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公開日:2017.12.12 [最終更新日]2018.06.12

CADとは?3DCADのメリットと2次元CADとの比較【2018年度版】

 ティーチャー三谷

こんにちは、三谷です。

今日は、3DCADの歴史やそもそもどんなことができて、どんな分野で活用されているかについてお話ししたいと思います。

3DCADの生い立ち

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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。

商用の3DCADとして世に出てきた代表的な3DCADとして、Unigraphics Groupの「Unigraphics」(「UG」)、ダッソー・システムズの「CATIA」、SDRCの「I-DEAS」、そしてPTCの「Pro/ENGINEER」(「Pro/E」)といったものがあるました。

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、代表的なものがSolidWorks社の「SolidWorks」があります。

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コンピューターの小型化、高性能化に伴って、これらのCADはUNIXなどのシステムから、パーソナルコンピューター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今日にいたります。

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。
クラウド3DCADの代表的なものとしてAutodesk社の「Fusion 360」があります。

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、それぞれ特徴が違っています。
簡単に説明すると以下の通りです。

〇ワイヤーフレーム

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線のみで構成される為、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。

〇サーフェース

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線で囲まれた閉じた領域を1つの面と見立て、面にも色が付けれられる為、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。

〇ソリッド

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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、実際のモノの表現としては一番近いものになります。
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

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続いて、3DCADと2DCADの比較について説明したいと思います。
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つの平面上で全てを表現する必要があり、実際のモノを製作するためには必要な情報が十分では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、作りたいモノ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という流れにはなっていますが、古くからの蓄積があり、未だに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る場合が多く、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。

フリーCADとは?

フリーCADと呼ばれる無料で使える3DCADがあります。
無料で使えるため、やはり有料版のCADと比べると機能は劣りますが、業務でも使用することができます。
「無料で使える3D CADのフリーソフトを比較してみました!」を参考にしてみてください。

フリーCADの登場により誰もが手軽に利用できるようになったため、もともとはNC工作機械などへ渡す役割を担っていた3DCADのデータの用途も幅広く利用できる状況となりました。
例えば3Dプリンタや、レーザーカッターなどのデータを個人が簡単に作成できるようになっていたりしってきています。

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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モデルをさまざまな角度や、任意の断面で確認できることです。
2次元CADでは難しいですが、3次元CADでは誰でも容易に3Dモデルを理解することができます。

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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の活用分野

開発期間の短縮やコスト削減は、収益拡大を目指す「ものづくり企業」に共有する課題となっています。
この問題を解決するためには、これまでの単なる業務効率化といった部分的な最適化から、製品のライフサイクル全般の最適化へのシフトが必要で、3DCADデータの徹底活用が求められています。

先行する産業分野では、次のような活用が見られます。

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機械分野では、FA(Factory Automation)が主流である、その中ではCAE(Computer Aided Engineering)やCAM(Computer Aided Manufacturing)などのシステムが活用されています。

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CAEは、3Dモデルを基に製造物の特性・性能を解析するシステムで、CAMはNC(Numerical Control)工作機械を使って製造工程を自動化するシステムであり、3DCAD無くしては産業が成立しません。

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いかがでしたでしょうか。AI(人工知能)やIoTなどの分野にも3DCADの技術を用いた様々な取り組みがされており、今後も3DCADの技術はさらなる発展を遂げていくものと思われます。
最近では、人工知能を3DCADに搭載する試み(Fusion360にもAI技術!?AIを使った新しいものづくりとは)もあり、今後が楽しみな分野ですね!

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ティーチャー三谷

ティーチャー三谷

多くの企業で3D CAD導入の教育やコンサルティングを行っています。また、Fusion 360セミナーの講師も務めていて、Autodesk社公認のFusion 360の講師です!
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