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2021.06.17 | ブログ

3DCADとは?3DCADのメリットと2DCADとの比較

こんにちわ!本日は、最近主流になってきている3DCADについての記事を書きました。
特に、マシニングのプログラム作成には欠かせない3DCADのメリットや2DCADとの比較など、是非ご覧ください♪

必達試作人
必達試作人
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3DCADとは

プログラミングの様子

3DCADはその名前の通り3D空間上に仮想の3Dモデルを作成するツールで、2D主体の設計では難しかった様々な問題を解決するために発展を遂げてきました。
初期の3DCADは主に大学や研究機関、名の知れた大企業が主に開発し、内部で利用するといったものが多かったです。

また、現在のように技術者自身が利用するというものではなく専任のオペレーターが操作するといったものでした。
3DCADが一般的に使用されるようになってきたのは、商用の3DCADが続々と世に出てきた1980年代からです。
ただ、まだまだ黎明期であるというこの時期に導入を図ったのは、大手の自動車関連の企業や大手家電メーカーであり、数百万~数千万円といった「ハイエンド」と呼ばれる高価な3DCADが大勢を占めていました。

この流れを変えたのが「ミドルレンジ」と呼ばれる価格帯の3DCADです。
ミドルレンジの3DCADは1990年代後半から発売され始めました。
コンピュータの小型化、高性能化に伴って、これらのCADはUNIXなどのシステムから、パソコンへとシフトしてきており、導入する企業の規模も中小へと広がり現在に至ります。
近年では数十万円で使用できる「ローエンド」と呼ばれる価格帯の3DCADや無料で使える3DCAD、さらにクラウド技術を利用した3DCADも開発されています。

3DCADのモデルの種類

3DCADで作成するモデルは大きく分類すると「ワイヤーフレーム」「サーフェース」「ソリッド」の3種類に分けられます。

ワイヤーフレーム

線のみで構成されるため、軽量高速に描画ができます。
ただし、線だけなので色や影などの表現はできません。

サーフェース

線で囲まれた閉じた領域を1つの面と見立て、面にも色が付けられるため、立体の表現も格段に上がりますが、中身は中空なので、体積や質量の計算はできません。

ソリッド

サーフェースの外観だけでなく、中身の情報も持つため、質量、体積の計算も可能であり、また断面形状の表現も可能となっており、実際のものの表現としては一番近いものとなります。
ただし、持てる情報は多くなるため、データ量も大きくなります。

3DCADと2DCADの比較

2DCADはもともと、設計現場でドラフターによる手書きの図面を電子化したものでした。
そのため1つの平面上ですべてを表現する必要があり、実際のものを製作するためには必要な情報が十分でないという性質があります。
これに対し3DCADは、最初から3次元空間での立体モデルを表現することができるため、作りたいものの形状を忠実に再現することができます。
現在の主流は3DCADという流れになっていますが、古くからの蓄積があり、いまだに2D図面を主に使用している企業も多く、完全には3DCADに移行できない状況であり、しばらくは併用といった状態が続くのではないかと思われます。

3DCADのメリット

3DCADのメリットは、大きく分けて「3Dモデル」に関するものと「製品情報」に関するものがあります。
3Dモデルに関するメリットは、自由曲面を持った複雑な3Dモデルを様々な角度や、任意の断面で確認することができることです。
2次元CADでは難しいですが、3次元CADではだれでも容易に3Dモデルを理解することができます。

製品情報に関するメリットは、製品開発の関係者が検討した材質などの設計情報や、部品調達に関する情報、公差などの製造に関する情報、コスト情報などを3Dデータと連携して記録し伝達できることです。
これにより、企画、設計、生産技術、製造などの各部門間の意思疎通を円滑にすることができます。

さらに、デザイナーが製品のデザインを検討する段階から、3DCADで作成された3Dモデルを製品ライフサイクルを通して一貫して使用することで、共同して商品を開発することが容易になります。
例えば、3Dモデルを使えば、設計段階においてもデザインや機構、さらに解析ソフトを使うことで強度などについても、試作品を作成せずともある程度検証することができます。

これにより、試作品を作成する回数の削減や、設計変更に伴う「手戻り」(作業のやり直し)の大幅な軽減ができます。
このほか、3DCADには、設計変更や仕様変更に対する柔軟かつ迅速な対応が可能なことや、3次元モデルからの2次元図面が容易に作成できるといったメリットがあります。

3DCADの使い方

プログラミングの様子

3DCADは専門的で難しいといったイメージがありますが、実は覚えると簡単に3Dモデルを作ることができます。

3Dモデルを足したり引いたりして作成する

プリミティブモデル(立方体、円柱、球、トーラスなど)といわれる形状を足したり引いたりして3Dモデルを作成します。
この足したり引いたりすることをブーリアン演算といい「和」「差」「積」があります。

スケッチを押し出して3Dモデルを作成する

スケッチと呼ばれる下書き線を書いて、そのスケッチを上方向に押し出すことで3Dモデルを作成する一番ベーシックな方法です。

スケッチを回転して3Dモデルを作成する

下書き線のスケッチを回転させて3Dモデルを作成します。
ボトルやシャフト形状などを簡単に作成できます。

断面スケッチをつなぎ合わせて3Dモデルを作成する

スケッチで作成した断面をつなぎ合わせて3Dモデルを作成します。
子の断面をつなぎ合わせて作成するコマンドを「ルールド」や「ロフト」といいます。

修正・編集コマンドを使って3Dモデルを編集する

スケッチを押し出したり、回転させて作成した形状を「修正・編集コマンド」を使って編集します。
例えば、「シェル」というコマンドを使うことで中をくり抜くことができます。
エッジを処理するためのコマンド「フィレット」や「面取り」もこの修正・編集コマンドです。

面を引っ張って3Dモデルを編集する

作成した3Dモデルの面やエッジを引っ張ってモデリングすることをダイレクトモデリングといいます。
ダイレクトモデリングは直感的に素早くモデルを修正できるメリットがあります。
ダイレクトモデリングのほかにパラメトリックモデリングがあります。

パラメトリックモデリングは、数値で寸法をすべて管理することができるので、設計変更などに素早く対応することができます。
ここに挙げた方法以外にも3Dモデルを作成する方法はありますが、この5つの方法でほとんどの3Dモデルを作成することができます。

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株式会社アスク

【この記事の著者】

株式会社アスク 営業部

小ロット・小物部品の製作を手掛け、手のひらサイズの部品製作を得意としています。国家検定1級技能士が多数在籍し、一日でも早く製品をお届けするためお見積りの回答は最速1時間!
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