DfAMアディティブデザイン思考：創造革命の下での新しいデザインパラダイム

力学の分野における重要な分野として、構造最適化設計は力学に基づいており、数学、物理学、材料科学、コンピューターサイエンス、さらにはグラフィックスなど、さまざまな分野や分野を統合しています。一般に、1つ以上の特定の目標を達成することを指します。 （材料消費の最小化、建設コストの最小化、構造強度の最大化、構造美学の最大化など）、満たす必要のある特定の制約（体積制約、重量制約、幾何学的制約など）の下で、全体または最適化された設計とローカル構造の改善。

通常の状況では、構造最適化は、問題の難易度と構造の変化の程度に応じて、3つの異なるレベルに分けることができます。

●サイズの最適化

●形状最適化

●トポロジの最適化

サイズの最適化：ロッドの厚さ、シェルの厚さ、コンポーネントの断面サイズなど、構造の各部分のサイズパラメータを最適化します。



△サイズの最適化

形状最適化：一般に、コンポーネントの断面形状、ノードの空間位置、連続体の形状などを、構造的なトポロジ接続関係を変更しないことを前提とした設計変数として参照します。変更するモデルの形状と境界構造全体の幾何学的特性。



△形状最適化

トポロジー最適化：トポロジー最適化の概念はトポロジーに由来します。これは通常、モデルを最適化する必要がある領域、つまり設計ドメインを指し、エンティティドメインを決定するために、特定の特定の最適化基準の下での材料の量とレイアウトを指します。たとえば、構造内の各コンポーネント（梁、柱、壁など）のレイアウト、およびそのノードの空間位置と接続関係を決定します。簡単に言えば、設計領域全体でこれらの材料の空間分布を決定することにより、一定量の材料を与えることであり、最終的な構造が条件を満たすことを前提として最大の構造強度に達することができます。



△トポロジーの最適化

サイズ最適化から形状最適化、トポロジー最適化に至るまで、問題の複雑さはますます高くなり、難易度はますます大きくなっているため、エンジニアリングアプリケーションでの成熟度は次々と低下しています。ただし、実際の設計では、これら3つの最適化レベルの使用順序は正反対であり、3つの異なる設計段階に対応します。



一般に、構造全体のトポロジーは、概念設計段階で最初に決定する必要があります。これは、設計プロセス全体の中で最も難しい段階でもあります。トポロジーは、設計者の創造性とレベルを反映でき、構造の構造を反映できます。トポロジー構造を決定した後、基本設計段階に入ります。つまり、各コンポーネントの形状をさらに最適化し、最後に詳細設計段階に入り、各コンポーネントのサイズを決定します。全体の設計プロセスは、全体から部分までの設計コンセプトに従います。つまり、全体の構造はマクロの観点から設計され、次に構造が改善され、部分からサイズが最適化されます。

もちろん、このプロセスで優れた構造を一度に決定することは一般に困難です。実際の設計では、さまざまな設計要件を満たすことを前提として、最終的な目標を達成するために、このプロセスを繰り返し更新する必要があります。

同時に、最適化された結果の迅速かつ直接的な準備を達成するために、構造最適化設計プロセスで積層造形プロセスの制約をどのように考慮するかも非常に重要な関心事です。アディティブマニュファクチャリングは完全に「フリー」な製造ではありません。構造の最大/最小サイズ、サポート構造、製造上の欠陥（表面粗さ、材料の異方性など）の3つのカテゴリを主に含む、独自の製造上の制約があります。

1、サイズ特性

3Dプリント装置によって成形サイズや印刷精度が異なりますので、構造の設計にあたっては最大・最小サイズにご注意ください。一般に、構造の最大サイズは成形プラットフォームによって決定され、プロセス分離面と接続フォームは、大きすぎる構造用に設計する必要があります。最小サイズの特徴は、印刷装置の精度、解像度、およびスポットサイズによって決まります。設計者は、細い棒や小さな穴など、製造できない構造を避ける必要があります。





△積層造形構造と試験サンプルの接続形態



△積層造形構造の最小サイズ制約

2、支持構造設計

アディティブマニュファクチャリングプロセスでは、製造プロセス中に構造が崩壊するのを防ぐために、オーバーハング構造の下にサポート構造を追加する必要があることがよくあります。しかしながら、支持構造は、材料の浪費および印刷時間を増加させるだけでなく、後処理プロセスにおけるプロセスの困難さを増加させ、それは構造の最終的な表面精度に影響を与える。したがって、自立構造は、最適化プロセス中に特徴的な構造を自動的に識別し、大きな片持ち梁構造を回避するように設計されています。

作者は設計のヒントを共有します：支持面が避けられない場合、支持面の表面品質が最も悪いという常識に反して、最も高い表面品質要件を持つ表面が支持面として設計されます。アディティブマニュファクチャリングで作られた部品は一般に直接組立の要件を満たすことができないため、組立面などの高品質要件のある面を再度機械加工する必要があります。これの利点は、サポートする後処理プロセスがで実行されることです。機械加工と同時に。

3、製造上の欠陥

アディティブマニュファクチャリング技術は急速に発展していますが、製造プロセス全体はまだ技術開発の初期段階にあり、製品には材料の異方性、粗い表面、内部の穴、不安定な材料特性などの欠陥があることがよくあります。設計者は、次のような構造性能に対する製造上の欠陥の影響を考慮する必要があります。より大きな安全マージン（> 1.5）を設計し、設計中の非破壊検査のチェック可能性とアクセス可能性を考慮し、欠陥が発生しやすい領域を非破壊として設計します。 -クリティカルエリア待機。

要するに、アディティブマニュファクチャリングの設計（略してDfAMまたはアディティブデザイン）は、アディティブ製造プロセスの実現可能性を考慮しながら製品機能から開始する設計方法であり、アディティブ製造プロセスのビジネスに焦点を当てています。部品、コンポーネント、さらには工業化の過程にあるシステム。これに基づいて、Anshi Asia Pacificは、新世代の創造的革命の下での新しい設計パラダイムである、付加的思考に基づく高度な設計とインテリジェントな製造のための総合的なソリューションであるDfAM設計手法を提案しました。