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DIPROニュース

2020

9月号

2020.09.10

今、大注目の次世代モノづくり手法!
アディティブ・マニュファクチャリング
(第三回)

今、大注目の“アディティブ・マニュファクチャリング”で、
考え方を“従来”から“アディティブ”に変えてイノベーションを加速

はじめに

DIPROニュース2020年7月号から連載をスタートしました「今、大注目の次世代モノづくり手法!アディティブ・マニュファクチャリング」。前々号・前号では、「アディティブ・マニュファクチャリング(以下、AM)概要」「ラティス構造 / コンバージェント・モデリングのNX機能」をご紹介しました。第三回となる本号では下図の領域から、注目のCAE関連技術「ジェネレーティブ・デザイン/トポロジー最適化」についてご紹介いたします。(下図CAE技術領域)

AMの効果を最大限発揮するためには、従来の製造方法にとらわれず、斬新な形状の製品創造が重要となります。それを実現するNX-CAE技術をご紹介いたします。

ジェネレーティブ・デザインを実現するトポロジー最適化

ジェネレーティブ・デザインとは、人間とコンピューターが共同で作り出すデザインおよび、その制作手法のことを言います。素材の種類・重量・コストなど、デザインの制約となる条件を設定し、コンピューターが基本となるデザインをもとに、短時間でさまざまなデザインを生成します。人間が無意識のうちにとらわれる伝統・習慣と関わりのない、斬新なデザインが得られます。

Today 過去の設計案をベースに形状作成→CAE等の検証

Tomorrow 人は条件を考える→コンピュータはそれを満たす形状案を生み出す

コンピューターの役割である『形を考える』→『斬新な形状を創造する』ためのソリューションの一つとして、トポロジー最適化があります。

トポロジー最適化とは

トポロジー最適化とは、設計空間にどのように材料を配置すれば、構造的な条件下で最適な構造となるかを導き出す手法です。製品の強度を損なわず、軽量化を達成できます。

Simcenter Nastran Topology Optimizationのご紹介

弊社で販売・サポートしているトポロジー最適化製品は、Simcenter Nastranを解析ソルバー(SOL200)としています。複数の性能要件(線形静的、固有値、周波数応答、座屈およびそれら組み合わせ)を同時に満たす、強くて軽い構造材料配置が得られます。

下図の例は、L字フックの線形静解析で、境界条件として左側の穴2つを固定し、右下の穴に対して荷重条件を設定しています。更に、位相最適化解析のための条件として、設計目標として剛性を最大化、設計拘束として質量を設計領域の40%となるように設定して最適化計算を実行しています。

Simcenter Nastran Topology Optimizationで計算した最適化形状は、ファセットボディとしてエクスポートすることが可能で、前号でご紹介した『コンバージェント・モデリング』を活用して修正することが可能です。

また、従来の製造方法でも製造可能な形状を導き出すために、様々な製造制約条件を設定することが可能です。

製造制約条件の設定

最大メンバーサイズ 有り・無し 平面対称条件有り・無し 押し出し制約条件
有り・無し 周期対称条件
  • 平面対称
  • 周期対称
  • 最大メンバーサイズ
  • 最小メンバーサイズ
  • 金型抜き方向
  • 押し出し方法指定
  • 最大オーバ

トポロジー最適化の活用事例

トポロジー最適化の活用事例を2件ご紹介いたします。

1.自動車OEMのプレス成型機事例

自動車用のプレス成型機となると重量は50トン以上で、プレス力は2500トンを超えます。トポロジー最適化を適用することで、金型の垂直リブは重量を20%削減しつつ、最適な荷重配分を実現する革新的な構造を実現しました。これにより、稼働エネルギー10%削減を実現しています。

2.Hackrod社によるATVシャーシへの適用事例

NXのトポロジー最適化の機能を意匠および骨格デザインに適用することで、軽量かつ最適に剛性配分された独自構造のシャーシとサスペンションを開発しました。

おわりに

第三回目としてCAE技術に関する「ジェネレーティブ・デザイン / トポロジー最適化」のNX-CAE機能をご紹介しました。従来の製造方法ではなく、AMによる製造を前提として性能要件を満たす形状の製品を再設計することで、AMによる効果を最大限発揮することが可能となります。

最終回となる次回はAM製造を実現するための核となるCAM関連技術「プリント準備 / プリント / 後処理」をご紹介いたします。

最終回の掲載予定

第四回
プリント準備 / プリント / 後処理(CAM技術)

AM装置を活用して実際にモノを製造するためには、CAM関連技術の活用が不可欠です。詳細は次号でご紹介しますが、NXは主要なAM製造方式に対応しているため、ひとつのツールで複数のAM装置に対応することができます。目的に応じて様々なツールを準備するのではなく、設計から解析、製造まで幅広い業務を統合ソリューション「NX」が支援いたします。

今こそ新しい発想、新しい技術の活用に一緒に取り組みませんか?ご興味のある方は、お気軽にお問合せください!

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製品・サービスに関するお問い合わせ
(メカニカルエンジニアリングサービス部 岩崎)

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