FreeCADでモデリングと解析をする方法

FreeCADは、オープンソースの3D CADソフトウェアとして、多くのエンジニアやデザイナーに利用されています。その魅力は、高度なモデリング機能と解析機能を無料で利用できる点にあります。今回は、FreeCADを使用してモデリングと解析を行う基本的な方法について解説します。

1. FreeCADの基本概要

まず、FreeCADとは何かを理解することが重要です。FreeCADは、オープンソースソフトウェアとして開発されている3D CADであり、ユーザーは無料で高度な3Dモデリングと解析を行うことができます。特に、マニュアルやメニュー画面の日本語化が進められており、日本のユーザーにも親しみやすい環境が整っています。

2. モデリングの基本

FreeCADでのモデリングは、直感的な操作で3D形状を作成することができます。基本的なツールや機能を使いこなすことで、複雑な3D形状もスムーズにモデリングすることが可能です。具体的なモデリングの手順は以下の通りです。

• スケッチの作成: 2Dのスケッチを作成して、それを基に3D形状をモデリングします。

• 押し出し: 2Dスケッチを押し出して3Dの形状を作成します。

• 回転: 2Dスケッチを中心軸を基に回転させて、3D形状を作成します。

3. FEM解析機能の活用

FreeCADの大きな特徴として、FEM解析機能が標準で搭載されている点が挙げられます。この機能を利用することで、モデリングした部品の応力や変形を簡単にシミュレートすることができます。具体的な解析の手順は以下の通りです。

• メッシュの作成: モデリングした3D形状にメッシュを適用します。このメッシュは、解析の精度や計算時間に影響を与えるため、適切なサイズや形状を選択することが重要です。

• 境界条件の設定: 解析に必要な境界条件（固定条件、荷重条件など）を設定します。

• 解析の実行: 設定した条件に基づいて、解析を実行します。

4. 詳細なモデリングテクニック

FreeCADのモデリング機能は非常に豊富で、初心者から上級者まで幅広く対応しています。以下は、さらに高度なモデリングを行う際のテクニックやポイントです。

• ブーリアン演算: 既存の3D形状同士を組み合わせたり、一部を取り除いたりすることができます。これにより、複雑な形状のモデリングも容易に行えます。

• フィレットやシャンファ: 3D形状のエッジを滑らかにするための機能です。これにより、実際の製品に近い形状のモデリングが可能となります。

5. 解析結果の詳細な解説

FreeCADのFEM解析機能を使用して得られる結果は、多岐にわたります。以下は、その結果を詳しく解説するポイントです。

• 応力分布: モデリングした部品にどのような応力がかかっているのかを確認することができます。特に、最大応力が発生する部分や、亀裂が発生しやすい部分を特定することが重要です。

• 変形量: 荷重や境界条件によって、部品がどのように変形するのかを確認することができます。これにより、部品の耐久性や安全性を評価することができます。

6. まとめと今後の展望

FreeCADは、オープンソースの3D CADソフトウェアとして、モデリングから解析までの一連の作業をサポートしています。特に、FEM解析機能の標準搭載は、設計から解析までの作業を一貫して行う際の大きな利点となっています。今後も、FreeCADの機能や性能は進化を続けることが期待されており、さらに高度なモデリングや解析が可能となるでしょう。