クローズドインペラ製造におけるサポート構造の体積を最大60%削減｜VoxelDance Engineeringのシミュレーション活用でサポート構造を最適化

株式会社システムクリエイト
2024年12月16日

株式会社システムクリエイト

株式会社システムクリエイト（本社：大阪府東大阪市荒本新町、代表：川上正義）はVoxelDance社の金属3Dプリンタ用シミュレーションソフトウェアであるVoxelDance Engineering (VDE)を活用し、最大60%のサポート構造の体積削減を達成した事例をご紹介いたします。このソフトウェアは、材料の選択、印刷速度、層の厚さ、固有の歪み、温度など、さまざまな印刷パラメータを考慮して最終部品のパフォーマンスを保証します。最小限の材料で成功可能なサポート構造を事前に確認できるため、材料の使用を最小限に抑え、最終的には開発および製造コストの削減が可能となります。
VoxelDance Engineeringとは
VoxelDance が開発した VoxelDance Engineering (VDE) は、金属ベースの積層造形 (AM) プロセスをシミュレートするための CAE ソフトウェアソリューションです。VDE は、部品が印刷される前に AM プロセスを迅速にシミュレーションし、潜在的な問題を予測して補正するのに役立ちます。従来の FEM ソフトウェアと比較して、VDE のコアは GPU に基づいており、5 ～ 10 倍の高速化を実現します。
課題：コストと生産性の両立
サポートを追加して部品の底面全体を完全に埋めると、材料が大幅に無駄になり、後処理も必要になります。そのため、コストと生産性のバランスをとるために、サポートを最小限に抑えながら印刷を成功させることが要求されます。

クローズドインペラへの完全サポートの追加

プロセス1：SLA の経験に基づいてサポートを追加

SLA の経験に基づくサポート構造

シミュレーション結果

プロセス2：部品の歪みを制御するために必要なサポートを追加
プロセス1から得た知見を踏まえ、別のバージョンのサポート構造を再設計しました。プロセス1で大きな歪みが発生した箇所に必要なサポートを追加し、2回目の反復シミュレーションを開始したところ、新しい結果でも最大許容変位は0.5mmに設定されました。

プロセス1に基づいてサポートを追加

プロセス2のシミュレーション結果

シミュレーションの結果、部品の歪みは許容範囲内に抑えられていることが示されました。しかし、Z方向に沿って単層の厚みを超える大きな反りが見られました。各レイヤーの厚さは50μmであるため、この値を超える反り変位は、ブレードと印刷部品の衝突を引き起こし、最終的に印刷プロセス全体の失敗につながる可能性があります。実際の造形を行った結果、反りはシミュレーションの予測と完全に一致いたしました。

プロセス2のZ方向変異

実際の造形物の反り

プロセス3：サポートの最終設計
造型中のブレードの衝突を回避するために、下図のAおよびBの箇所にサポートを追加いたしました。シミュレーション結果では、Z 方向の歪みが許容範囲内であることが示されました。さらに、上面をからの確認によると、対応する領域に反りがないことがわかりました。

プロセス2に基づくサポート構造の再設計

プロセス3のシミュレーション結果

結果：サポート使用量の大幅削減に成功

プレセス3での造形結果：造形された部品には歪みや亀裂が見られず、VDE の精度が高いことが証明されました
サポートの設計を最適化するために使用した VoxelDance Engineering (VDE) は製造プロセス全体の仮想シミュレーションを提供し、サポート設計のさらなる最適化と調整を可能にし、最終的に造形を成功させるための信頼性の高いソリューションを提供しました。

フルサポート構造と比較して、「プロセス3」はサポートの量を最大 60% 削減し、材料の使用量を大幅に削減しました。VDEは、材料の使用量を削減し、開発および製造コストの低減に大いに貢献するツールでございます。

株式会社システムクリエイトは、今後もVoxelDance製品を通じて、製造業界のさらなる革新と発展に貢献してまいります。ご質問お問い合わせは、下記までお願いします。
システムクリエイトについて
システムクリエイトは、ものづくり企業向けのソリューションプロバイダーとして、3Dプリンターや3Dスキャナーなどの3Dツール、工作機械の販売からCAD/CAMなどのソフトウェア、技術サポート、トレーニングまで幅広く提供しています。また、加工・造形の知識を活かして、受託造形の依頼もお受けしています。

■会社名：株式会社システムクリエイト
■代表者：代表取締役川上正義
■設立：1992年6月19日
■本社所在地：大阪府東大阪市荒本新町1-20
■TEL：06-6618-8555
■FAX：06-6618-8566
■事業内容：3Dデジタルツール導入支援・販売・サポート
　・ソフトウェア（CAD/CAM・IoTツール・解析）
　・3Dプリンター / 3Dスキャナー
　・工作機械
　（マシニングセンタ・NC旋盤・レーザ加工機・その他）
　・3D技術代行サービス
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