DfAM — CAE用語解説

そう。従来の「切削・鋳造・プレスを前提にした設計制約」から解放されて、3Dプリント（積層造形、AM）特有の制約と自由度を活かした設計思想だ。AMは複雑な内部形状（格子構造・中空・冷却流路）を一体で造形できるが、逆に「オーバーハング角度に制限がある」「サポート材が必要な形状は後処理が必要」「粉末焼結時の残留応力が発生する」という特有の制約もある。DfAMはこれらの自由と制約を設計段階から統合することだ。

一番強力なのはトポロジー最適化との組み合わせだ。OptiStructやAnsys Additive Prepでトポロジー最適化した結果は、従来の切削では作れない有機的な形状になることが多いが、AMなら一体造形できる。さらにAMの印刷方向・サポート配置をコンシダーしながら最適化する「AM制約付きトポロジー最適化」も実装されている。Altair OptiStructの「Draw Direction制約」やNTOPのLattice Optimizationがこれだ。航空機の翼ブラケットをDfAMで再設計して重量40〜70%削減という報告が増えている。

できる。AMプロセスシミュレーションという分野だ。金属AM（SLM: Selective Laser Melting）では層を積み重ねるたびに局所的な加熱→急冷が繰り返されて大きな残留応力と変形が発生する——完成品が設計形状から大きくずれることがある。Ansys Additive Print、Netfabb（Autodesk）、Simufact Additive などのシミュレーターは各層の熱履歴→変形→残留応力を計算して「印刷前に何度ずれるか」を予測できる。この結果から逆方向に形状を補正した「プリコンペンセーション形状」で印刷すれば完成品精度が上がる。

ラティス構造（格子骨格）の解析には2つのアプローチがある。①詳細FEMモデル——格子のビームや面を全部モデル化する。精度は高いが大型部品では数百万要素になる。②均質化法（Homogenization）——格子構造の等価な弾性定数（等価ヤング率・等価密度）を計算してバルク材料のように扱う。設計スクリーニングには②が実用的で、ntopを使うと格子タイプ・充填率をパラメーターに等価物性を自動計算してFEM解析に渡せる。疲労強度の評価には①の詳細モデルが必要なことが多い。