3D Printing Corporation がマルチフィジックスシミュレーションで ROI を向上

出典: Ansys 著者: Jennifer Procario
この記事はもともと Ansys ブログに掲載されました: 3D Printing Corporation がマルチフィジックスシミュレーションで付加製造サービスを最適化

技術の進歩が世界中の産業に影響を及ぼし続けるにつれて、付加製造 (AM) の人気が高まっています。世界市場規模は2030年までに761.6億米ドルに達すると予想されており、2022年から2030年の間に年平均成長率20.8%で成長すると予想されています。

企業が材料コストを削減しながら効率を高める方法を模索する中、環境への配慮が付加製造の魅力を高めています。このバランスを実現するために、多くのメーカーがデジタル変革を進め、新しいテクノロジーと方法を採用しています。シミュレーションと積層造形は、製造業者が印刷前に 3D 部品を設計、テスト、検証できるようにすることで、この変化をサポートし、時間、材料、コストを節約しながら部品の品質を向上させることができます。

米国企業3Dプリンティングコーポレーション株式会社（3DPC）の日本子会社は、シミュレーションと積層造形を組み合わせ、戦略的な3Dプリンティングサービスのワンストップソリューションを提供することで、製造業者が代替サプライチェーンを開発できるよう支援しています。サプライチェーンを保護し、メーカーが予期せぬ混乱に備えるために、3DPC はメーカーに付加製造部品とサービスを提供し、ワークフローを最適化してデジタル化を支援します。 3DPC は、玩具会社から宇宙ステーションまで、さまざまな業界や市場と協力しています。

3DPC は、Ansys スタートアッププログラムを通じて、低コストで Ansys のマルチフィジックスシミュレーションツールにアクセスし、Ansys のシミュレーション技術を使用して 3D プリントされた部品と材料の精度と耐久性を確保できるようになります。 3DPC は、Ansys の高精度な予測分析を通じて、構造の完全性、熱の問題、流体の流れと衝撃などのエンジニアリングダイナミクスを検証しながら、材料コストを削減し、積層造形サービスを最適化し、顧客ベースを拡大することができます。

3DPCの設計者はAnsys Fluentを使用して遠心分離機の翼周りの流体の流れを解析します

挑戦は受け入れる：シミュレーションは付加製造の課題を軽減する
3DPC では、樹脂、金属、複合材料など、さまざまな材料が使用されます。積層造形においては、変形を予測することが、部品をうまく製造し、コストを削減し、多数の印刷エラーを回避するために重要です。 3DPC は、Ansys のマルチフィジックスシミュレーションツールを使用して、熱変形を分析および予測し、事前にパラメータを変更します。

コンポーネントを構築する際には、強度と重量が同等に重要なので、両者のバランスを見つける必要があります。メーカーは強度の高い部品を求めていますが、顧客は軽量な部品を求めています。このバランスを実現するために、3DPC は、Ansys Mechanical と応用トポロジー最適化を組み合わせた熱溶解積層法 (FDM) アプローチを使用します。研究チームは、FDM法の異方性を考慮しながら強度を評価し、トポロジー最適化モデルに適用しました。このアプローチを使用した一例では、3DPC は強度を犠牲にすることなく重量を 20% 削減することができました。チームは、Ansys シミュレーションテクノロジーを使用して、理想的な比率が達成されるまで、境界条件などの設定とパラメーターを変更することができました。

Ansys Fluent を使用した遠心ポンプ周りの流体の流れのシミュレーション

Ansys Fluent を使用した遠心ポンプインペラ周りの流体の流れのシミュレーション

熱解析では、3DPC は熱交換効率を評価するために Ansys Fluent を統合し、粉末床溶融結合 (PBF) 法を使用して熱変形を予測するために Ansys Additive Suite を統合しました。さらに、3DPC は、Ansys LS-DYNA を使用してエラストマー材料の衝撃エネルギー吸収能力を評価し、Ansys Discovery を使用してメッシュデータを分析します。

「Ansys Startup Program がなければ、Ansys が提供するさまざまなモジュールソリューションをすべて検討するために必要な手順を踏むことはできなかったでしょう」と、3DPC の CEO である Alexander De Vore 氏は述べています。「これらのソリューションの中には、当社のプロセスのさまざまな段階で予想外のメリットをもたらすものもありました。Ansys ソリューションから得られた幅広い洞察は、既存のビジネスに付加価値をもたらす新しい方法を見つけるのに役立ちました。」

3DPC は部品の重量を軽減するだけでなく、材料の使用量も削減し、部品のパフォーマンスも向上させます。たとえば、Ansys ツールは、3DPC がラティス構造などの付加部品の剛性を定量化するのに役立ちます。この洞察は部品を改善するだけでなく、3DPC が顧客に対してより強力なビジネス提案を作成するのにも役立ち、シミュレーションを使用して部品の機能を仮想的に説明できます。これらの利点と Ansys の高速シミュレーションサイクルを組み合わせることで、3DPC は販売までの時間を短縮し、生産をスピードアップして新規顧客を獲得し、投資収益率 (ROI) を向上させることができます。

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DPC は、このヘルメットの 3D プリントされたクッション材など、積層製造中の部品の品質を向上させるために、Ansys のシミュレーションツールを使用しています。

シミュレーションで顧客を満足させる
3DPC は、PBF や熱溶解積層法 (FFF) などの複数の AM 技術を含む設計エンジニアリング、3DPC の日本施設での機器製造、ハードウェア統合コンサルティング、顧客が電子的に注文して追跡できるデジタルプラットフォームという 4 つの主要サービスを提供しています。

通常、3DPC の顧客には、部品を緊急に必要としている企業、AM ジオメトリを活用した高性能コンポーネントを求めている企業、AM を体系的に導入することを検討しているがどのように始めればよいかわからない企業などが含まれます。

より迅速な部品生産を求める顧客の要求に応えるため、シミュレーションにより 3DPC はシミュレートされたコンポーネントをデジタル化し、より短時間で顧客の仕様に合わせて部品をカスタマイズできます。ある例では、3DPC は大手グローバル企業のリードタイムを約 20% 短縮するのに役立ちました。

「長年かけて開発してきたソフトウェアモデルと設計ヒューリスティックを使用することで、多くの試行錯誤を回避することができました」と De Vore 氏は指摘します。

AM ジオメトリを使用して部品のパフォーマンスを向上させたいと考えているお客様のために、シミュレーションは、重量、熱力学、電磁気特性の観点からのエンジニアリングダイナミクスなどの一般的な課題を 3DPC が克服するのに役立ちます。ほとんどの顧客はすでに従来の形状を検討しており、積層造形による新しい機能を模索しています。 3DPC は、材料の選択から性能テスト、材料開発まで統合されたサービスを提供することで、これらのニーズに応えます。

付加製造技術が注目を集め、人気が高まるにつれ、多くの企業がこの技術に興味を持ちながらも、その処理方法についてはよくわかっていません。 3DPC は、これらの潜在顧客に対して、特定のニーズを評価し、可能なソリューションについて話し合うためのハードウェアコンサルティングサービスを提供しています。

Ansys シミュレーションによって提供される重要な洞察により、3DPC は、機械加工中に空気が閉じ込められることで発生する可能性のある金属の多孔性などの欠陥を検出できます。

未来に向けたものづくり<br /> 3DPC は、AM プロセス全体に Ansys のシミュレーションテクノロジーを統合することで、チームが重要だと考える重要なデータ主導の洞察を適用できます。

「AM は継続的なプロセスであるため、このタイプのデジタルモデリングは非常に重要です」と De Vore 氏は述べています。

今後、このスタートアップは Ansys のシミュレーション技術を活用してビジネスを強化し、ツールをさらに調査し、デジタルストレージソリューションを検討することで、データの洞察力を高める予定です。

「モデルの結果を提示すると、新規顧客から信頼を勝ち取ることができた最高の結果もありました」と De Vore 氏は指摘します。「Ansys の結果を統合することで、ビジネスに非常にプラスの投資収益がもたらされ、販売時間が短縮され、これまで獲得が困難だった新規顧客を獲得することができました。」

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