みなさま、こんにちは。開発部の川浦です。
前回インプリシットモデリングの仕組みについてご説明しましたが、せっかくラティスやジャイロイドを用いた特異な形状が設計できても、インプリシットモデルを認識できるツールがnTopology以外にないのでは3Dプリントすることができません。
そこで今回は、他のツールや3Dプリンターで取り扱うためにインプリシットモデルがnTopology内でどんなファイル形式に変換できるのか、またどんな形式を外部から取り込んでインプリシットモデルに変換できるのかを、ご紹介したいと思います。
nTopologyにおける形状データの相互変換
下の図はnTopologyの代表的なモデル変換チャートです。それぞれの変換過程で誤差が設定されており、可逆変換ではありません。
インプリシット以外の各モデル形式について簡単にご説明します。
メッシュ（サーフェスメッシュ）
3Dプリンターで標準的に使用されるのはSTLやOBJなどのメッシュデータで、弊社においてもnTopologyで作成した形状を造形する際にはメッシュに変換して外部へ出力する場合がほとんどです。
但しCADモデルからメッシュへの変換と比較すると、幾何学情報を含んでいないインプリシットモデルからメッシュへの変換は僅かに形状精度が落ちます（特にシャープな角）。この精度はオプションパラメータで調整可能ですが、厳しくしすぎると変換時間及び面数（つまりファイルサイズ）が膨大になり、自己交差メッシュなどのエラーが発生しやすくなります。ラティスやTPMSを大量に含んだ複雑な形状であれば尚更で、nTopologyに限った話ではありませんがプリンターの性能も考慮しながら許容できる範囲でメッシュを簡素化していく必要があります。
なお、メッシュモデルからインプリシットモデルへの変換は高精度に行うことができます。
下の図はメッシュへの変換サンプルです。
入力可能なメッシュファイル拡張子
.obj .stl .stla .stlb .ply .off .3mf
出力可能なメッシュファイル拡張子
.obj .stl .ply .3mf
CAD
nTopologyで最初から形状を作ることは稀で、CADで作成した形状をインポートして参照していくことが一般的な流れになります。CADカーネルにはParasolidを採用していますが、Stepなどの中間ファイルはもちろんCreoやCATIAなど独自カーネルのCADファイルも直接インポート可能です。CADデータは幾何情報を参照するのみで、直接編集して形状を変えることはできません。
インポートしたCADモデルからインプリシットモデルやメッシュモデルへの変換は高精度に行うことができますが、一方でCADへの変換には課題が残っているのが現状です（そのため最初の図では破線の矢印としました）。狭い平面やシャープな角を正確に再現できないため、アセンブリモデルでインターフェースの接続性を確認したい場合は、改めてCADツールで修正する必要があるかと思います。今後の改善にご期待下さい。
下の図はトポロジー最適化形状のインプリシットモデルをCADモデルに変換したサンプルです。現在の正規の変換手順は一旦メッシュ化を必要としますが、昨年β機能としてインプリシットモデルからCADへの直接変換ブロックが実装されました。
入力可能なCADファイル拡張子
- Parasolid (.x_t .x_b)
- ACIS (.sat .sab)
- STEP (.step .stp)
- CATIA (.CATPart .CATProduct)
- Inventor (.ipt .iam)
- SOLIDWORKS (.sldprt .sldasm)
- Creo (.prt .asm)
- NX (.prt)
出力可能なCADファイル拡張子
- Parasolid (.x_t .x_b)
- STEP (.step .stp)
- IGES (.iges .igs)
FEメッシュ
メッシュモデルからはFEM解析を行うための四面体ソリッドメッシュを作成できます。nTopologyは単独でも静解析や伝熱解析などのシミュレーションを実行できますが、さらに高度な、もしくは使い慣れた解析ツールをご利用になりたい場合は、1次・2次要素のメッシュだけでなく、材料特性や境界条件を付加したモデルを出力可能です。
入力可能なFEメッシュファイル拡張子
- Abaqus (.inp)
- ANSYS (.cdb .msh)
- Nastran (.bdf .dat .nas)
- LS-DYNA (.k)
- Patran (.pat)
- CGNS (.cgns)
- Universal File Format (.unv)
出力可能なFEメッシュファイル拡張子
- Abaqus (.inp)
- ANSYS (.cdb .msh)
- Nastran (.bdf .dat .nas)
- LS-DYNA (.k)
- Patran (.pat)
- CGNS (.cgns)
- Universal File Format (.unv)
ボクセルグリッド
インプリシットモデルとメッシュモデルは、指定したサイズのボクセルから補完されたモデルに相互変換できます。ボクセルサイズを小さくすればどんな複雑な形状にも対応できるため、以前は複雑なインプリシットモデルをメッシュ化する際はこのボクセルグリッドへの変換を挟んでいました。
現在のインプリシット⇒メッシュへの変換ブロックは内部的に一度ボクセルグリッド化を経由しているため、その必要はありません。
入出力可能なボクセルファイル拡張子
.vdb
スライスデータ
インプリシットモデルとメッシュモデルから3Dプリンター向けのスライスデータを作成することが出来ます。ハッチング機能もあり、スライスデータ同士のブーリアン演算も可能です。（いくつかの出力形式については現在β機能となっております）
入力可能なスライスデータファイル拡張子
.cli
出力可能なスライスデータファイル拡張子
.abf .cli .csv .ssl .cls(Beta) .slc(Beta)
以上、nTopologyで取り扱えるモデル形式についてご紹介いたしました。
いかがでしたでしょうか。
導入のご相談やデモのご希望など、nTopologyに関するご質問はお問い合わせまでお願いいたします。
