金属積層造形(AM)により新たなビジネスチャンスが生まれ、製造能力が向上するほど、材料とコストの効率的な利用、柔軟な設計、ソリューションの性能向上を目指すにあたって業界の専門家が直面する課題も増えていきます。
Desktop Metal は、受賞歴を誇る金属 3D プリンター メーカーです。既存の積層造形(AM)技術の限界を克服し、その可能性を最大限に引き出すため、AMC Bridge との提携を通じて、金属部品のリアルタイム成形を可能にする Live Parts™ ソリューションを刷新しました。
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お客様のメリット
- Desktop Metal が設計、販売する 3D プリンターの補助ソフトウェアとして、強力なソリューションをエンド ユーザーに提供できる
- Desktop Metal のエンド ユーザー ベースの拡大と多様化
- 設定とシミュレーション処理の強化
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プロジェクトのハイライト
- お客様のソリューションを、初期のデスクトップ アプリケーションから複雑な SaaS/PaaS ソリューションに刷新
- 金属部品のリアルタイム ジェネレーティブ デザインを実現
- NVIDIA CUDA® GPU によりクラウド モデリングとシミュレーションの実装を高速化
- SOLIDWORKS® CAD 3D パッケージに既存のテクノロジーを統合
- Live Parts 展開環境を制御するための Web アプリケーションを開発
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AMC Bridge が選ばれた理由
- SOLIDWORKS に関する深い知識と専門技能、3D プリンティング分野に関する知識
- GPU 開発に携わってきた豊富な経験
- デスクトップ、クラウド、モバイル プラットフォーム上でエンジニアリング、製造、建築のシミュレーションを行うアプリケーションを作成してきた実績
- ビジネス ニーズに対応する優れた開発チームの経歴
お客様
マサチューセッツ州バーリントンに拠点を置く Desktop Metal (NYSE: DM)は新世代の積層造形(AM)技術のパイオニアであり、主にエンドユーザー向けの部品を生産しています。同社は、複雑な試作品やオンデマンドの金型から、数千の部品の迅速な製造に至るまで、あらゆる規模の生産に対応する 3D プリンティング ソリューションを設計、販売しています。
先進的な製造、金属工学、ロボット工学のリーダーたちによって 2015 年に設立された Desktop Metal は、これまで解決されていなかったスピード、コスト、品質面の課題に取り組んでいます。その結果、金属 3D プリンティングは世界中のエンジニアやメーカーにとって不可欠なツールになっています。
課題
金属 3D プリンティングは急速な進歩を遂げています。従来の製造プロセスにおけるジオメトリの制限はすでに克服されており、これまでにはない自由な形状の部品を設計できるようになりました。今では金属積層造形(AM)技術により、機械加工や鋳造などの従来の製造技術ではこれまで不可能だった、非常に複雑ながらも軽量で安定した構造の生成が可能になっています。しかし、依然として多くの製造業者やエンジニアが、このような技術の進歩をどうすれば適切に利用できるのかという課題を抱えています。
Desktop Metal には、自然界に見られる形状のように軽量で丈夫な設計を生み出せる最新イノベーションの利点を実証するため、既存のテクノロジーである Live Parts をアップグレードするという構想がありました。この構想は、現実世界で植物が過酷な環境に置かれるとより強く成長するのと同じように、パーツを成長させるアプローチを適用するというものでした。この成長アルゴリズムは、設計と製造、双方の制約を自動的に処理するよう、ジェネレーティブ プロセスを改善することも目的としていました。さらに、お客様は Live Parts を CAD システム環境にシームレスに統合したいと考えていました。
CAD の相互運用性開発を成功に導いてきた実績を持つ AMC Bridge は、このプロジェクトに最適でした。
ソリューション
お客様のニーズを満たすために、AMC Bridge 開発チームは既存の Live Parts テクノロジーの機能を拡張し、SOLIDWORKS 3D CAD パッケージに統合しました。
Live Parts は、形態形成の原理と先進的なシミュレーションを適用して部品の設計を自動生成し、ユーザーが指定する初期制約(拘束や荷重など)に基づいて新しい部品を生成するジェネレーティブ デザイン ツールです。軽量で丈夫な金属部品のためのジオメトリを効率的にプリントできます。
Live Parts は次のような機能を備えています。
- 初期制約のみを指定し、リアルタイムでパーツを新規に生成
- 制約や荷重条件を簡単に設定
- 主に GPU による設計時間の短縮により、すぐに製造に対応可能な最適化済みのモデルを数分で作成
- モデリング プロセスを制御
- 設計の変更を SOLIDWORKS などの CAD ソフトウェアに直接エクスポートし、改良、有限要素解析、モデリングに活用
- 「成長」のプロセス全体を通じて、リアルタイムでパラメータを簡単に調整
- 材料の特性を選択して特定の材料を作成
- 力の大きさと方向を設定
- 重力の方向を設定
- 安全率(部品の厚さと堅牢性に影響を与える値)を調整
- CAD ソフトウェアと Live Parts を確実に統合し、迅速に最適化
- エンド ユーザーが選択した製造方法に必要な形式でファイルをエクスポート
- 過酷な条件に耐えられるよう、高度に最適化された部品を生成
Live Parts は、すぐに製造に対応可能な最適化済みのモデルを数分ですばやく生成できるよう、NVIDIA CUDA GPU で高速化された仮想マシン上のクラウド内で実行されます。
プロセス
経験豊富な専門家から成る AMC Bridge のチームは、開発プロセスにおける効率を最大限に高めるため、作業範囲を次のマイルストーンに分割しました。
- 一般的な機能の拡張と、UI、中核的なアルゴリズム、成長制御用アルゴリズムの開発
- NVIDIA CUDA GPU を使用し、以下のパフォーマンスを改善
- ボクセルの面ひずみの計算
- 初期メッシュジオメトリの三角形による表現
- SOLIDWORKS 拡張機能の完全な実装により、Live Parts 用の入力モデルの作成を可能に
- アプリケーション更新メカニズムの開発
- Paperspace® クラウド上の Live Parts 展開環境を制御するための Web アプリケーションの開発
- さまざまな料金プランのユーザー サブスクリプションの実装
- アプリケーションのメンテナンスとさらなる機能強化
開発チームは Desktop Metal と緊密に連携してテクノロジーを強化し、主な課題を次のように克服しました。
- Live Parts を SOLIDWORKS のエンティティと環境に合わせて適応
- NVIDIA CUDA を使用して面ひずみ計算を改善し、性能を向上
- ユーザー エクスペリエンスのさまざまな部分を改善
- メッシュの一般化を変更
- シミュレーションの処理中にモデルを正確に調整できるよう、有限要素ライブラリを統合
- 新しい機能と以前のデータ形式の不整合を回避するため、入力データのバージョン管理用メカニズムを追加
- スタンドアローン型のアプリケーションを作成できるよう、ライセンス ライブラリを統合
開発チームはプロジェクトの各マイルストーンを進めることに注力し、週 1 回のレポートとミーティングを通じて、開発した機能を成果物として定期的に提供しました。
機能テストと回帰テストの完了後、すぐに使用できるテクノロジーを Desktop Metal に納品しました。
結果
両チームは反復的な開発の過程で協力して取り組み、Live Parts の機能を拡張して SaaS/PaaS ソリューションとして刷新しました。完成したアプリケーションは、ユーザーのニーズと要件を完全に満たす、業界最高水準のシミュレーション ソフトウェア拡張機能になりました。医療、製造、工作機械、自動車、家電製品、石油・ガスなど、さまざまな業界の革新的な企業が、このソリューションを利用しています。
設計エンジニアリング分野の主要業界誌である Design World® によると、Live Parts は LEAP Awards 2019 の審査委員会から高い評価を受け、ソフトウェア部門で金賞を授与されました。
AMC Bridge 開発チームの努力がお客様に認められました。Desktop Metal のテクニカル フェローである Andy Roberts 氏は、開発チームとの協働に関して次のように述べています。
「これからもこのチームとの連携を続けていきたいです。コミュニケーション能力も高いため、助かっています」
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