AMシミュレーション：パーツの最良の方向とサポートの構成に関するガイド

CMFインプラントの製造工程には困難が伴います。熱処理されていない場合、インプラントは特定のビルド構成で、残留応力による「スプリングバック」という効果の影響を受けることがあります。このスプリングバック効果は、最終設計に重大な変形が発生する原因になり、個々の患者にぴったり合わなくなることがあります。スプリングバックがどれほど厳しい効果を及ぼすかは、パーツの方向とサポートの構成によって異なります。ただし、適切な構成の開発は、複雑で手間がかかる作業です。

このケーススタディでは、患者固有のCMFインプラントのパーツとサポートの構成を調査し、スプリングバックが最も小さく、その結果積層造形工程に最も適している構成を特定します。これは、適切にキャリブレーションされた固有ひずみ法*を使用し、サポートを除去した後のパーツの最終的な変形を比較することによって、変形をシミュレーションして実行します。シミュレーション結果を確認するために、製品設計の構成とも比較しました。

前回のシミュレーションの投稿で説明しましたが、シミュレーションはビルドの欠陥を最小限に抑えるための強力なツールです。これにより、重要な領域に対するサポートの有無およびその方法に関する有益なフィードバックを得ることができます。では、シミュレーションのワークフローを確認してみましょう。

1. パーツとサポートの構成のCAD形状を取得する
2. パーツの形状をボクセル化して、境界条件を介して支持構造を考慮する
3. 固有ひずみ法を使用してレイヤーごとの構築をシミュレーションする
4. ボクセルの結果を元のCAD形状に補間する

ここでは、シミュレーションの速度に重点を置いたため、パーツのボクセル化はかなり粗くなっています。ここでの目的は、あらゆる構成の正確なひずみをシミュレーションすることではなく、どの構成の質的な変形が最小になるかを特定することです。ほんの3分間で、ボクセル化されたプラットフォーム全体のシミュレーションが完了しました。

The Magics Simulationモジュ ールを使用して、シミュレーションして結果を表示しました。Magics内で最も関連するシミュレーションデータを選択的にロードする機能により、最適な方向を特定できるようにワークフローを強化できました。下図に、サポート構造から除去した後のパーツとサポートの3つの構成（透明）およびCMFインプラントの変形のシミュレーションを示します。この図に示されているように、変形が最も小さいパーツとサポートの構成は中央の構成です。これには、赤色または黄色の領域はまったく含まれていません。

シミュレーションの結果を確認するために、シミュレーションしたパーツとプリントしたパーツの両方に対して、元のCAD形状と変形したパーツの設計偏差比較を実行しました。下図のように、シミュレーションされた設計とプリントされた設計の偏差パターンは同じです。1番上の構成の元のCAD形状からの幾何学的な偏差は最大で、中央の構成の偏差は最小です。

このケーススタディでは、Finite Elementシミュレーションを使用して、患者固有の頭蓋顎顔面（CMF）のパーツとサポートの3つの構成のグローバル変形を素早く予測しました。粗いボクセル化の手法により、高速シミュレーションおよび構成の質的な変形の傾向に関する素早いフィードバックが可能になりました。実際の試験プリントにより、中央の構成のサポートを除去した後の変形が最も小さいことが分かりました。

したがって、この2番目のシミュレーションにより、シミュレーションの予測能力がAM技師にとって貴重なツールであることも確認できます。Magicsシミュレーションモジュールを使用して、AM技師は製造前に設計を評価できるため、最適なパーツの方向とサポートの構成を素早く見つけることができます。Materialiseは、30年近くのAMの実績を活用して、AM固有のシミュレーション手法を確立しています。これにより、AMをより簡単に使用できるようになります。