3Dスキャンデータの有効活用が成功の鍵を握る

広がる3Dスキャンデータの活用範囲

テクノロジーの進化に伴い、3Dスキャンデータの活用範囲は大きな広がりを見せています。IoTの普及であらゆる「モノ」がネットワークに接続されるようになったことで、現実世界にある環境（製品）をデジタル上にコピーして再現する「デジタルツイン」のコンセプトが浸透してきました。
 
たとえば、航空機のエンジンの情報をデジタルツインで解析して実際のメンテナンスに活用するなど、業務の効率化やコストの削減を実現した事例も増えています。デジタルツインで有効な解析を行うためには、現実世界の製品の摩耗具合などもデジタル上に再現する必要があり、3Dスキャナを使って現物形状をモデルデータ化するという手法が取り入れられ始めています。

金型の「デジタル保管」という選択肢

経済産業省は2017年7月に「型管理の適正化に向けたアクションプラン」を公表し、製造業における型管理の適正化を推進しました。2023年以降は金型問題は重点監視テーマとなったこともあり、金型・治具等の無償保管を理由にした公正取引委員会による実名勧告も開始され、メーカーやサプライヤーは金型の廃棄や管理方法の見直しを迫られています。
 
実際、金型の保管コストは無視できない問題となっていますが、現場の職人によって仕上げられた唯一無二の金型を簡単に廃棄できる企業は多くありません。ここでも、3Dスキャナを使って現物（金型）形状をモデルデータ化する「デジタル保管」が有効な解決策となってきています。

3Dスキャンデータ活用の課題

「3Dスキャナで現物をモデルデータ化して解析や設計・製造に活用する」という流れが製造業を中心に広がってきていますが、3Dスキャナで現物をスキャンしたデータは点の集合体であり、そのままでは解析や設計に活用することはできません。
 
点と点を結んで形を表現したメッシュデータにしたうえで、3D CADで読み込めるNURBS形式のデータにする必要がありますが、スキャンした3Dデータは現物の形状を完全に再現できていないケースが多いのが実情です。ノイズや穴があったり、エッジがガタガタになっていたりして、そのままNURBS形式にしても解析・設計には使えないのが現状です。
 
そこで注目したいのが、3DスキャンデータからCADで活用できるモデルデータを構築できるリバースエンジニアリングソフトウェア「Geomagic Design X」です。

スキャンデータからパラメータを抽出して設計意図を盛り込んだモデルデータを生成

一般的な手法：メッシュフィットサーフェシング

メッシュデータをCADで使えるデータにするプロセスとしては、メッシュに対してサーフェスをフィットさせる「メッシュフィットサーフェシング」によるデータ変換が一般的です。現物形状を忠実に再現でき、CADのスキルを持たない測定者でも容易に実行できるというメリットがあり、簡単にNURBS形式のモデルデータを生成することができます。
 
ただし、この手法で作成したデータは幾何要素やパラメータを持たないため、設計者は解析・設計に必要なモデリング作業をCADで改めて行わなければなりません。

Geomagic Design Xが実現する「リバースモデリング」

そもそもリバースエンジニアリングは、多くの場合においてその形状をただ再現すればよいというものではなく、新たに製造するために設計意図を構築することが求められます。3Dスキャンデータを「変換」するのではなく、3Dスキャンデータから「設計」をしていく——この「リバースモデリング」プロセスを実現する唯一のソフトウェアがGeomagic Design Xです。
 
Geomagic Design Xが提案するリバースモデリングは、3Dスキャンデータからパラメータを抽出して、設計意図に基づきフィーチャーを構築していくという、CADに近いオペレーションです。必要に応じて数値を指定したり拘束条件を与えることができるため、3Dスキャンデータの曖昧さを排除しつつ、完成されたモデルはCADで作成したモデルと同様に活用することができます。もちろん、パラメータによる形状変更にも柔軟に対応します。
 
加えて、パラメータ抽出に必要な部分だけをスキャンすれば全体をモデル化できるため、スキャン時間を短縮できるのもメリットです。

モデリングだけでなく、プロセス全体を最適化

リバースモデリングの手法では、メッシュフィットサーフェシングによるデータ変換と比べ、プロセス全体が最適化されます。必要な部分のみをスキャニングすればよく、メッシュ編集もほぼ不要。サーフェス化とモデリングに大きな割合を占めますが、その分CADでのモデリング作業が軽減されるため、全体的には大幅な効率化が実現します。

主要CADとのシームレスな連携

SOLIDWORKS、Siemens NX、PTC Creo、Autodesk Inventorといった主要CADに対応した「LiveTransfer」機能は、Geomagic Design Xで構築したフィーチャー履歴をそのままCADに転送することができます。
 
Geomagic Design XはCADに置き換わるものではなく、スキャンから効率的に構築した3DモデルデータをCADでシームレスに活用するための強力な支援ツールです。このリバースモデリングのプロセスこそが「スキャンデータのCAD化」を考える場合に、きわめて有効な選択肢となります。

用途に応じた使い分けが可能

もちろん、リバースモデリングによるモデルデータ化がすべてのケースで最適なわけではありません。たとえば地形情報やカスタムパーツなど、現物形状を忠実に再現したモデルデータを保存しておきたい場合には、メッシュフィットサーフェシングによるデータ変換が有効です。
 
これに対して、CADとの親和性が高いリバースモデリングは、パラメータの自動抽出などCADにはない機能を補完して、CADでの設計へとスムーズに繋げるための手法といえます。そのどちらにも対応し、状況に応じて使い分けることが可能なGeomagic Design Xならば、多くの企業が抱えている「3Dスキャンデータの効果的な活用」という課題を解決してくれるはずです。
 
さらに、最近注目を集めるトポロジー最適化で導き出された解析モデルをCAD化するといった用途でも、Geomagic Design Xが持つリバースモデリングのアプローチが注目されています。今後もさまざまなシーンでの活用が予想される3Dスキャンデータを、不要なコストをかけず効率的にCAD化したいならば、Geomagic Design Xの導入を検討する価値は大いにあります。