3D CAD ソフト

3D CAD (コンピュータ支援設計) ソフトは、製造、建築、エンジニアリング、3D印刷などのさまざまな分野で3Dモデルや技術図面の作成を支援します。このソフトウェアでは、対象物や構造物の詳細な3Dモデルを作成でき、材料を実際に使用する前に、仮想空間で構造物のあらゆる要素を計画できます。また、完成品やプロジェクトの予想図を視覚化できるため、経営幹部や投資家にプレゼンテーションを行う場合などにも役立ちます。

3D CADソフトは長年をかけて進化してきました。製作工程を容易にする自動化機能から、設計中の構造物のストレステストを可能にする詳細な演算機能まで、複雑な機能を搭載する3D CADソフトも登場しています。しかし、3D CADソフトのコア機能は、3D設計を作成し、その設計を実際の製造や建築に展開するための技術図面として出力する機能です。これらの機能では、優れた正確性と技術的な精緻さ、そして必要な全ての情報を技術図面に明確に表示する能力が求められます。

3D CADソフトは、実際の対象物や建築物の設計を大幅に効率化し、費用対効果も向上します。これまで長期間の作業が必要だった試作品の制作期間を大幅に短縮できます。技術的に正確な設計が可能となり公差が改善され、材料費を削減し、これまでは実現できなかった可能性がある設計も3D CADソフトでは可能になります。また、3D CADで作成したデータをもとに、設計の一部のデータをエクスポートして、高精度で加工できるコンピュータ数値制御 (CNC) マシンに直接入力することも可能です。

3D CADソフトには、専門的な用途に利用されるものがあり、3D CADで設計しなければならい対象物や構造物の特定の機能に対応しているものがあります。例えば、これらのソフトウェアには、複雑な物理的特性をシミュレートして、設計がさまざまな力にどのように反応するかをテストする機能を備えているものもあります。また、3D印刷に特化しており、サポート材を自動的に造形物に追加するなど、対象物を正確に印刷するための機能を実装しているものもあります。3D CADと関連性が深いソフトウェアカテゴリには、建築CADソフトおよびCADエンジニアリングソフトがあります。

3D CADソフトウェアを選択するときには、いくつもの要素を検討しなければなりませんが、特にソフトウェアに含まれる機能は検討すべき重要な要素です。これらのソフトウェアでは、搭載されている機能がそれぞれ大きく異なることがあります。3D CADソフトのカテゴリとして分類されるソフトウェアに不可欠なコア機能を、以下に紹介します。

• さまざまな構造物の高精度な3Dモデルを作成し、完成したモデルを表示しながら簡単に変更する機能
• 3D CADソフトを使用して設計された部品や製品を製造するために必要なすべての情報が含まれる技術図面を出力する機能
• 他のソフトウェアから設計をインポートしたり、他のソフトウェアやCNCマシンで使用するためにエクスポートしたりしたりするインポート／エクスポート機能
• 過去に設計した部品を組み合わせたアセンブリを作成し、必要なときに再利用する機能

3D CADソフトとは？

3D CADソフトを使用すると、さまざまな規模の複雑な構造物を効率的に設計できます。構造物の配置や立体感の把握など、3D CADソフトでは設計の初期段階で直面するさまざまな問題を解決できます。また、必要となる材料量や占有面積など、設計から対象物や構造物を完成させるために必要な条件も把握できます。

3D CADソフトは、3D印刷された小さな部品から建造物まで、さまざまな設計に使用できます。さらに、部屋のインテリア設計などの用途にも使用できます。CADソフトは専門化が進む傾向にあります。例えば、工学技術向けのソフトウェアには、物理学に基づいたストレステストの機能が搭載されていることがあります。インテリア設計用のCADソフトにはストレステスト機能はありませんが、ドラッグアンドドロップできる家具モデルのライブラリが付属している場合があり、設計工程をスピードアップできるようになっています。

CAD設計ソフトは、製造物を設計するだけでなく、さまざまな用途に活用できます。例えば、インテリアの設計の図面を視覚化することができます。また、アニメーションの作成が可能なCADであれば、プレゼンテーションにも利用できます。CADソフトを使用して、簡易な部品表 (BOM) を作成することができます。これらのソフトウェアは、これまでローカルマシンにインストールするソフトウェアパッケージとして販売されていましたが、現在ではWebブラウザで動作し、クラウドに情報を保存するクラウドベースの製品を提供する開発元も登場しています。ただし、ブラウザベースのCADは、ローカルにインストールされるソフトウェアパッケージに比べて、技術的な制約が多くある傾向があります。

3D CADソフトの利点とは？

3D CADソフトの利点は、実際の対象物や構造物を正確に設計しやすくなることです。また、構造物の重量やその他の外的な力によるストレスなどを考慮した設計を行うこともできます。これらのソフトウェアは最終的に、従来の設計手法に比べて、設計や試作品の製作工程における多くの無駄を省き、製品や構造物の設計コストを削減できます。3D CADソフトを使用するその他の利点を以下に紹介します。

• 試作品製作の無駄を省く：従来、物理的な対象物を設計する工程では、多くの無駄が発生していました。スケッチや模型などを使用して、最初から完璧な設計を計画するのは難しいためです。また、構造物を建造した後に初めて明らかになる問題点も必ずあります。3D CADソフトでは、設計段階から高精度で詳細な制御が可能になり、これらの問題を大幅に削減できます。

• 誤差の削減：極めて優秀な建築家やエンジニアや専門家でも、設計で確保できる精度には限界があります。そのため、特に大きな構造物を手動で設計するときには、さまざまな制限が生じます。3D CADソフトを使うことで、精度の高い設計が可能になり、構造物の設計において、誤差をより少なくすることが可能です。

• 実験の可能性が広がる：物理的な試作品を簡単に製作できるようになるため、試作品モデルの製作コストを気にすることなく、設計のバリエーションやスタイルを大幅に増加することが可能になります。製作にかかる費用は、ソフトウェアの費用以外には設計に要する時間だけになるため、自由度が飛躍的に向上します。

• CNCマシンによる製造工程の高速化：CNCマシンは、建築やインテリア設計よりもエンジニアリングや3D印刷に適していますが、CNCマシンにより、試作品製作や製造プロセス全体を迅速化できます。CADソフトから直接マシンにデータをこのCNCマシンに書き出し、CNCでその部品を自動的で製造できます。このプロセスは、手動で技術図面を作成し、その図面から手動で部品を製造する従来の方法に比べて、格段に処理が高速になります。

• 複雑な物理演算シミュレーションの実行：CADソフトの中には、設計中の構造物のストレステストを実行するため、複雑なシミュレーションを実行する機能を実装しているものもあります。このシミュレーションは、建築やエンジニアリングの分野で多く利用されており、構造物自体が十分な強度があり、風などの外的な力に耐えられることを保証します。

• 製造で使用される材料量の把握：多くのCADソフトでは、設計で使用される材料を正確に記録できます。この記録は、無駄などを考慮して通常の部品表として使用できるほど正確であり、プロジェクトコストの見積もりを簡単かつ迅速に行うことができます。

• 詳細な技術図面の作成：CNCマシンに必要なデータをすべて書き出すこともできますが、技術図面はエンジニアリングや建設において定期的に必要とされます。CADソフトを使えば、手動で作成する場合よりもはるかに簡単に図面を作成できます。技術図面を自動的に作成する機能が実装されている3D CADソフトもあります。

• プレゼンテーションやセールスピッチでの3Dモデルの活用：3D CADソフトで作成した設計は、完成後のイメージを示す視覚的な資料として活用できます。多くの場合、3Dモデルの設計をさらにリアルに処理する専用のソフトウェアにエクスポートできます。また、CADソフトの中にはレンダリング機能を実装しているものもあります。

3D CADソフトの機能とは？

3D CADソフトには通常、コアとなる機能と一般的な機能が含まれています。コアの機能はすべてのCADソリューションで利用できますが、一般的な機能はソフトウェアによって異なる場合があります。最も一般的な3D CADソフトの機能を以下に紹介します。

• 2D図面作成：これらのソフトウェアは3D設計に主眼を置いていますが、多くのパッケージでは2Dオブジェクトの設計も可能です。これは2Dの技術図面に過ぎませんが、3D部品を製造するための前段階で利用されます。例えば、平面的なパターンを設計してから、型から押し出して成形する場合があります。また、2Dで設計する例としては、複雑なチューブラーフレームを製造するときに、3Dプロファイルを押し出すときの「パス」を描く場合があります。

• 部品表の管理：製造用途のためのCADソフトは、部品表を管理する機能を実装していることが多くあります。これにより、設計する建造物で必要となる材料を確認することができ、製造工程で排出される廃棄物も考慮できる場合もあります。建設や製造を開始する前に部品表を参照できれば、プロジェクトの計画段階をよりスムーズに進めることが可能です。

• データのインポートとエクスポート：CADソフトへのデータのインポートや、CADパッケージからのデータのエクスポートが必要となる理由は多くあります。その理由の一つは、前述したCNCマシンの利用です。また、3Dプリンターへの設計の送信や、プレゼンテーション用の3Dモデルを作成するアプリケーションへのエクスポートなどが必要となる場合があります。また、別のアプリケーションからCADファイルをインポートする必要がある場合もあります。

• 3D印刷機能：3D印刷向けの多くのCADソフトには、工程を簡単にするための自動化機能が実装されています。3D印刷の一般的な機能の一つには、印刷中に塗料やシーリング材などの垂れや崩れが発生しないように、犠牲構造体を自動的に追加するものがあります。

• アニメーションとプレゼンテーション機能：ピッチやプレゼンテーション目的でCADソフトが活用されることが多くなっています。多くの3D CADソフトは、3Dモデルをリアルな画像に加工するレンダリング機能を内蔵しています。さらに、3Dモデルを別のアプリケーションでレンダリングできるような形式にエクスポートすることも可能です。この画像は、プレゼンテーションやセールス会議で使用することができ、実際に製造や建築しなくても、構造物や建造物のイメージを明確に伝えることができます。

• アセンブリ：特にエンジニアリングや建設の分野では、特定の設計を同じプロジェクト内や複数のプロジェクトで何度も再利用することが多くあります。多くの3D CADソフトでは、アセンブリを作成し、そのアセンブリを使用する大規模なモデルとは別に保存しておくことができます。さらに、これらのアセンブリは、設計にインポートするときにリンクしておくことができ、アセンブリを変更するときに、そのアセンブリに含まれる部品が自動的に更新されるようにできます。

• コラボレーションツール：大規模なプロジェクトでは、必ず複数のユーザーが作業することになります。そのため、大規模プロジェクト向けのCADパッケージは通常、何らかのコラボレーション機能を搭載しています。ユーザーが設計者に注釈を残すような単純な機能から、複数の設計者が同じプロジェクトで同時に作業できるようにする機能もあります。

• シミュレーションツール：特に、エンジニアリングや建築の分野向けの3D CADソフトでは、風や重量など構造物にかかるさまざまなストレスを計算し、耐性を検証してレポートするシミュレーション機能を備えているものがあります。

3D CADソフトの購入時に考慮すべき点は？

3D CADソフトを購入するときには、CADソフトに何を求めるのかを十分に検討するようにしてください。これらのソフトウェアは一般的に、シートライセンスで販売され、ユーザー数が増加すると非常に高額になる場合があります。そのため、CADソフトで必要となる機能のみを利用し、コストに注意する必要があります。小規模な企業であれば、必要なものはすべてSaaSオプションで利用できる場合がありますが、物理演算シミュレーションやレンダリング機能を必要とする企業では、包括的なソリューションを購入しなければならない場合もあるでしょう。3D CADソフトを検討するときに具体的に考慮すべき点を以下に示します。

• 自社の業界向けに設計されたソフトウェアか？

全てのCADソフトが同じように作成されているわけではありません。対象としている業界によって、機能や仕組みに大きな違いがあります。3D CADソフトの中には、複数の業界に対応しているもの、あらゆる分野をカバーしようとしているもの、特定の分野に特化したものがあります。そのため、選択したソフトウェアが業界や自社のユースケースに適していることを確認することが大切です。

• 3D CADのコストは？

前述したように、CADソフトは高価です。特に、複雑な物理演算ができるハイエンドのソフトウェアは高額になります。そのため、必要な機能だけを利用して、その対価を払うようにしましょう。ソフトウェアプロバイダーによっては、モジュール方式でソフトウェアを提供しており、必要な機能だけを利用できるようにしています。この場合、基本パッケージやサブスクリプションが用意されており、アドオンやプラグインなどの機能を後で追加できます。必要な機能を慎重に選ぶことで、ソフトウェアのコストを大幅に削減できる可能性があります。

• プレゼンテーションは必要か？

3D CADソフトをセールスピッチなどで使用することを検討している場合、また、作成したモデルを経営幹部やその他の関係者に報告するために使用する場合、ソフトウェアでそれらのプレゼンテーション向けの資料を提供できることを確認してください。可動部品を扱っているエンジニアリング企業にとっては、アニメーションは非常に重要な機能になります。設計をフォトリアリスティックな画像にレンダリングできる機能も有効に利用できるでしょう。しかし、これらの機能を利用すると、コストも増大します。CADソフトでこれらの機能を必要としないのであれば、これらの機能が含まれていないパッケージを選択しましょう。

• データは安全に保存されるか？

CADの設計は企業の機密情報であり、安全に保管しなければなりません。ローカルに展開するソフトウェアの場合、自社の責任でデータを安全に保存する仕組みを確立しなければなりませんが、クラウドベースのアプリケーションでは、機密情報がオンラインで保存されるため、安全に保管されていることを確認する必要があります。

• 自社で使用している他のソフトウェアと互換性はあるか？

3D CADソフトが、使用している2D CADソフトなど、既に導入している他のソフトウェアと連携させる必要がある場合は、新しいソフトウェアがそれらのアプリケーションと連携できるかどうかを調査する必要があります。通常、これはファイルの互換性であり、古いソフトウェアからエクスポートしたファイルを新しいソフトウェアで開けるかどうかを確認すれば問題はないはずです。高価な3D CADソフトを購入する前に、ファイルの互換性について確かめておく価値があります。

• ソフトウェアの機能が積極的に開発されているか？

3D CADソフトの機能は速いペースで進化しています。今後も多くの機能が登場することは間違いありません。そのため、積極的に開発や改良を行っている開発元のソフトウェアを選ぶことが大切です。新機能を積極的に開発していない開発元のソフトウェアを購入すると、重要な新機能を利用できず、結局はソフトウェアを追加で購入しなければならなくなります。

3D CADソフトに関する注目トレンドは？

3D CADソフトは速いペースで進化しています。これらのソフトウェアのトレンドを把握しておけば、より的確に購入すべきソフトウェアを判断できます。3D CADソフトに関する最も関連性の高いトレンドを以下に紹介します。

• クラウドCAD：3D CADソフトのカテゴリでは、従来のパッケージソフトウェアが未だに一般的ですが、クラウドコンピューティングとブラウザベースのアプリケーションの機能により、今後クラウドネイティブのCADソフトが主流になると考えられます。これにより、シートライセンスではなく、サブスクリプションベースの利用への移行が進むでしょう。

• 人工知能：人工知能 (AI) は、多くのソフトウェアのカテゴリに大きな進化をもたらしていますが、CADについてもAIの利用が進むでしょう。ジェネレーティブデザインは、CADでAIが活用されている分野の一つです。このシステムにより、設計者はコストなどのさまざまなパラメータに基づいて設計を最適化できます。

• 積層造形法 (AM)：一部のCADソフトには、3D印刷に特化した機能が実装されていることを前に説明しましたが、今後、積層造形法の普及に伴い、これらの特殊な機能は少なくなっていくと思われます。

出典 本書で紹介した機能は、3D CADソフトとの関連性と、キャプテラのディレクトリにある製品がこれらの機能を提供している割合を基準として取り上げています。このドキュメントで使用された出典を以下に示します。

1. キャプテラ(アクセス日：2022年6月8日、水曜日)
2. CAD - ウィキペディア (アクセス日：2022年6月8日)
3. What is a CAD Workstation (CADワークステーションとは) (アクセス日：2022年6月8日)