3D-Fとは？Cadmould Flexにおける3D Framework技術の解説

SIMCONが開発した3D-Fアルゴリズムは、樹脂成形シミュレーションにおいて長年課題とされてきた「処理速度」と「解析精度」のトレードオフを解消する画期的な技術です。本記事では、3D-F技術の本質とは何かを分かりやすく解説するとともに、Cadmould Flexが持つ高度な解析能力が、いかにして現代の金型製造プロセスの最適化に貢献するのか、その技術的優位性をご紹介します。

1. 3D-F技術の概念と樹脂成形シミュレーションにおける必要性

技術的な構造に踏み込む前に、まず3D-Fとは何かを正しく理解する必要があります。
3D-F（3D Framework）は、従来手法が抱えてきたボトルネックを解消するために設計された、次世代のシミュレーション用メッシュアルゴリズムです。従来のMidplaneモデルは体積表現の精度に限界があり、一方で3Dボリューム（Volumetric）モデルは高精度である反面、設定が煩雑で専門的な知識を必要とするという課題がありました。こうした背景のもと、3D-Fは両者の欠点を補完し、最適なバランスを実現するソリューションとして登場しました。

3D-Fアルゴリズムは、処理速度と解析精度の間に存在していたトレードオフを解消し、ボリュームモデルに匹敵する高精度な解析結果を提供しながら、Midplane手法が持つ操作性と高速性を維持します。
これは、ソフトウェア上での試作・検証プロセスを最適化することで、機械加工の生産性向上を目指す企業にとって、極めて重要な要素となります。

2. 3D-F技術導入による主なメリット

3D-F技術の導入は、金型加工・製造における生産効率を大幅に向上させる、実践的かつ明確な価値をもたらします。以下は、企業が3D-Fを活用することで得られる主なメリットです。

• 最適なバランスの実現: 計算速度と解析結果の精度を高次元で両立し、実務に最適な解析パフォーマンスを実現します。
• 自動メッシング（Automatic Meshing): 極めて複雑な形状に対しても自動でメッシュ生成を行い、人的ミスを最小限に抑えるとともに、解析準備工数を大幅に削減します。
• 高度な体積解析: 収縮（Shrinkage）や反り変形（Warpage）といった体積効果を高精度に解析し、成形不良の予測精度を向上させます。
• 極めて高い信頼性: 肉厚が非対称に変化する複雑な部品においても、安定した高精度解析結果を提供します。
• 反復最適化プロセスの効率化: 複数回のシミュレーションを迅速に実行でき、最適な成形条件や設計案を短時間で導き出すことが可能です。
• 柔軟な形状変更対応: 元のCADデータに依存することなく、解析環境上で形状パラメータの変更を直接行うことができます。

3. 3D-Fアルゴリズムの動作メカニズム

従来のように数百万規模の有限要素で部品全体を埋め尽くし、システムに大きな負荷をかけるのではなく、3D-Fは**インテリジェントな「スケルトン構造」**を採用することで、解析性能を最適化します。

スケルトン構造と内部「チューブ」システム

従来のソリッドメッシュ手法とは異なり、3D-Fは以下の要素を組み合わせた独自の構造で動作します。

• サーフェスメッシュ（Surface Mesh: モデル全体に対して軽量かつ柔軟な解析基盤を提供します。
• 内部チューブ（Tubes）システム: 部品内部を走る“知能化された流路”として機能し、材料挙動や作用する力を高精度に追跡します。
• 技術的価値: このアプローチにより、従来の3Dボリュームモデルが抱えていた計算負荷の大きさを排除しつつ、樹脂流動の物理的本質を損なうことなく再現することが可能となります。

肉厚方向に配置された25点の動的積分ポイント

Cadmould Flexでは、部品の全領域において肉厚方向へ25点の積分ポイントを配置します。本技術の革新性は、これらのポイントがリアルタイムで自動的に位置を最適化し、計算リソースを最も重要な領域へ集中させる点にあります。

• 充填（Filling）段階: せん断応力（Shear Stress）が最大となる金型壁面近傍に高い解析分解能を確保します。
• 固化（Freezing）段階: 積分ポイントは溶融樹脂と固化層の境界に追従し、連続的に再配置されます。

この柔軟な再配分メカニズムにより、3D-Fは極めて高い解析分解能と卓越した処理速度を同時に実現し、従来手法に見られた解析遅延の問題を根本から解消します。

4. Cadmould Flexの主な技術的特長

3D-Fアルゴリズムを統合することで、Cadmould Flexはシミュレーションプロセス全体を最適化する革新的な機能を提供します。

• 動的分解能の最適化: せん断速度（Shear Rate）や温度勾配といったプロセス変数に基づき、高分解能が必要な領域をシステムが自動的に特定・調整します。このアプローチにより、重要箇所においては絶対的な解析精度を確保しつつ、不要な計算処理による計算資源の浪費を防ぎます。
• 肉厚を本質的に認識するネイティブコンセプト（Native Concept）: 従来の3Dボリュームメッシュとは異なり、3D-Fは構造的に肉厚情報を内包しています。この特長により、エンジニアはシミュレーション環境上で直接肉厚形状を調整・最適化することが可能となり、CADデータへ立ち戻ることなく、パラメトリックスタディや自動最適化を効率的に実行できます。
• 完全自動メッシングと超高速シミュレーション: Cadmould Flexのメッシュ生成プロセスは完全に自動化されており、極めて複雑な形状であっても安定した高速シミュレーションを実現します。
• 実験計画法（DoE）への対応: 軽量かつ高効率なメッシュ構造により、標準的なハードウェア環境でも複数のシミュレーションを並列実行することが可能です。これにより、実験計画法（Design of Experiments：DoE）の導入が容易となり、射出成形金型システムに対する高度な最適化検討を強力に支援します。

5. 実産業における3D-F技術の活用領域

3D-Fは、教科書的な理論モデルのために設計された技術ではありません。日々エンジニアが直面する実際の製品部品――肉厚が不均一で、リブ（Ribs）、ドーム（Domes）、シール（Seals）といった機能要素を備え、かつ非対称形状を有する部品――を解析するために開発された技術です。

その卓越した柔軟性により、3D-Fは以下のような産業分野で幅広く活用されています。

• 電子機器分野: 薄肉筐体や複雑なリブ構造を持つ部品の解析。
• 医療機器分野: 絶対的な精度と高い再現性・安定性が求められる用途。
• 家電製品分野: 曲面形状や有機的なデザインを持つ樹脂部品。
• 自動車産業: 3D-Fが最も大きな価値を発揮する主要な適用分野の一つ。

3D-Fが実現する精度と処理速度の優れたバランスは、単一条件でのシミュレーションにおいてだけでなく、複数の設計バリエーションを探索する場面においても、特に大きな効果を発揮します。Cadmould FlexのVarimos AIと3D-Fを組み合わせることで、ユーザーは多数の設計オプションを自動的に探索し、最も高いパフォーマンスを発揮する最適解へと迅速に到達することが可能となります。

6. Cadmould Flexエコシステムにおける統合性と互換性

3D-F技術を理解するうえで大きな特長の一つが、その高い即応性（Ready-to-use）です。3D-FはCadmouldエコシステム向けに専用設計されており、Cadmould FlexのBasic、Advanced、Premium、Enterprise各サブスクリプションに標準機能として直接統合されています。

主な統合特長は以下のとおりです:

• コアプロセスにおける標準シミュレーションエンジン: 充填（Filling）、保圧（Packing）、収縮（Shrinkage）、反り変形（Warpage）といった主要解析工程において、3D-Fはデフォルトのシミュレーションエンジンとして機能します。
• Varimos AIとの完全互換: 自動化ワークフロー、実験計画法（DoE）、および制限のない最適化プロセスを強力にサポートします。
• 特別なハードウェアを不要とする設計: 効率的なアルゴリズム構造により、CPUベースの一般的なシステム環境でもスムーズに動作し、ハイエンドな計算機環境への追加投資を必要としません。
• 多様なCADフォーマットへの対応: CADデータ取り込み時のメッシュ生成を自動化し、エンジニアの手作業による負担を大幅に軽減します。
• インテリジェントなデータ構造: 高度な可視化やレポーティングを実現する後処理ツールとの連携が容易で、データ活用の幅をさらに広げます。

7. 3D-F技術に関するよくあるご質問（FAQ）

以下は、3D-Fの本質をより深く理解していただくための、代表的なご質問をまとめたものです。

7.1 3D-Fはフル3Dシミュレーションと同等の精度を実現できますか？

メーカー資料によると、3D-Fは25点の動的積分メカニズムにより、3Dボリュームモデルに匹敵する極めて高い解析分解能を実現しています。特に、肉厚が変化する部品における反り変形（Warpage）の予測においては、メッシュが硬直的になりがちな従来の3Dモデルよりも、高い有効性を発揮します。

7.2 なぜCADファイルなしで、Cadmould Flex上で直接肉厚を変更できるのですか？

これは、3D-Fが肉厚をメッシュ構造における基幹パラメータとして本質的に認識しているためです。
この機能により、製品不具合の解決に向けて肉厚変更を迅速に検証したい場合でも、CAD設計工程に戻ることなく試行錯誤が可能となり、エンジニアの作業時間を大幅に削減します。

7.3 3D-Fはウェルドライン（Weld Lines）などの成形不良も解析できますか？

はい。3D-Fは材料挙動を3次元空間で極めて詳細に追跡するため、流動と温度の実際の相互作用に基づき、ウェルドラインやエアトラップの発生位置を高精度に予測することが可能です。

7.4 3D-Fを使用するためにPCのアップグレードは必要ですか？

必要ありません。3D-Fの大きな特長の一つは、その軽量かつ高効率な設計です。一般的なオフィス向けCPUベースのハードウェアでも快適に動作し、高価なワークステーションを導入することなく高度な解析を実行できます。

Cadmould Flexに搭載された3D-F技術は、単なるシミュレーションツールにとどまらず、解析精度の高度化と製造コスト最適化を同時に実現するための戦略的レバーです。ベトナムにおける正規パートナーとして、SDE Techはお客様がこの実践的な先進技術を最大限に活用できるよう、継続的にサポートいたします。生産リスクにより成長のスピードを落とす必要はありません。Cadmould Flexに関する専門的なご相談は、ぜひSDE Techまでお気軽にお問い合わせください。

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