘルパーとなり、設計から分析、製造までの関連プロセス全体を可能にします。

ジェネシス
GENESIS は、有限要素ソルバーと高度な最適化アルゴリズムを統合した構造最適化ソフトウェアであり、主に構造の軽量化とトポロジー最適化設計に使用されます。ユーザーは、ANSYS、Nastran、Abaqus などの有限要素ソフトウェアのメッシュモデルと荷重条件を直接使用して、構造最適化設計を実行できます。

GENESIS は、トポロジー最適化、形状最適化、サイズ最適化、形態最適化、自由サイズ最適化、自由形状最適化など、豊富な最適化設計機能を提供し、ハイブリッド最適化をサポートします。

GENESIS 最適化モデルは、高度な近似概念手法に基づいて構築されており、最適化の反復を非常に迅速かつ確実に実行して、より高速で最適な設計を得ることができます。最適化アルゴリズムでは、計算効率が高く、最適化の反復回数が少なくて済む、有名な最適化アルゴリズムパッケージ DOT と BIGDOT を採用しています。

生成する
Generate の市場ポジションは、従来の設計に対する並列マルチトポロジ最適化プロセスを設計者に提供し、パフォーマンスを向上させて 3D プリントを容易にすることです。つまり、設計に精通している必要はなく、トポロジー最適化が何であるかさえ理解する必要もありません。既製の設計を Generate プラットフォームにアップロードするだけで、残りは Generate プラットフォームに任せることができます。体系的な計算の後、製品の性能要件を満たす最終的な最適化された設計を簡単に得ることができます。このような魔法のツールとして、Generate はシーメンスを含む業界の注目を集めています。Antarctic Bear は、Generate がシーメンスからベンチャーキャピタル資金を獲得したことを知りました。

Generate プラットフォームは、製造アプリケーション向けに設計されています。プラットフォームによって生成されるシームレスな設計機能により、製品は最適な剛性を実現し、さまざまな負荷下で材料を分散させることが容易になります。滑らかでブレンドされた表面により重量が軽減され、応力集中が最小限に抑えられるため、手動で再設計する必要なく、設計を積層造形用に最適化できます。

Generate プラットフォームには、Free、Professional、Enterprise の 3 つのバージョンがあります。生成 Web サイトに登録すると、誰でもオンラインでプログラムを使用できるようになり、すべての SaaS モデルソフトウェアプラットフォームと同様に、ユーザーは月額料金を支払うこともできます。

トスカソフトウェア
TOSCA Structureは、ドイツのFe-design社が開発した構造最適化設計ソフトウェアシステムであり、現在では世界をリードしています。自動車、航空、機械製造、加工産業など多くの分野で広く利用されており、AudiやBMWなど世界的に有名な企業でも仮想製品開発用のソフトウェアツールとして採用されています。トポロジー最適化モデルは、FDM 熱溶解積層法を使用して製造され、重量が約 3 分の 1 削減されました。

TOSCA Structure は、任意の荷重ケースを持つ有限要素モデルに対してトポロジー、形状、および補強の最適化を実行できる標準的な非パラメトリック構造最適化システムです。最適化プロセス中は、既存の有限要素モデルを直接使用できます。 TOSCA Structure は、構造最適化の各反復プロセスで外部ソルバーで構造解析を実行します。最適化とソリューションに業界で認められた多数の最適化ツールを採用することで、最適化結果の高品質が保証されます。これを実行するもう 1 つの大きな利点は、ユーザーが別の馴染みのないソフトウェア環境に慣れるためのトレーニングを受ける必要がなく、使い慣れたソルバーと前処理および後処理環境で作業できることです。 TOSCA Structure 内のさまざまなプログラムの相互作用により、新しい製品構造のコンセプトから完成品までのクローズドループ最適化設計プロセスを CAD/CAE システムで完了できます。

SOLIDWORKS シミュレーション
SOLIDWORKS Simulation 2018 では、トポロジースタディという新しいスタディタイプが導入され、設計者やエンジニアは最小限の質量で革新的なコンポーネントを開発できるようになりました。トポロジースタディでは、線形静的荷重と制約の条件下で、目標質量または寸法の最適な剛性対重量比が達成されるまで、有限要素メッシュから要素を「削除」します。

この要素除去の反復プロセスは、最大許容たわみや製造管理などの研究上の制約の対象となります。簡単な例を使って、この新しい研究を詳しく見てみましょう。上に示したモデルは、単純なガスアシストヒンジリフト機構です。タスクは、青いコンポーネントの設計を最適化して、剛性を維持しながら質量を減らすことです。

堅実な思考
solidThinking の最も有名な 2 つのソフトウェアは、Insprie と Evolve です。 Inspire は強力なトポロジー最適化テクノロジーを統合するだけでなく、他の CAD ソフトウェアとシームレスに接続できるため、設計者は複雑な CAE の知識を理解しなくても効率的なモデリングを実現できます。 Evolve は高度に統合された 3D モデリングおよびレンダリング環境を提供し、設計者がさまざまな設計オプションをより効率的に評価、検討、視覚化できるようにします。
solidThinking Inspire は革新的な設計コンセプトを採用しており、フレンドリーで使いやすいソフトウェア環境で「シミュレーション主導の設計」のための革新的なツールを提供します。これは設計プロセスの早い段階で使用され、設計エンジニアが効率的な構造基礎を生成および調査できるようにカスタマイズされています。 Inspire は、Altair の高度な OptiStruct 最適化ソルバーを使用して、指定された設計空間、材料特性、および力要件に基づいて理想的な形状を生成します。ソフトウェアによって生成された結果に基づいて構造設計を実行すると、設計プロセス全体の時間を短縮できるだけでなく、材料を節約し、重量を軽減することもできます。

OptiStruct Altair OptiStruct は、有限要素技術に基づいた概念設計、構造解析、設計最適化ツールです。 OptiStruct は、指定された設計空間内で最適な設計ソリューションを自動的に計算できます。概念設計および詳細設計段階で広く使用され、柔軟な製造および処理制約、幅広い最適化応答タイプ、および高度に統合されたアプリケーション環境など、あらゆる業界の最適化設計ニーズを満たします。

トポロジー最適化<br /> 製品開発の初期段階では、ユーザーは製品の設計空間、設計目標、設計制約、処理および製造条件を定義します。OptiStruct はこの情報を使用して、設計制約を満たすだけでなく、最高のパフォーマンスを実現する構造トポロジ設計ソリューションを解決します。

形態の最適化剛性を高めるために、多くの部品に補強リブがよく使用されます。 OptiStruct の形状最適化テクノロジーは、設計要件を満たす最適なリブレイアウトを設計できるようにユーザーを導きます。このテクノロジーは、構造剛性の向上とノイズの低減を目的とした概念設計に効果的に適用されています。
フリーサイズ最適化形状最適化.......
アンシス
ANSYSツールは主に3つの部分に分かれています
1. デザイナー向けで入門レベルが低いワークベンチ添加剤解析モジュール。
2. ANSYS 積層造形モジュールは、積層造形装置のオペレーターとプロセスエンジニア向けに設計されており、初心者でも簡単に使用できます。
3. ANSYS Additive Research モジュール: このモジュールは、添加剤材料の専門家とプロセスの専門家向けに設計されており、比較的高い入門レベルを備えています。
積層造形をベースに製品を設計する場合、エンジニアリング設計者レベルでは、設計者は製品の機能要件とニーズを整理し、設計空間、目標、制約に基づいてワークベンチで解析プロセスを構築する必要があります。次に、ANSYSトポロジー最適化を使用してトポロジー最適化を行い、SpaceClaimを使用して表面を滑らかにします。次に、Mechanicalを使用して性能を検証します。同時に、ワークベンチの積層造形解析モジュールを使用して、印刷後の変形や応力の問題を迅速に解析し、印刷部品の配置、サポートの適用方法、製品の設計を最適化する方法によって、印刷プロセスの効果を確保できます。設計者が製品の最終設計を決定した後、ANSYS 付加印刷モジュールを使用して解析を行い、機器、粉末、印刷プロセスパラメータのマッチングの観点からプロセスパラメータの高速な組み合わせを迅速に見つけ、印刷時の試行錯誤回数を減らし、印刷形状制御の変形と応力の結果を確保します。予備的な印刷パラメータの組み合わせを完了した後、ANSYS 添加剤研究モジュールを使用して、印刷後の微細構造、金属組織、多孔性などの微視的結果を分析およびシミュレートしました。

シムライトトップティマイザー
Simright Toptimizer は、オンラインの機械構造トポロジー最適化ソフトウェアです。構造トポロジー最適化設計を迅速に作成し、設計を軽量、効率的、革新的にするのに役立ちます。使い方も簡単です。実務経験がなくても、すぐに習得して構造トポロジー最適化を完了できるため、構造トポロジー最適化作業が容易になります。

imright Toptimizerの主な機能
1. Webブラウザをベースにしているため、ソフトウェアをインストールすることなく、いつでもどこでも使用できます。
2. 使いやすく、CAE 初心者から上級者まで適しており、数分で習得でき、トポロジー最適化計算は 5 分で完了します。
3. 強力な自動メッシュ機能。
4. トポロジー最適化の結果を平滑化し、STL 形式にエクスポートできます。

アイサイト
Isight は最も優れた総合 CAE ソフトウェアの 1 つです。さまざまなシミュレーションソフトウェアをビルディングブロック方式ですばやく結合し、設計プロセス、最適化アルゴリズム、近似モデルを統一されたフレームワークに整理し、シミュレーションソフトウェアを自動的に実行して、「解析 - 最適化 - モデル修正 - 再解析と再最適化」の全プロセスを完了します。これにより、従来の設計プロセスの「ボトルネック」が解消され、設計プロセス全体が完全にデジタル化され、完全に自動化されます。これにより、反復的でエラーが発生しやすいデジタルおよび設計処理作業の実行においてエンジニアリングデザイナーの代わりを務めることができます。

Isight は、製品設計サイクルの短縮、製品コストの削減、製品品質の向上の観点から、航空、航空宇宙、自動車、武器、造船、電子機器、電力、機械、教育、科学研究の分野におけるプロセス統合、設計最適化、信頼性の高い堅牢な設計のための総合的なソリューションとして好まれています。

AMendate トポロジー最適化ソフトウェア

AMendate は、積層造形用のコンポーネント設計のための自動トポロジー最適化ツールを提供します。同社は西ドイツのパーダーボルン市に拠点を置き、欧州連合、ドイツ連邦経済エネルギー省（BMWi）、その他3つの欧州組織からの資金援助を受けて運営されている。

AMendate の CEO 兼共同創設者である Thomas Reiher 氏は、次のように述べています。「スタートアップチャレンジの優勝者の 1 社として、業界にとって欠かせないこのイベントに参加できることを嬉しく思います。AMendate は、構造部品の自動最適化ソリューションを開発しました。これは、積層造形の利点を最大限に活用した部品を必要とする企業にとって理想的なソリューションです。興味深い技術的な議論を楽しみにしており、魅力的な注文を期待しています。」

概要<br /> 全体的な構造階層、材料特性の勾配、機能構造の統合、構造の多機能性は、新しい構造や材料の重要な開発方向となっています。積層造形技術を基盤として、従来の設計の「限界」を打ち破り、統合型で軽量、低コスト、高性能な新構造・新材料を開発することが、新世代の大型・ハイエンド機器・構造物の開発にとって急務となっています。