教科書「スマートマニュファクチャリングデジタルアディティブマニュファクチャリング」 - 3D プリントのためのエンドツーエンドの統合アディティブマニュファクチャリングソリューション

「スマート製造、デジタル付加製造」は、スマート製造における産学連携人材育成のための教科書シリーズの 1 つであり、シーメンスインダストリアルソフトウェア関連のテクノロジープラットフォームによってサポートされています。シーメンスインダストリアルソフトウェアは、積層造形 (3D プリント) 技術の応用において、需要主導型のジェネレーティブデザインから 3D プリントまで、革新的な設計、シミュレーション分析、プリント準備、積層造形の製造業務を網羅し、積層造形の産業応用の実現に重点を置いた、エンドツーエンドの統合積層造形ソリューションを提供しています。

本書は、機械、自動車、金型、航空などの業界の応用を背景に、積層造形に対する設計、シミュレーション、生産の業界ニーズを組み合わせ、製品設計、予測工学分析、3Dプリント準備の観点からデジタル積層造形プロセスチェーンを紹介しています。具体的には、積層造形アプリケーションの3次元設計と検証、高度な格子構造設計方法、リバースエンジニアリングに基づく3次元プリント、ジェネレーティブデザインとトポロジー最適化、積層造形前処理、多軸積層造形、プロセスシミュレーションと後処理、および代表的な業界での部品プリント例などが含まれています。

本書は具体的な事例に焦点を当て、まずその設計原理と方法を紹介し、次にシーメンスインダストリアルソフトウェアの積層造形環境に基づく操作プロセスを紹介し、理論と実践を組み合わせます。同時に、「インターネット+」形式を使用して重要な知識ポイントにQRコードを埋め込み、読者が関連知識を理解し、より深い学習を行うことを容易にします。読者は、各章を段階的に学習することで積層造形の高度な設計概念を習得し、ケース実践を通じて学んだ内容を習得することができます。本書は、高等専門学校や専門学校の機械・金型・自動車関連専攻の教科書として、また、製品の設計・製造に携わる技術者にも活用していただけます。

△シーメンスデジタル産業ソフトウェア Simcenter Testlab

序文<br /> 3D プリンティングとも呼ばれる付加製造 (AM) は、切削や金型を使用した等材料製造などの従来の減算製造方法と比較して、さまざまなエネルギー源と CAD/CAM 技術による材料の蓄積を組み合わせた製造方法です。イノベーションを推進し、企業が生産の障壁を乗り越えるのを支援し、材料の削減、重量の軽減、製品性能の拡大によって製品を作り直し、製品の変更を従来の設計から積層造形のための革新的な設計に移行します。金型の開口部をなくし、組み立てやその他の再構築製造を排除または簡素化することで、積層造形はプロトタイプアプリケーション/実験アプリケーションから主流の工業生産に移行し、それによってパーソナライゼーション、カスタマイズ、オンデマンド印刷などを実現し、企業のビジネス再構築を支援します。

しかし、企業が積層造形という新しい技術を導入しようとすると、いくつかの制限にも直面します。現状では、企業は独立したアプリケーションシステムを使用しており、連携できないことや、ファイル交換による連携が必要なことが多く、データとプロセスの管理が制御不能になっています。そのため、企業はこれらの障害を排除し、積層造形を製品の研究開発と製造の実際のプロセスに統合し、積層造形の産業応用を実現する必要があります。

シーメンスAGは、インダストリー4.0の提唱者であるだけでなく、産業実践の先駆者でもあります。機械設計、電子および自動化設計、ソフトウェアエンジニアリング、シミュレーションテスト、製造計画、製造オペレーションなどの分野を網羅し、デジタル企業に必要な多分野の専門分野において最も広範な産業ソフトウェアと業界知識を提供しています。学校が科学研究、実践的なトレーニング、企業サービスのニーズを満たす産業と教育の統合プラットフォームを確立するのを支援します。

本書は、デジタル積層製造に対する企業の能力と人材の需要を満たすために、需要主導型生成設計から 3D 印刷まで、エンドツーエンドの統合積層製造ソリューションを提供し、積層製造の革新的な設計、シミュレーション分析、印刷準備、生産業務を網羅し、積層製造の産業応用の実現に重点を置いています。同時に、「インターネット+」技術を採用し、いくつかの知識ポイントの近くにQRコードを設置しています。ユーザーはスマートフォンでスキャンすることで、携帯電話の画面に教育内容に関連するマルチメディアコンテンツを表示することができ、読者が関連知識を理解し、より深い学習を行うのに便利です。

目次<br /> 第1章積層造形技術の概要第2章積層造形技術のアーキテクチャ
2.1 典型的なプロセス
2.2 主要な設計手法
2.3 バリューチェーン全体のソフトウェア統合
2.4 積層造形の構成
2.5 積層造形のための部品設計

第3章積層造形のための設計検証
3.1 印刷スペース
3.2 伸長角度
3.3 壁の厚さ
3.4 最小半径
3.5 完全に密閉された空間
3.6 チャネル比
3.7 信頼できるサポート
3.8 印刷時間
3.9 過熱解析
3.10 コンポーネントの向きを最適化する

第4章ラティス構成
4.1 ラティス構成の概要
4.2 ラティス構成法
4.3 格子構成体積の定義
4.4 格子の生成
4.5 ラティスの接続
4.6 ラティスの清掃
4.7 カスタムラティス

第5章リバースエンジニアリングに基づく3Dプリント
5.1 部品修理事例
5.2 ケース操作手順
5.3 リバースエンジニアリングによる迅速なモデリングと最適化

第6章ジェネレーティブデザインとトポロジー最適化
6.1 ジェネレーティブデザインとトポロジー最適化の概要
6.2 トポロジー最適化ケース1
6.3 トポロジー最適化ケース2
6.4 トポロジー最適化と制約
6.5 トポロジー最適化ケース3

第7章積層造形前処理
7.1 印刷環境の構築
7.2 設計サポート
7.3 スペースレイアウト
7.4 印刷ファイルを出力する

第8章多軸積層造形
8.1 平面処理
8.2 ロータリー加工
8.3 ロボットによる平面堆積プロセス

第9章プロセスシミュレーションと後処理

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