３次元CADモデリング
３次元CADモデリングとは、製品や部品の形状を立体データとして作成し、設計・検証・加工・品質管理に活用するための技術です。従来の2次元図面では伝わりにくい曲面形状、組付け関係、干渉部位、寸法バランスなどを、画面上で直感的に確認できるため、製造業の設計現場では欠かせない工程となっています。
当社では、機械部品、金型、治具、筐体、樹脂部品、鋳物部品など、さまざまな工業製品の３次元CADモデリングに対応しています。新規設計はもちろん、図面が残っていない既存部品のデータ化、現物からのリバースエンジニアリング、加工用データの作成、設計変更に伴う形状修正まで、目的に合わせたCADデータを作成します。
現物部品からのCADデータ作成にも対応
古い機械部品や金型では、図面が紛失していたり、手書き図面しか残っていなかったりするケースがあります。そのような場合でも、現物を３次元測定・3Dスキャンし、点群データやメッシュデータをもとにCADモデルを作成することで、再製作や修理、改良設計に活用できます。
単に形状をなぞるだけではなく、平面・円筒・穴位置・R形状・基準面などを整理し、設計意図を考慮した３次元CADモデルへ変換することが重要です。これにより、加工しやすく、検査しやすく、後から修正しやすいデータとして利用できます。
３次元CADモデリングのメリット
３次元CADデータを作成することで、製品形状を立体的に確認できるだけでなく、部品同士の干渉チェック、重量計算、組立検討、加工前の形状確認などが可能になります。試作前の段階で問題点を見つけやすくなるため、手戻りの削減や開発期間の短縮にもつながります。
また、CADデータはCAM加工、3Dプリンター、CAE解析、品質検査、技術資料作成などにも活用できます。一度デジタルデータ化しておけば、将来的な設計変更や補修部品の製作にも対応しやすくなり、製品管理の効率化にも役立ちます。
用途に合わせたCADモデルを作成
３次元CADモデリングには、外観確認用、加工用、設計変更用、解析用、図面化用など、さまざまな目的があります。用途によって必要な精度やデータ構造は異なるため、目的に合わせたモデリングが必要です。
たとえば、加工用データでは面のつながりや寸法精度が重要になり、設計用データでは基準面・中心軸・穴位置・公差の考え方が重要になります。外観確認用であれば、形状の見た目や全体バランスを重視する場合もあります。当社では、使用目的を確認したうえで、最適なCADデータをご提案します。
対応可能な３次元CADモデリング例
機械部品の３次元モデル作成、金型部品のCAD化、樹脂成形品の形状データ作成、鋳物部品の再設計、治具・検査具の設計、既存部品の形状修正、2次元図面からの3D化、3DスキャンデータからのCAD化などに対応します。
複雑な自由曲面を持つ部品や、摩耗・変形した現物部品についても、必要に応じて補正や形状整理を行い、実用性の高いCADモデルへ仕上げます。
３次元CADモデリングで製造現場を効率化
３次元CADモデリングは、設計部門だけでなく、製造、検査、保全、品質保証、営業資料作成など幅広い場面で活用できます。現物しかない部品をデータ化することで、再製作や改良が容易になり、部品供給の安定化やコスト削減にも貢献します。
「図面がない部品をCAD化したい」「古い金型を修理・改造したい」「2D図面を3Dデータにしたい」「3Dスキャンデータを設計用CADに変換したい」など、３次元CADモデリングに関するご相談はお気軽にお問い合わせください。製造現場で使える、実用的なCADデータ作成をサポートいたします。
リバースエンジニアリングのCADモデリング
1.CADソフトウェアの選択:
・CADモデリングを行うための適切なソフトウェアを選択する必要があります。
2.新規プロジェクトの開始:
・ソフトウェアを開き、新しいプロジェクトを開始します。
3.基本図形の描画:
・3dスキャンデータからラインなど抽出します。
・線、円、四角形、多角形などの基本的な図形を描画するツールを使用して、デザインの基礎を形成します。
4.詳細モデリング:
・基本図形を元に、詳細な部分や特定の形状をモデル化します。3Dモデリングの場合、押し出し、回転、断面、複製などの操作を行うことができます。
5.アセンブリ:
・複数の部品を組み合わせて、完全な製品やシステムを形成します。これには、部品同士の位置関係や結合方法を指定する必要があります。
6.材料とプロパティの指定:
・3Dモデリングの場合、部品の材料や物理的特性を指定することができます。これにより、重量計算や強度解析などのシミュレーションが可能になります。
7.シミュレーションと解析:
・必要に応じて、モデルの動作や性能をシミュレーション・解析することができます。
8.最適化と修正:
・解析結果やフィードバックを元に、デザインの改良や修正を行います。
10.エクスポートと共有:
・最終的なモデルや図面を適切なフォーマットでエクスポートし、他の関係者と共有します。
これらの手順は、使用するソフトウェアやモデリングの目的によって変わる場合があります。しかし、これはCADモデリングの基本的なフローと考えることができます。
モデリングの方法
現物からのCADモデリング、実物を3Dスキャンや計測によってデジタル化し、点群・メッシュデータをもとにCADデータへ再構築する方法です。形状をそのまま写すだけでなく、基準面や中心軸、R形状、穴位置などを整理し、設計・加工に使いやすいモデルへ仕上げます。図面がない部品の復元、老朽化した金型や治具の再製作、既存製品の改良に有効です。現物の形状を正確に把握し、製造に活用できるデータ化を実現します。
＜フィレット＞
角の部分を丸めるフィレット加工、ポリゴンメッシュからラインを抽出しサーフェイスメッシュを作成、２個の面を延長し交差するところでエッジをつくり、そのエッジ部分を円弧で丸めてフィレットを作成。入り込んだ連続的なフィレットや途中から形状が変わる徐変フィレットなどCADモデリングで作成します。
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ポリゴンの場合、丸み部分も三角メッシュのため滑らかさはなく拡大すると凸凹です、金型製作などには不向きのためCADモデリングが必要になります。モデリングのフィレットは数値化した円弧になります。ポリゴンからオートサーフェスで作成したメッシュは稜線が不明のためポリゴンデータから特徴線等を抽出してモデリングします。
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＜円弧、円＞
ポリゴンメッシュからライン抽出、そのラインから幾何学的に正しい真円を作成します。数値入力で円の径を変更すことが可能です。円弧は真の一部で作成する。つくることができない円は与えられた複数の制御点とノットベクトルから定義される滑らかなサーフェス（B-スプライン曲線）で作成します。
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ポリゴンには円弧や円の数値的要素がないためデータを修正するにはCADモデリングが必要です。３Dプリンタでワークを作る場合でも、モデリングからポリゴンデータに変換方法が完全なワークができます。３次元CADモデリングされた円や円弧はサイズ等の変更ができます。成形収縮率、金型寸法、成形品寸法から成形条件に応じて変更が可能になります。
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＜平面＞
ポリゴンメッシュデータから平面上の二直線を抽出したラインを利用し、直線と平面、平面と平面とが、どこまで延長しても交わらな平面をつくります。型製作で切削や研削において大変重要な要素となっている均一性を示す数値の平面度、平面形体の幾何学的に正しい平面が必要とされています。
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ポリゴンは多面体オブジェクトの形状を定義する頂点、辺、面の集合体の三角メッシュためデータの容量は多くなります。モデリングは２点で構成されている真面平面ため容量が少ない。スキャンデータの平面は高さ方向にばらつきがあるため、CADモデリングの平面はスキャンデータの平均化されたメッシュで作成します。
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＜押し出し面＞
ラインで外形をつくり、ラインをオブジェクトの平面から直交方向に、指定した方向に、または選択したパスに沿って押し出します。ラインで外形をつくり、ラインをオブジェクトの平面から直交方向に、指定した方向に選択したパスに沿って押し出します。型のテーパ合わせ面に抜き勾配をつけることができます。
＜回転面＞
ラインで外形をつくり、ラインをオブジェクトの平面から直交方向に、指定した方向に、または選択したパスに沿って押し出します。ラインで外形をつくり、ラインをオブジェクトの平面から直交方向に、指定した方向に選択したパスに沿って押し出します。型のテーパ合わせ面に抜き勾配をつけることができます。
＜延長、トリム＞
CADモデリング操作においてオブジェクトの角出しや稜線出しのためCAD面境界エッジまでオブジェクトを延長して面の交差でトリムします。曲率がある面も面の性格が良ければ綺麗に伸ばせますが、ポリゴンからの面は、曲率の性格が悪い面になる場合が多い、長く伸ばすと自己交差したりして使い物になりません。そのため面の修正が必要になります。 性格の良いラインを引き直し面のつくり直しを繰り返し作成します。
＜ボス、リブ＞
成形品の組合わせや、他部品を締結する際に使用するボスは垂直などの精度が必要、ひけ、ボイドの発生や応力集中を起こしやすいため、変形を考慮した設計になっている。またパーツの取り出しを容易にするために抜き勾配を設ける必要があります。生産性や設計強度を維持しつつ外観も美しく仕上げられます。ポリゴンでのボスはオブジェクト成型時の変形などもそのまま取り込んだいるため平面に対して垂直、水平など修正が必要になります。ポリゴンデータからCADモデリングすることで修正が可能になります。
＜精密部品＞
電装部品成形、弱電部品、携帯電話、デジタルカメラ、精密機械、工業用精密部品などの高精度プラスチック精密製品のものつくり。工業精密プラスチック成形部品は、抜き勾配をつける、肉厚の均一、収縮と製造偏差の影響を考慮されている。繊細な部品はX線CTスキャンが利用されています。CTで精度あるデータを採取できてもポリゴン生成などの後行程で精度が落ちるため、CADモデリングが必要になります。３Dプリンタなどでつくられた試作品を量産の型製作用データ作成にリバースエンジニアリングを利用されます。
＜機構部品＞
回転運動を往復運動に変換、部品同士をつないだり機構が動く仕組みなど機械に備わっている働きや目的の機械要素の機構部品。機械要素の組み合わせにおいて部品同士バランスに考察して無理が生じないように注意を払われている。類似設計で過去の部品や市販部品等リバースエンジニアリング利用の例があります。
＜自由曲面＞
自由曲面は複数の制御点と実際数の複数個の数値の組合わせから定義される滑らかなB-スプライン曲線でつくられたナーブスサーフェスを利用されています。滑らかに変化する曲線からできる面はデザインモデルや意匠的な製品に適しています。ナーブス面は自動面で、機構部分はCADモデリングで作成します。
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