【３.構造最適化解析で3Dプリンタ造形革新]】
１．構造最適化のニーズ
昨今の動向として自動車などの開発においては部品の軽量と強度のトレードオフ事象を最適化する設計が強く求められています。シンプルな事象に対する最適化は、ベテラン設計者の知恵と簡単な計算である程度成し遂げられていますが、マルチフィジックス（構造・流体・熱 etc.）などの複雑な事象に対する最適設計は、コンピュータによる大規模なシミュレーションが必要となります。そして現在コンピュータによる最適化手法は、技術的な進歩を遂げて設計現場でも活用され始めており、今後この構造最適化はCAEの必須機能になると予想されます。
図１に示しますように構造最適化ツールと弊社が販売する金属材料3DプリンタMetal X（Markforged社開発）を組合せて活用することにより製品開発プロセスにおける手戻りを削減し開発期間短縮の効果が期待されています。
２．構造最適化手法の種類
構造最適化手法は、大きく分けて以下の３つに分類され、それぞれ用途が異なると考えます。
- トポロジー最適化
- 形状最適化
- 寸法最適化
1. は、ある設定した設計空間の範囲で、目的関数を満たすように大胆な形状を生成します。例えば部品の形状を四角が良いか三角が良いかなど設計初期において最適な概念設計を導く効果があります。
2. は、穴の形状を円形から楕円に変えるなど詳細設計フェーズで細部形状を最適化するのに効果があります。最適化する設計範囲を指定しますが、設計変数の設定は不要です。
3. は、板厚など最適化する設計変数を明示する手法です。詳細設計フェーズで形状細部の寸法を最適化するのに効果があります。
図2にトポロジー最適化のサンプルを示します。
Markforged社製3Dプリンタ Metal Xと最適化ツールの組合せにご興味がございましたら、下記「お問い合わせ」にてご連絡ください。
コラム「構造最適化解析で３Dプリンタ造形革新」一覧
著者情報
株式会社ファソテック 技術顧問 CAEコンサルタント 藤田俊之
1974年 名古屋工業大学 機械工学科を卒業、川崎重工業に入社。10年間、化学プラントの耐震設計および航空機の強度・振動解析などの構造解析、さらに宇宙機器の開発に従事。
1984年 日本アイ・ビー・エム入社。26年間にわたりCAEDS（I-DEASの別名）、CATIAアナリシスおよびSIMULIAなどのCAEツールを担当するSEおよびテクニカルセールスを歴任し、一貫してCAE技術畑を歩む。
その後ダッソー・システムズを経て、2012年よりCAE推進をライフワークとするコンサルタントとしてファソテックに在籍し、現在に至る。