3Dプリントの革新がデザインの未来を変える

現在、3D プリントの分野では、ジェネレーティブデザインよりもトポロジー最適化が最もよく言及される用語でしょう。これら 2 つはよく混同されますが、ジェネレーティブデザインを詳しく調べると、いくつかの開始パラメータに基づいて反復と調整を行い、(最適な) モデルを見つけるプロセスであることがわかります。トポロジー最適化は、与えられたモデルの解析です。境界条件に基づいて有限要素解析を実行し、モデルを変形または削除して最適化するのが一般的です。

ジェネレーティブデザインは、人間とコンピュータの相互作用と自己革新のプロセスです。「生成」システムは、入力者の設計意図に基づいて、実現可能な設計ソリューションの幾何学モデルを生成し、包括的な比較を行って設計ソリューションを選別し、最終的な意思決定のために設計者に提示します。

簡単に言えば、ジェネレーティブデザインとは、設計ソフトウェアのアルゴリズムを通じてアート作品、建築モデル、製品モデルを自動的に生成する設計手法です。ジェネレーティブデザインはパラメトリックモデリング手法です。設計プロセス中に、設計者が製品のパラメータを入力すると、アルゴリズムが自動的に調整と判断を行い、最適な設計が得られます。現在、有名なジェネレーティブデザインソフトウェアとしては、Autodesk の Within、Autodesk の Dreamcatcher、Siemens の Solid Edge ST10 などがあります。

ジェネレーティブデザインは、デザイナーにインスピレーションを与え、手動モデリングでは簡単には得られないアイデアを生み出し、珍しい複雑な幾何学的構造を持つデザインを作成します。 3D プリント技術は、複雑なデザインを現実のものに変えることができるため、ジェネレーティブデザインの「良きパートナー」となることが期待されています。

CAD 設計技術の応用は 3 つの時期を経てきました。最も初期の文書時代では、CAD はコンピュータ支援設計を通じて製品図面を記録するだけでした。2 次元の幾何図形であれ、3 次元の製品モデルであれ、それらはすべてカバレッジと経験に基づく文書操作に基づいていました。最適化の時代には、3 次元 CAD が徐々に主流になり始めました。建設業界であれ、製造業界であれ、エンジニアはリアルで正確なデジタルモデル、3 次元視覚化設計ツール、シミュレーション分析ツールを使用して、設計結果を最適化できます。モバイルインターネットの急速な発展に伴い、今日のデザイナーとエンジニアは、製品をよりクリエイティブでパーソナライズするために、ユーザーのニーズに対する洞察をますます必要としており、これは CAD 設計がより相互接続され、インテリジェントになることを意味します。これは、オートデスクなどの企業がジェネレーティブデザインテクノロジーの開発推進に取り組んでいる重要な理由でもあります。

アメリカの有名スポーツブランドであるアンダーアーマーのアプリケーションでは、アンダーアーマーはオートデスクのジェネレーティブデザインと3Dプリント技術を組み合わせて、靴底のデザインを変更しています。アンダーアーマーの限定版ランニングシューズ「アーキテクト」は、運動中のいつでもアスリートの足にフィットする3Dプリントランニングシューズです。独自に設計されたグリッド構造のミッドソールは、アスリートに安定したかかとのサポート構造を提供し、高強度のトレーニングに必要なクッション能力を満たします。現在、Architect は Under Armour 公式サイトで予約注文可能です。

Siemens のジェネレーティブデザインにより、Solid Edge 3D 製品開発ツールキットにトポロジー最適化がもたらされます。設計者は特定の材料、設計空間、許容荷重と制約、目標重量を定義し、ソフトウェアは幾何学的ソリューションを自動的に計算します。これらの結果は、3D プリンターですぐに製造することも、従来の製造用に Solid Edge でさらに最適化することもできます。

Solid Edgeジェネレーティブデザインの提案は、生物進化とCAD設計の組み合わせに基づいており、その機能は例を挙げて実証されています。 Solid Edge ST10 ジェネレーティブデザインでは、ユーザーは力、圧力、トルクなどの荷重をパーツに適用できます。次に、周囲のパーツとアセンブリ関係があり、変更が許可されない面を指定します。次に固定面を指定します。制約の設定が完了しました。ユーザーは、研究の精度、望ましい目標質量削減、および安全係数を指定することもできます。必要な安全係数が高く、必要な質量削減が大きすぎる場合、効果的な結果が得られない可能性があります。その後、Solid Edge は複数の反復操作 (生物の世代進化に類似) を実行して、最終的な最適化結果を生成します。最適化結果には応力分布も表示できます。 Solid Edge のジェネレーティブデザインは、CAD 設計、最適化設計、CAE 解析をシームレスに統合します。

ジェネレーティブデザインから派生した最適化されたコンポーネントは、Siemens のコンバージェントモデリングと同期テクノロジーを組み込んだ Siemens Solid Edge のツールキットを使用してさらに変更できます。メッシュ化された結果は通常のモデル編集プロセスにシームレスに統合され、設計者が手元のタスクに必要な最終的な設計を取得するのに役立ちます。三角形メッシュから B-rep への長くて不正確な変換を待つ必要はもうありません。

将来のジェネレーティブデザインでは、人工知能、仮想現実、3Dプリント、機械学習などの新興技術も統合され、設計プロセスがよりインテリジェントになり、設計の敷居がさらに低くなります。

出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
【徹底解説】「トポロジー最適化」と「3Dプリンティング」

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