積層造形シミュレーションのリーダーとの独占インタビュー: 金属3Dプリントは鋳造や鍛造と同じくらい普及するだろう

Antarctic Bear は読者に、金属 3D プリント技術が成熟し、コストが比較的低くなり、鋳造や鍛造と同じくらい普及した場合、市場規模はどの程度になるのかという疑問について考えるよう求めています。

現在、中国の金属3Dプリンター設備メーカー、材料メーカー、サービスメーカーが次々と登場し、ますます人気が高まっています。Antarctic Bearには多くの新顔が見られますが、ソフトウェア企業は多くありません。金属 3D プリントの応用の難易度と敷居は非常に高く、同じブランドとモデルの金属 3D プリンターを使用した場合でも、ユーザーによって結果が大きく異なります。私たちがよく知っている平面の印刷物とは異なり、ドキュメントを開くだけで内容を紙に印刷できます。

金属 3D プリントの使用、積層造形用のプリントモデルの設計、プロセスシミュレーションが重要です。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。

2018年3月中旬、Antarctic BearはANSYS Asia Pacific（ANSYS Asia Pacificは中国の工業企業のR&D情報化分野のリーダーであり、新しい工業製品の開発者であり、企業シミュレーションシステムとリーンR&Dシステムの創始者であり、仮想シミュレーション業界で第1位）の北京本部を訪れ、金属3Dプリントトポロジー最適化の世界的リーダーであるANSYSとその中国パートナーANSYS Asia Pacificにインタビューしました。

△ ANSYS米国社構造製品担当テクニカルディレクターのデイブ・コノバー氏（左）とANSYS中独コンサルティング会社のテクニカルゼネラルマネージャーのバオ・ガンチアン氏（右）

アメリカの企業である ANSYS は、エンジニアリング設計シミュレーションソフトウェアに関して世界最強の企業の一つです。 2017 年 11 月、ANSYS は積層造形シミュレーション企業である 3DSIM を買収し、積層造形プロセスシミュレーションのリーダーとなり、積層造形プロセスシミュレーションスイートである ANSYS Additive Suit をリリースしました。

ANSYS は、積層造形のための設計およびプロセスシミュレーションのための完全なソリューションを提供します。これにより、ユーザーは、トポロジー設計の最適化、コンポーネントの検証、印刷設定、プロセスシミュレーション、サポートの生成、印刷障害の防止、微細構造の予測など、積層造形設計および製造チェーン全体のあらゆる側面を考慮することができ、コストと時間のかかる試行錯誤を必要とせずに、高品質で効率的な積層造形プロセス設計を完了できます。例えば、航空宇宙関連の金属部品を試作する工程では、金属3Dプリンターを使用して複数のバージョンのサンプルを印刷する必要がある場合が多くありますが、設計とプロセスシミュレーション技術を駆使すれば、印刷するバージョンの数を減らすことができます。

3D プリント技術は、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し、複雑なトポロジー最適化金属部品の製造を実現し、部品の重量を大幅に軽減 (軽量化) し、操作性を向上させ、エンジンの出力により加速を高め、エネルギーを節約できます。南極熊は、北京新京和がトポロジー最適化を3Dプリント金属サービスシステム全体の最も重要な概念と目標と見なしていることも認識しました。

記者：ANSYSは3DSIMを買収した後、どのような計画を立てていますか？
Dave Conover: ANSYS は、鋳造や鍛造のプロセスと同様に、ソリューションを通じて積層造形技術をさらに成熟させたいと考えています。金属は 3D プリントの将来の方向性と焦点であり、中核であり、大きな可能性を秘めています。金属印刷では、印刷部品のさまざまな形状に対応する必要があります。ANSYS ソリューションはこれらの問題の解決に役立ち、金属 3D 印刷を広く使用される製造プロセスにし、この技術をさまざまな国に普及させます。

記者: Ansys Asia Pacific は、金属 3D プリントプロセスシミュレーションソリューションに関して ANSYS とどのように協力していますか?
鮑剛強：積層造形に対する完全なソリューションは、積層技術の推進と開発です。積層造形はプロセス技術であるだけでなく、積層思考でもあります。ソリューション全体は、設計側のトポロジー最適化からCAEシステム分析まで多岐にわたり、シミュレーション分析を使用して適切なプロセスパラメータを迅速に見つけ、企業が製品を製造するのに役立ちます。この点に関して、アリアンツ・アジア・パシフィックは ANSYS 本社とより緊密に連携していきます。現在、いくつかのレベルで協力が進行中です。
① トポロジー最適化における協力。 ANSYS トポロジー最適化は 17.0 から 19.0 まで開発されてきました。中国ユーザーのトポロジー最適化のニーズに基づいて、いくつかの提案を行ってきました。将来的には、トポロジー最適化、さらには形態最適化や形状最適化についても研究開発を行っています。トポロジー最適化のコアアルゴリズムは、一般的な SIMP アルゴリズムに基づくレベルセットに拡張されます。同時に、ANSYS と協力して関連トレーニングを提供し、トポロジー最適化の手法をできるだけ中国ユーザーに普及させたいと考えています。
② ANSYSから海外での積層設計最適化の成功事例をできるだけ多く入手するよう努めます。これらの事例は私たちに多くのインスピレーションをもたらし、中国企業が積層造形とインテリジェント製造のプロセスで重要な技術ポイントと重要なレベルの製品を見つけるのに役立つと思います。私たちのソリューションを使用して、中国企業が高度な積層設計を実現するのを支援できます。
③ 積層造形プロセスに関しても、ANSYS本社はANSYS Asia Pacificに多大な権限を与えています。私たちは中国でこのソリューションの独占的推進者です。同時に、ANSYSは技術面と開発面から多くのサポートも提供してくれています。海外のANSYS開発専門家のサポートを集めることで、積層造形ソリューションをより効果的に推進できるようになります。

△事例：ANSYS 積層造形シミュレーションスイートを使用して、印刷前に部品の変形を判定し、それに基づいてプロセス補正を設計します。初期設計では、印刷後に構造の上部に大きな膨らみが見られました。ANSYS の付加シミュレーションスイートは、初期形状と予測された変形に基づいて、3D プリンター用の変形補正された STL ファイルを作成しました。最終的に印刷された部品は、設計要件を正確に満たしていました。

記者：中国の企業やユーザーが付加製造ソリューションを導入できるよう、どのように支援しますか？
鮑剛強：Anshi Asia Pacificにはいくつかの方法と手法があります。
① 現在、大学研修プログラムや教育部との協力を通じて、付加的人材の該当研修基準、方法、システムについて、トップレベルから対応するドッキング計画を体系的に実施しています。グレートウォールプロジェクトは、高度な付加設計に関するコースを開始しようとしています。このコースでは、有限要素解析、最適化技術、付加製造プロセス、さらには高度な付加設計の方法、アイデア、システム全体をカバーしています。大学卒業生を通じて、高度な付加設計方法を企業にさらに効果的に導入したいと考えています。
② 今年は、積層造形をベースにした高度な設計ソリューションの始まりとして、積層造形ソリューションに関する特別セッションを開催し、ANSYS ユーザーだけでなく、ANSYS ユーザーと共有する専門的なコンテンツを提供します。市場の観点から、アリアンツ・アジア・パシフィックは積層造形関連の展示会を含む一連のマーケティング活動も企画し、より多くのチャネルを通じて企業に積層造形ソリューションとアイデアを提供していきます。
③一連のトレーニングを通じて、企業に無料トレーニングを提供するだけでなく、CAE の高度な応用トピック、トポロジー最適化、パラメータ最適化などの非常に直接的な高度な設計技術、付加プロセスシミュレーションなどのカスタマイズされた有料トレーニングも提供できます。
④ 専門的なサービスを提供します。実際の製品を持ち、ユーザーと協力して、材料の選択、製品コンポーネントの選択、動作条件のカスタマイズ、最適化、分析と検証、プロセスシミュレーション、そしてユーザーとの製造と実験まで、高度な積層設計のアイデアを最初から最後まで実行します。プロセス全体を通じて、ユーザーに真の価値をもたらします。当社は一連のサービスを通じて、企業がプロセス全体を製品製造に適用できるよう支援します。

記者： ANSYS は積層造形ソフトウェアの分野でどのような技術的優位性を持っていますか? ANSYS は、トポロジー最適化と 3D プリントの組み合わせに関して、どのように競争上の優位性を発揮しているのでしょうか?
Dave Conover: 物理シミュレーションのリーダーとして、ANSYS は強力な物理シミュレーション技術力を持っています。トポロジー最適化と 3D プリントの組み合わせには、典型的なアプリケーションプロセスがあります。プロセス全体を通じて、ANSYS は物理シミュレーションの理解を通じて、設計レベルから物理レベル、印刷レベルまで、ユーザーに完全なソリューションを提供します。物理シミュレーションは最も強力な差別化要因です。
① トポロジー最適化の分野では、CAE物理シミュレーションの合理性、つまり強力なモデルとパワーが最も重要です。 ANSYSはCAEシミュレーションにおいて優れた基盤を持っています。この基盤に基づくトポロジー最適化には大きな利点があります。トポロジー最適化のアルゴリズム自体は、可変密度SIMP法であり、他のソフトウェアでも実際に使用されています。同様のアルゴリズムですが、最大の核心は、どれだけ多くの物理分野をカバーしているかにあります。 ANSYSは、マルチフィジカル分野の典型的なリーダーです。市場に出回っている他の多くのソリューションは、物理分野の包括的なカバーが欠けています。 ② ここで強調されているのは、材料、設計、トポロジー最適化、検証、プロセスシミュレーションまでのプロセス全体です。ANSYS は完全なソリューションを展開したいと考えていますが、市場に出回っている多くのソリューションは個別かつ孤立しています。

記者：CAD メーカーの中には、トポロジー最適化技術を中核としたジェネレーティブデザイン製品を発売しているところもあります。設計の観点と ANSYS シミュレーションの観点では、どのような違いがあるのでしょうか。
Dave Conover: これらのメーカーは主に構造関連の最適化に重点を置いています。ANSYS にとって、構造はもちろん非常に重要な部分ですが、同時に、振動、熱、流体など、他の物理環境も非常に重要です。ANSYS は、物理環境全体の重要なポイントにさらに注意を払います。

記者：シミュレーション技術は金属 3D プリントのコストをどのように削減できるのでしょうか?
Dave Conover: ANSYS ソリューションの中心的な目的は、研究開発コストを削減することです。
① この技術により、印刷後にどのような変形が発生するか、印刷全体のサポート設計、印刷方法をどのように最適化すれば印刷の変形問題を最小限に抑えられるかを早い段階で分析することが可能になります。
② 装置に関しては、装置との組み合わせ、装置のパラメータ、印刷される粉末、どのようなスキャン戦略を使用するかについて、基本的には、初期のシミュレーションモデルから装置まで、対応する最適化の組み合わせを実行し、より少ないパラメータの組み合わせによってもたらされる試行錯誤のコストを削減します。
これら2つの部分が核となります。
例えば、サポートを最適化することで、レーザーや電子ビームの走査経路を可能な限り最適化したり、仮想センサーを介して温度を取得したりすることができます。これらはすべて、プロセス試作におけるシミュレーションの具体的な価値の現れです。

記者：ANSYS 積層造形シミュレーションソフトウェアの使用はどの程度難しいのでしょうか?
デイブ・コノバー：海外では、比較的新しい技術は依然として主に専門家によって開発されています。 3Dプリントの推進や機械設備の応用により、印刷製品の性能を材料専門家が判断する必要も出てくるなど、難易度の異なる物理レベルからのシミュレーション分析が必要になります。機械を操作できるオペレーターやプロセスエンジニアなどの単純なアプリケーションでは、コンポーネントを印刷する必要がある場合、関連ツールを使用して、あまり技術的な背景を理解していなくても、計算結果をすばやくシミュレーションして分析できるため、実際の印刷に役立ちます。付加科学モジュールの敷居は比較的高いです。このモジュールを通じて、材料の微視的構造分析を実行し、装置自体の統合を決定するのに役立ちます。
要約すると、ANSYS の付加製造シミュレーションツールは主に 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Workbench添加剤解析モジュール。
②積層造形装置のオペレーターやプロセスエンジニア向けに設計されており、入門レベルが低いANSYS積層造形モジュール。
③ANSYS Additive Research Module：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、比較的入門レベルが高いです。
3 つのブロックには、オブジェクトやユーザーごとに異なる使用要件があります。

全体的に、Antarctic Bear は、Ansys Asia Pacific がわが国最大の産業シミュレーション企業として、多数の顧客を獲得していると感じています。 Allianz Asia PacificとANSYSは、20年以上にわたる長い協力関係を誇っています。先進的な付加設計における米国ANSYSとの緊密な協力により、金属3Dプリントは徐々により幅広い産業分野に応用され、我が国における金属3Dプリントアプリケーションの実装にとって大きな意義を持ちます。

ANSYS Additive Manufacturing Process Simulation Suite にご興味がございましたら、Ansys Asia Pacific または Antarctic Bear までお問い合わせください。

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