ジェネレーティブ デザインで従来の製造方法を最適化

ジェネレーティブ デザインで従来の
製造方法を最適化

エンジニアが次世代のジェネレーティブ デザインでどのように CNC 機械加工などの従来の製造方法を最適化するかをご確認ください。

ジェネレーティブ デザインと積層造形は製品開発に革命をもたらし、エンジニアが次世代製品を設計および製作できるようにする強力なツールです。これらの 2 つの方法は互いに補完し合っています。 ジェネレーティブ デザインは、より軽量かつ堅牢で、目的に適した部品を作成し、積層造形はこれらの革新的なジオメトリを作るための実行可能な方法を提供します。

しかし、積層造形は大きな進歩を遂げているものの、大量生産にはまだ向いていません。積層と従来の製造技法には根本的な違いがあります。従来の製造方法では、材料のブロックを除去したり部品を鋳造して目的の形状を作成します。 つまりメーカーでは、製品要件に合う斬新なデザインであっても、従来の製造技法では製造できないことがあるという課題を抱えています。

幸いなことに、別の方法があるのです。この記事では、次世代のジェネレーティブ デザインを基にこの問題を克服する技法を検討し、エンジニアが従来の製造方法を特定および最適化し、製作機械加工と製品設計の要件の均衡を取りながら革新的な設計を作成する方法をご確認いただけます。

ジェネレーティブ デザインの価値を制限する問題

ソフトウェアが生体模倣を含む多様なアプローチを基に幅広い設計を生成するジェネレーティブ デザインは、きわめて革新的な製品を作成します。生体模倣は、自然界に見られる設計やアイデアをエミュレートすることで人間の課題に対処しますが、その結果として得られる設計は、有機的で自然に見える形をしていることが多いです。 ジェネレーティブ デザインは、このような斬新な設計コンセプトを見つけ出し、設計段階で成熟したコンセプトを洗練し完成させます。 エンジニアは、市場や業界全体を驚かせる、これまで想像もつかなかった斬新な設計コンセプトを創出しています。

ジェネレーティブ デザインは、革新的なデザインを実現する能力を高めます。

これらの斬新な形状は、ほぼ制約のない状態で作成されることが多いため、積層造形は設計したものを製造するための最適な技法となります。しかし、このような設計は、現時点でメーカーが大量生産用に使用する鋳造および機械加工技法には適していません。 そのためエンジニアは、これらの設計を新たな形状に変換しなければなりません。 しかし、そのような変換は常に可能なわけではありません。それが可能であるとしても、デザインを再利用するために膨大な作業が必要となり、ジェネレーティブデザインのおかげでエンジニアが得られたはずの時間的な余裕が失われ、イノベーションが阻害されてしまいます。

製造を意識したジェネレーティブ デザイン

次世代のジェネレーティブ デザインはこの問題を解決することができます。また、次世代のジェネレーティブ デザインによってエンジニアは、積層技法および切削技法を含む複数の製造方法の製作結果を検討することできます。

切削は多くの場合、3 軸または 5 軸として定義されます。どちらの方法でも、最小工具径や長さなど、製品の設計や使用する製造技法にさまざまな制約が課せられています。 ただし、技法には違いがあります。 3 軸技法は一般的な工作機械を使用しますが、多くの場合、労働集約的であり、狭いキャビティを加工する場合には適していません。 5 軸技法は、3 軸技法と比較して、多くの場合、より高速で、材料の処理が少なくて済みます。 CADツールの利用により、より高い精度が得られますが、準備時間も長くなります。

MJK Performance は、ジェネレーティブ デザインで 2.5 軸フライス盤用のトリプル クランプを最適化しました。 画像提供:MJK Performance

次世代のジェネレーティブ デザインのおかげで、エンジニアは設計スペースを設定し、製造方法を評価するために 3 軸と 5 軸の両方の技法に適した結果を生成できます。エンジニアは、セットアップの方向を製造方法の方向に合わせ、保持する必要のあるジオメトリに一致させることができます。 これにより、多様な設計の可能性を探ることができます。 たとえば、保持されたジオメトリに穴のある円柱が含まれているが、軸が切断方向に位置合わせされていない場合、エンジニアは円柱の代わりに立方体などの別のジオメトリを評価できます。 メーカーは、結果として得られるジオメトリのギャップを回避し、さらに検討を加えるために設計をエクスポートできます。 エンジニアは、元のモデルとその結果に影響を与えることなく生成モデルのクローンを作成することもできるため、元の作業の多くを再利用できます。

新機能と特長

次世代のジェネレーティブ デザインは真の価値を提供します。この価値は、従来のジェネレーティブ デザインのように、エンジニアが従来の製造方法では製造不可能な革新的なデザイン生み出すことができる、という価値とは異なります。 次世代のジェネレーティブ デザインがなければ、イノベーションはすべて無駄になる可能性があり、エンジニアは生産可能な設計を思い付くことができないかもしれません。

新しいジェネレーティブ デザインの BAC ホイールは 5 軸ミルで製造されています。 画像提供:BAC

エンジニアは、ジェネレーティブ デザインに製造上の制約を入力することで、特定の材料、動作条件、製造プロセスに対して、有効なジオメトリ オプションを数多く検討できるようになりました。また、フライス盤や 3D プリントなどの製造方法の実用性を評価し、製造上の加工要件と製品設計の要件の適切なバランスを見極めることができます。 次世代のジェネレーティブ デザインは、製品設計のライフサイクル全体を通して自動化を提供するため、より短い時間で最適な設計を見つけることができます。 また、開発プロセスが加速化されるだけでなく、エンジニアは、繰り返しの作業から解放され、最終品とその製造方法の最適化に集中できるようになります。 その結果、次世代のジェネレーティブ デザインを活用することで従来の製造方法を用いながらイノベーションを起こすことができます。

ジェネレーティブ デザインは 3 軸および 5 軸技法の最適設計をすばやく探索

ジェネレーティブ デザインは、積層造形技術に適した制約の少ない革新的なジオメトリを作成します。積層造形は今後期待されている技法ですが、多くのメーカーでは依然として切削加工方法に依存しており、既存の設備でこれらの新しいデザインを作成することは現実的ではありません。 これらの設計を切削加工方法に適したものにするためには、エンジニアは設計を新しいジオメトリに変換しなければなりません。しかし変換には時間がかかり、その間にイノベーションが失われてしまいます。

エンジニアは次世代のジェネレーティブ デザインを活用することで、積層造形および切削加工を含む、複数の製造方法の異なる製造結果を検討できます。3 軸と 5 軸の両技法を評価し、ジオメトリのギャップを回避すれば、生成モデルを複製してワークフローを最適化することができます。

また、次世代のジェネレーティブ デザインにより、エンジニアは製造の観点から実現可能な設計を生み出すこともできます。さらには、自動化のおかげで、製造上の制約を満たすジオメトリ オプションを探索し最適な設計をすばやく特定することで、次世代製品の開発と展開を迅速化することもできます。

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