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SOLIDWORKS Plasticsで製造期間・コストを30%短縮

2022/07/11 11:36

日置電機株式会社 【会社概要】 電子計測器メーカーの日置電機株式会社は、設計の3次元化とビジュアル化ツール、シミュレーションツール、コミュニケーションツール推進することによってQCDS(品質、コスト、納期、サービス)の改善を達成しながら、製造効率の向上を図り、電気テスターと計測器の開発を推進する。 また製品設計の中にプラスチック部品も多くあり、設計者がイニシアチブを握り、金型をもっと前段階で作成するためには、樹脂流動解析を設計の前段階で実施する必要がありました。 【チャレンジ】 型の知識やノウハウを持った、金型屋さんとキャッチボール、共通言語として樹脂流動解析結果を使い、良い物を一緒に作り上げていく必要があります。 その結果、製品・部品の設計品質や金型品質を向上させ、金型製作段階での手戻りを減少させなければなりません。 【SOLIDWORKS 導入後の効果】 ・設計サイクルを30%短縮 ・市場投入までの期間を30%短縮 ・開発コストを30%短縮 ・プロトタイプサイクルを30%短縮

火災シミュレーションとの連携

2022/07/08 11:36

これは、Pathfinderの避難シミュレーションをPyroSim（FDSの統合GUI）の火災シミュレーション結果と連携させた事例です。 オフィスの一室で火災が発生し、在場者が一旦会議室に集まり、その後建物の外へ退避するまでをシミュレーションしています。 火災シミュレーション結果を用いて避難シミュレーションを実行することで、火災と避難の同時アニメーションが可能にないrます。また、在場者がCO,CO2,O2濃度が変化する中を避難する際のFED（Fractional Effective Dose：実効線量）を計算することも可能になり、この事例では、避難開始が遅れる在場者2人のFED値が調査されました。 将来的には、火災シミュレーションの結果を使用してPathfinder内の在場者の動きや意思決定を変更することが予定されています。

コンベヤ上の磁気粒子の選別

2022/07/11 11:36

Aspherixを使ったプラスチックと金属の混合した粒子の流れをコンベアに挿入します。コンベアは磁性プレートの下を通過し、その磁場によって金属粒子が捕捉され、プラスチック粒子から分離されます。 図では粒子の種類により色分けをしています。赤いプラスチック粒子はコンベヤ上で移動し、青い磁気粒子は上部の磁気プレートへ吸い上げられている様子がわかります。 Aspherixでは粒子にmagneticのオプションを使用すると、磁気粒子に対するトルク、磁力（磁気粒子同士、磁場空間から受ける磁力）を考慮して計算を行うことができます。 【粒子の設定】 極性を持った金属粒子と半径の異なる3種類のプラスチック粒子の4種類の粒子から構成されています。プラスチック粒子の半径とその構成割合を下記に示します。 プラスチック粒子：半径0.006m,40%/半径0.008m,30%/半径0.01m,30% 金属粒子：半径0.01m　極性あり 粒子形状：全て球体 法線接触モデル：hertz 接線接触モデル：history 凝集モデル：設定なし 転がり摩擦モデル：epsd2 重力設定：あり 粒子挿入設定：質量速度2kg/s(金属粒子), 質量速度10kg/s(プラスチック粒子) 【メッシュ壁面の設定】 壁面に設定した材料により機械力学的、熱力学的性質が考慮されます。上部の磁気プレートそのものには電磁気的な設定は行ってません。 法線接触モデル：hertz 接線接触モデル：history 凝集モデル：設定なし 転がり摩擦モデル：epsd2 コンベヤ移動速度：3m/s 【磁場の設定】 上部にある磁気プレートの下に領域を指定し、磁場を設定します。 0.5m間隔の3次元座標、各座標点に対する磁場の勾配、強さを指定してます。

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  2024.01.25 樹脂流動解析と樹脂材料の話

  樹脂材料と一口にいっても千差万別、原材料製造メーカーがしのぎを削って数多の材料を日々開発しています。 昨今、日本国内においても海外メーカーが製造する樹脂材料を使用している製品が非常に多くなっています。 かつてほど画一的な大量生産といわれなくなった樹脂成形ですが、人知れずどこかの工場でまだまだ大量生産が行われています。 さて、そんな樹脂材料ですが、世界中で使われている材料のグレード（銘柄）は数万とも、更にそれ以上とも言われています。成形メーカーが独自にブレンドしたり成分調整を行ったりすることもあり、正確なデータは存在していません。その物性、特性も様々で樹脂成形品の製造には苦労が絶えません。 射出成形用の金型設計を行う場合、ほとんどの場合において指定された成形材料が、どの程度体積変化（成形収縮率を）をするのか検討するところから始まります。材料ペレットと呼ばれる粒状の材料を、射出成形機内で溶融し、その溶融された樹脂材料を金型へ充填することでプラスチック製品を製造しますが、溶融状態から冷却されて固化する過程で収縮し小さくなります。 成形機で充填速度や圧力、温度を調整することである程度の抑制は可能ですが、収縮をなくすことはできません。そのため金型は、成形品が小さくなることを見込んで、製造したい製品のサイズよりも僅かに大きい寸法で作成しています。この収縮見込み寸法がズレていると狙った寸法が得られず、成形品は規格外となってしまいます。 金型設計の際、収縮率を検討する上で金型設計者が先ずに気にすることは、結晶性樹脂なのか？非晶性樹脂なのか？です。非晶性の材料は、収縮率がおよそ1％未満と小さく、収縮による寸法変化が余りありません。したがって反りや捻じれなどタチの悪い変形もあまりしません。そのかわり小さくならない分、金型への食いつき、張りつきによって離型（型から取出す）が難しくなることがあります。樹脂流動解析でも解析結果に直接現れないため、間接的に評価するなど工夫が必要です。例えば、解析結果上で収縮率が0.1％を下回る場合には離型注意などフラグを立て成形TRYで離型不良が発生するかどうかの検証を行い、予め経験値を積み上げておく必要があります。 結晶性材料はどうでしょうか。エンジニアリングプラスチック（以降、エンプラ）に分類される材料は大半が結晶性材料で1.0％～4.0％程度の収縮率を示します。結晶化度が大きく変化し且つ局所的に変化するため、同じ金型で成形を行っても条件次第で寸法変化が大きく出たり反り、変形といった不具合は比較的出やすい傾向にあります。加えて成形サイクル短縮を目的として金型温度の設定を低めにすると、結晶化度が下がって大きめの寸法になるだけでなく、一般的に”後収縮”と呼ばれる寸法変化が発生します。数週間～数ヶ月というスパンで寸法や変形の状態が変化するため変化を捉えにくく注意が必要です。場合によって1ヶ月倉庫保管してから出荷検査を実施するといったこともあります。この”後収縮”については、樹脂流動解析上で評価する方法が確立されておらず評価が難しい現象です。 他にも分子配向や分子破断による材料劣化といった、予測の難しい現象は樹脂流動解析上では割愛されていることが多く、まだまだ発展途上と言えるかもしれません。しかし、より良く解析結果を読み解き製品の仕上がりを予測するには、時としてこういった知識が必要になることがあります。ソフトウェア上で得られる結果数値だけに捕らわれず、是非興味を持って実機との比較を元に掘り下げてみてはいかがでしょうか。

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• 2022.06.15 用語集

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• 2019.01.07 オープンソースCFDの歴史と展望

  1989年、ヘンリー・G・ウェラーとその友⼈により開発が始まったオブジェクト指向型⾔語C++クラスライブラリによる流体解析プログラムは現在世界各地の連続体/流体シミュレーションを必要とする研究者および製品開発に携わる技術者のオープンソースCFDプラットフォームに育って来た。この間、初期段階ではインペリアルカレッジ他のソルバ、モデル研究開発ツールとして、その⾻格が出来上がり、その後、数年の商⽤コード化により、企業での利⽤に鍛えられるソフトウェアのベースが構築され、2004年暮れからのオープンソース化により爆発的にユーザー層の拡⼤が図られて来た。また、それに伴い、様々なソルバ、アプリの開発が進められた。オープンソース化されてから暫くは研究コードの置き換えや⼀部の信奉者による利⽤に限られていたが、2008年からの世界経済の落ち込みにより、企業トップによる経費削減の期待に合致するものとして、各企業での既設商⽤CFDの代替えツールとしての検証、利⽤が積極的 に⾏われ始めた。更に、HPC, クラウド環境が整備されると、その移殖性、ライセンス拘束のなさ、並列計算効率などによりユーザーが更に増加した。ここまではどちらかというと流体解析のプロが扱うものだったが、HELYX®に代表されるWindowsベースもあるGUIシステムが出現すると設計部⾨にも展開できる素地ができつつある。その機能強化された⾼精度メッシャ、収束性の⾼いソルバにより、GUIを簡易化し、製品毎の設計に適合した機能に限定したウィザード、ダイアログによる設計現場のパラメータスタディツールに仕⽴て上げることもできるようになって来ている。 それでは、何故このようにOpenFOAM®が発展を遂げて来たかの技術背景と今後の展望を次に述べたいと思う。

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  2022.06.07

  Abaqus
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  2022.07.08 Pathfinder

  カフェテリアでの行動

  • Pathfinder
  • 火災解析、人流・避難解析
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• 2022.05.31

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