3Dデータとは、物体の形状を三次元空間上で表現したデジタルデータです。
従来の2D図面では、正面・側面・上面など複数方向から形状を表現する必要がありました。
しかし3Dデータでは、立体形状そのものをコンピューター上で確認できるため、
など、幅広い分野で利用されています。
現在の製造業では、3Dデータを中心としたデジタルものづくりが急速に普及しています。
3Dデータには大きく分けて、
があります。
3D CAD(Computer Aided Design)とは、コンピューターを利用して製品形状を設計する技術です。
代表的な3D CAD:
3D CADデータは、寸法情報や設計意図を保持できるため、製造分野で多く利用されています。
ポリゴンデータとは、多数の三角形(メッシュ)によって形状を表現するデータ形式です。
代表形式:
3Dプリントでは、このポリゴンデータが広く利用されています。
STLは、3Dプリントで最も一般的に使用されるファイル形式です。
特徴:
用途:
STEPは、CADデータ交換で広く利用される形式です。
特徴:
用途:
古くから利用されているCAD交換形式です。
用途:
主にCGやカラー3Dデータで使用されます。
特徴:
用途:
比較的新しい3Dプリント向け形式です。
特徴:
3Dプリンターで造形するには、基本的に3D形状データが必要です。
設計した3Dデータから、実物モデルを短期間で製作できます。
現物を3Dスキャンし、3Dデータ化することで、
の復元が可能になります。
3Dデータがなくても、
などから3Dデータを作成できます。
3Dデータ作成サービスでは、
まで対応できます。
① 形状確認
↓
② 3D CADデータ作成
↓
③ STL変換
↓
④ データチェック
↓
⑤ 3Dプリント
↓
⑥ 後加工・仕上げ
A. STLは主に3Dプリント用の形状データ、STEPは設計情報を保持したCAD交換用データです。
A. はい。図面や現物から3Dデータを作成することで3Dプリントが可能です。
A. 目的によります。3DプリントだけならSTLでも可能ですが、設計変更や加工を行う場合はSTEPなどのCADデータが適しています。
STLとは、3Dプリンターで最も広く利用されている3Dデータ形式です。本ページでは、STLデータの仕組み、特徴、3D CADとの違い、STEPとの比較、造形時の注意点、3Dプリントに適したデータ作成方法について詳しく解説します。
STL(エスティーエル)とは、3Dプリントで最も一般的に使用されている3Dデータ形式のひとつです。
正式名称は、
STereoLithography(ステレオリソグラフィー)
です。
STLは、3D形状を多数の三角形(ポリゴン)で表現するデータ形式で、3Dプリンターへ形状情報を渡すために広く利用されています。
現在では、
など、多くの3Dプリント工法で利用されています。
STLデータは、立体形状の表面を多数の三角形で近似して表現します。
例えば球体の場合、実際には滑らかな曲面ですが、STLでは小さな三角形を大量に配置することで球面に近い形状として表現します。
この三角形の細かさによって、
が変化します。
STLは長年利用されてきた標準的な3Dプリント用データ形式です。
多くの造形サービスや3Dプリンターが対応しているため、現在でも最も普及しています。
STLは、
を保持するデータ形式です。
一方で、
などは基本的に保持しません。
多くの3D CADソフトからSTL形式へ変換できます。
対応例:
など。
3D CADデータは、製品設計を目的としたデータです。
代表形式:
一方、STLは3Dプリント向けに形状だけを表現するデータです。
| 項目 | STL | 3D CAD |
|---|---|---|
| 目的 | 造形用 | 設計用 |
| 形状表現 | 三角形メッシュ | 曲面・ソリッド |
| 寸法編集 | 難しい | 可能 |
| 設計変更 | 不向き | 得意 |
| 3Dプリント | ◎ | ○ |
特徴:
用途:
特徴:
用途:
製品形状を3D CADで設計します。
↓
CADデータをSTLへ書き出します。
↓
三角形の細かさを調整します。
↓
確認項目:
↓
造形方式に合わせて出力します。
三角形が少ない場合、
ことがあります。
逆に細かくしすぎると、
につながります。
STLデータでは、面の向きが正しく設定されている必要があります。
方向が逆になると、3Dプリンターで正常に認識できない場合があります。
3Dプリントでは、材料や工法によって最低肉厚があります。
STL変換後には、
などの確認が重要です。
文字情報として記録される形式です。
特徴:
現在もっとも一般的な形式です。
特徴:
高品質な3Dプリントには、単純なSTL変換ではなく、
が重要です。
特に、
では、高品質なSTLデータ作成が仕上がりを大きく左右します。
A. 主に3Dプリントで利用されますが、形状確認やCG用途でも使用されます。
A. 可能ですが、STLはメッシュデータのため、完全なCADデータへ戻すにはリバースエンジニアリングなどの処理が必要になります。
A. 3D CADによるモデリング、図面からの3D化、現物スキャンなどでSTLデータを作成できます。
A. データ状態によります。造形前に、穴・面・肉厚・寸法などのチェックを行うことが重要です。
STEPとは?3D CADデータ・STP形式・3Dプリント活用方法を解説【3Dデータ辞典】
STEP(ステップ)とは、3D CADで作成した立体設計データを交換するための標準的な3Dデータ形式です。
正式名称は、
Standard for the Exchange of Product model data
です。
国際規格であるISO 10303として規定されており、異なるCADソフト間で3Dモデルを受け渡す際に広く利用されています。
製造業では、
など、多くの分野で使用されています。
ファイル拡張子は主に、
が使用されます。
STEPの大きな特徴は、単なる形状だけではなく、CADで作成された立体情報を保持できることです。
保持できる情報例:
そのため、設計変更や加工工程でも利用できます。
製造現場では、企業や部署によって使用しているCADソフトが異なる場合があります。
例えば、
設計会社
↓
製造会社
↓
試作会社
↓
加工会社
という流れでデータを共有する場合、STEP形式が利用されます。
STLのような三角形メッシュではなく、数学的な曲面・ソリッド情報で形状を表現します。
そのため、
などを高精度に扱えます。
STEPとSTLは、どちらも3Dデータ形式ですが、目的が異なります。
| 項目 | STEP | STL |
|---|---|---|
| 主な用途 | 設計・製造 | 3Dプリント |
| データ種類 | CADデータ | メッシュデータ |
| 寸法情報 | 保持する | 基本的に保持しない |
| 編集 | 可能 | 困難 |
| 加工用途 | ◎ | △ |
| 造形用途 | ○ | ◎ |
STEPは3D CADそのものではなく、CADデータを保存・交換するためのファイル形式です。
代表的な3D CAD:
などで作成したデータをSTEP形式で書き出すことができます。
STEPには複数の規格があります。
主に形状情報を扱う古い規格です。
自動車産業などで多く利用された規格です。
特徴:
などを扱えます。
現在利用が進んでいる新しい規格です。
特徴:
などに対応しています。
STEPは、そのままでは多くの場合3Dプリンターへ出力できません。
一般的な流れ:
① STEPデータ作成
↓
② CADデータ確認
↓
③ STLへ変換
↓
④ 造形条件設定
↓
⑤ 3Dプリント
という流れになります。
CADデータとして編集できるため、
などが可能です。
切削加工や金属加工では、STEPデータが標準的に利用されています。
設計から、
まで一貫して活用できます。
設計データがない場合でも、
などから3D CADデータを作成できます。
これを、
リバースエンジニアリング
と呼びます。
A. 基本的には同じSTEP形式です。拡張子が「.step」「.stp」と異なるだけです。
A. 可能です。ただし、一般的にはSTEPからSTLへ変換して造形します。
A. 設計・寸法管理という意味ではSTEPが優れています。STLは造形用として利用されます。
A. 対応CADソフトがあれば編集可能です。
3D CAD(スリーディーキャド)とは、コンピューター上で製品や部品などの立体形状を設計するための技術です。
CADとは、
Computer Aided Design(コンピューター支援設計)
の略称です。
従来の手書き図面や2D CADでは、正面図・側面図・平面図など複数の図面を作成して形状を表現していました。
一方、3D CADでは、実際の製品と同じような立体モデルをコンピューター上に作成できます。
そのため、
など、現代のものづくりに欠かせない技術となっています。
3D CADでは、部品や製品を立体的に設計できます。
作成できるもの:
3D CADでは、正確な寸法情報を持ったモデルを作成できます。
管理できる情報:
など。
精密部品の設計では非常に重要です。
3D CADデータは、形状情報を保持しているため変更が容易です。
例えば、
などを効率的に行えます。
3D CADで作成したデータは、
などへ変換することで、3Dプリントに利用できます。
設計から造形までデジタルデータでつなぐことができます。
| 項目 | 3D CAD | 2D CAD |
|---|---|---|
| 表現方法 | 立体モデル | 平面図面 |
| 形状確認 | 直感的 | 図面理解が必要 |
| 設計変更 | 容易 | 修正箇所が多い |
| 3Dプリント | 対応可能 | 変換が必要 |
| 製品検証 | しやすい | 難しい |
設計情報を持つ元データです。
特徴:
代表形式:
3Dプリント用のメッシュデータです。
特徴:
CADデータ交換用の形式です。
特徴:
機械設計分野で広く利用されている3D CADです。
用途:
自動車・航空業界など、大規模製品開発で利用されています。
用途:
クラウド対応の3D CADです。
特徴:
を一体化できます。
自由曲面の設計に強い3D CADです。
用途:
製造業向け高機能CADです。
用途:
3Dプリントを検討している場合でも、必ずしも3D CADデータが必要とは限りません。
以下の情報から3Dデータ化できます。
特に現物からデータを作成する技術を、
リバースエンジニアリング
と呼びます。
① 製品仕様確認
↓
② 3D CADモデリング
↓
③ STEP保存
↓
④ STL変換
↓
⑤ 造形データ確認
↓
⑥ 3Dプリント
↓
⑦ 後加工・仕上げ
A. 3D CADは3Dデータを作成する設計技術であり、3Dデータは完成した立体データ全般を指します。
A. 可能です。図面や現物から3Dデータを作成することで3Dプリントできます。
A. 設計・加工用途ではSTEP、3Dプリント用途ではSTLや3MFが一般的です。
A. 形状の複雑さによります。簡単な部品であれば短時間、複雑な製品では数日以上かかる場合があります。
リバースエンジニアリングとは、既存の製品や部品などの完成品を分析し、3Dデータや設計情報を作成する技術です。
通常のものづくりでは、
設計データ
↓
製造
↓
製品
という流れで製品が作られます。
一方、リバースエンジニアリングでは逆方向に、
現物・製品
↓
測定・解析
↓
3Dデータ作成
↓
再製造
という流れでデータを復元します。
そのため「逆工程による設計技術」とも呼ばれています。
製造現場では、以下のような問題があります。
このような場合、従来は製作が困難でした。
しかし、リバースエンジニアリングを活用することで、現物から形状を取得し、新しい製造データを作成できます。
まず、対象となる部品や製品を確認します。
確認内容:
現物形状を取得します。
使用方法:
など。
複雑な自由曲面や有機形状では、3Dスキャンが効果的です。
取得した測定データから、
を作成します。
製造や設計変更が必要な場合、取得データをもとに3D CADモデルを作成します。
作成形式例:
完成した3Dデータから、
などによって製品化します。
メーカーで生産終了した部品でも、現物が残っていれば復元できる可能性があります。
例:
壊れた部品を元に、
を製作できます。
古い製品では、紙図面しか存在しない場合があります。
リバースエンジニアリングによって、
が可能になります。
現物形状を取得して、
などの設計変更もできます。
目的:
「形状をデータ化する」
取得するもの:
目的:
「製造可能なデータへ復元する」
作成するもの:
つまり、
3Dスキャンはデータ取得技術
リバースエンジニアリングは製造へつなげる技術
という違いがあります。
リバースエンジニアリングと3Dプリントは非常に相性が良い組み合わせです。
一般的な流れ:
現物部品
↓
3Dスキャン
↓
3Dデータ作成
↓
STL変換
↓
3Dプリント
↓
仕上げ加工
↓
完成品
この流れにより、金型を作らずに少量部品や試作品を製作できます。
現物があれば、新たな製造データを作成できます。
入手困難な部品でも復元できる可能性があります。
既存形状を利用することで、新規設計より効率的に開発できます。
3Dプリントや切削加工と組み合わせることで、1個からの製作にも対応できます。
A. 状態によりますが、破損していない部分や残存形状から復元できる場合があります。
A. 簡易形状であれば可能な場合がありますが、精度が必要な部品では現物測定や3Dスキャンが推奨されます。
A. はい。現物から3Dデータを作成することで、3Dプリントによる復元製作が可能です。
A. 造形だけならSTL、設計変更や加工まで考える場合はSTEPがおすすめです。