～ 株式会社FAI×加藤軽金属工業株式会社 が挑む、未来の金型設計サポート ～
私たち株式会社FAIと加藤軽金属工業株式会社は、金型設計に関するお客様のお悩みをしっかりと受け止め、これまでにない新しいシステムの開発に挑戦しています。
このシステムは、誰でも使える無料のシステムとして提供する予定です。
現在、まだ開発中ですが、この技術の有効性を実証・検証するため、実際に形材の断面にトポロジー最適化を試していただける企業様を募集しています。
開発初期段階から活用していただくことで、現場での実用性を高めるフィードバックをいただきたいと考えています。
「早い段階でこのシステムを試してみたい」とお考えの企業様は、ぜひご協力ください。
トポロジー最適化とは？
最適な「かたち（材料配置）」を力学の原理と数値シミュレーションで出す技術です。
- 設計領域や果汁・拘束条件を設計要件として与える
- 構造の「剛性」や「強度」、「エネルギー効率」などの性能を最大化
- 経験則によらない、革新的な構造が得られる可能性
トポロジーの概念図
トポロジー最適化は、強度や剛性を維持しつつ、応力のかからない部分や構造的に重要でない部分の材料を削り取ることで軽量化を実現します。
どのようなお悩みを解決するのか
形材設計において、次のようなお悩みをお持ちではありませんか？
- 作業にかかる時間がとても長い
→ 何度も試作や修正を重ねるため、新製品を市場に出すまでに時間がかかってしまう。 - お金がかさむ
→ 修正や試作を繰り返すことで、予定していた予算以上のお金が必要になってしまう。 - 現行品の押出形材断面が本当に最適か不安
→ 実際に使ってみると、形がちょっと合っていなかったり、無駄な部分があったりしませんか？ - 横からの力にどれだけ耐えられるか不明
→ 製品は、横からの力が加わったときにしっかり耐える必要がありますが、その強さを数字で知ることが難しい。 - 急な変更に対応しにくい
→ 市場の要求やお客様の意見にすぐ反映できないため、柔軟な設計変更が難しい。
私たちのシステムが目指すもの
私たちは、上記のお悩みを解決するために、トポロジー最適化という技術を活用したシステムを開発中です。
- 形材の断面形状から力に耐える力を調べる
→ お客様が入力した金型の横断面の形から、横から力がかかったときにどれくらい耐えられるかを数値で評価します。
※ここでは、金型がどれだけ「曲がりにくいか」を表す大切な指標を使っています。 - トポロジー最適化という技術の活用
→ 「トポロジー最適化」とは、材料をどこに配置すれば無駄がなく、より強くできるかを考える手法です。
※簡単に言えば、必要なところだけしっかり固くして、余計な部分を減らす方法です。 - 設計領域や荷重条件に基づいた最適な形状の提案
→ 断面形状の入力データをもとに、トポロジー最適化の計算を行い、無駄のない設計を導き出します。
※このシステムは、製品が押し出し成形（同じ形が長く続く）であるという前提で、Z方向（長さ方向）に一定の形になるように設計されています。 - お持ちの形材が本当に適切か、無駄がないかを確認
→ 現在ご使用の型材と、新しく提案された形を比較し、無駄な部分があるかどうか、また本当に最適な形になっているかをチェックできる仕組みです。
このシステムを利用すると…
お客様がこのシステムを活用することで、次のような効果が期待できます。
- 作業時間が大幅に短縮される
→ トポロジー最適化により、必要な材料配置を事前にシミュレーションできるため、何度も試作や修正を行う必要がなくなります。 - 費用の節約につながる
→ 無駄な部分を省いた設計により、不要な材料や作業のコストが削減され、予算内で作業が進められます。 - 製品の安全性・信頼性が向上する
→ 数字で確認できる「横からの耐え方」を基にした設計が、強度や耐久性をしっかりと保証します。 - 急な変更にも柔軟に対応できる
→ 設計要件を変更しても、トポロジー最適化により最適な形状が短時間で再計算できるため、市場やお客様の要望に迅速に応えることができます。
どうすればこのシステムが利用できるのか
私たちは、アルミ押出成形を行っている企業の皆さまが、お客様に向けてこのサービスを提供し、製造の依頼をいただけるようにと考えています。
現在、システムは完成しておらず、開発段階ですが、今後の実用化を目指して着実に進めています。
ご利用の流れはこんな感じです。
- まずはお気軽にお問い合わせください
→ 開発中の状況や、試験運用への参加について詳しくご説明いたします。 - 金型の断面形状のデータを入力
→ わかりやすい画面で、今お使いの金型の形を入力していただきます。 - システムがトポロジー最適化を実行し、最適な形を提案
→ 入力されたデータをもとに、どこに力がかかっても耐えられる、無駄のない最適な形を計算し、わかりやすい形状としてお見せします。 - その結果をもとに製品作りがスムーズに進む
→ 提案された形で金型を見直すことで、製品の品質や安全性を高め、効率よく製造を進めることができます。
【技術検証と進捗状況】2025/03/25
現在、本システムの試作・検証を進める中で、Cチャンネル形状の最適化と熱伝導性能の最大化を目的としたトポロジー最適化の計算を実施しています。
1. Cチャンネル形状の最適化
- 一般的なCチャンネル断面と、トポロジー最適化により設計された形状を比較。
- 3点曲げ試験の変形量を評価した結果、トポロジー最適化により重量を維持したまま強度と剛性が向上することが確認されました。
- ただし、数値ベースでの最適解導出には引き続き検討が必要です。
※ Cチャンネル形状の比較画像
（右）トポロジー最適化で導出された形状
（右）の方が変形が小さく強度も比較的高い
2. 熱伝導性能の最適化
- 60×60mmの断面に材料使用量100mm²の制約を与え、熱伝導性能が最大となる形状を計算。
- 3つの形状を比較：
- 寸法制約なし
- 最小寸法1.5mm
- 最小寸法3.0mm
- 結果、寸法制約なしの形状は最も熱を逃がしやすいが、非常に細い部分があり製造には適さない。
- 最小寸法制約を加えた形状（特に3.0mm）は、シンプルで実用的な構造となる可能性がある。
※ 熱伝導性能最適化の結果画像
特徴的な構造だが、細かい枝分かれ部分は製造困難
計算結果→最小寸法制約（中央・右）によって
製造可能な断面構造を得ることに成功
【企業様向け】システム開発にご協力いただける企業を募集しています！
私たち株式会社FAI×加藤軽金属工業株式会社は、皆さまの「押出形材の形状設計の悩み」を解消するため、日々新しい技術とアイデアを追求しています。
本技術は 現在試験段階にあり、実用化に向けたさらなる検証が必要 です。
特に、断面形状の最適化に関して共に試作・評価を行っていただけるパートナー企業を募集しております。
「早い段階でこの技術を試したい」「自社の金型設計に活用できるか見てみたい」とお考えの企業様、ぜひご協力ください！
開発初期から実際にご活用いただくことで、より現場に即した実用的なシステムへと進化させていきたいと考えています。
お問い合わせ・試験運用のお申込み
本システムの試験運用にご興味のある企業様は、ぜひお問い合わせください。
🔗 お問い合わせはこちら
📩 https://katokei.co.jp/contact（加藤軽金属工業株式会社）
📩 https://fai-inc.co.jp/contact（株式会社FAI）
最後に
私たち株式会社FAI × 加藤軽金属工業株式会社は、皆さまの「型材設計の悩み」を解消するため、最新の技術とアイデアを活かし、誰でも使えるシステムとして提供していく予定です。
ぜひこの機会に、最先端のトポロジー最適化技術を開発初期からご活用いただき、ご意見をお聞かせください！
「早い段階で試してみたい」とお考えの企業様は、ぜひお問合せください！
お会いできるのを楽しみにしています。
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