第2回　3次元CADでのモデリングの基礎

　3 次元CADで形状を作成しようとする場合には、「面」を設計の基準としてスケッチを描いていくことから始まる。スケッチとは、3 次元形状を作成するための基準となる「2次元断面線（プロファイル）」を作成することで、作成したスケッチの「押し出し」や「回転」などで立体形状が出来上がる（図2）。

　スケッチをどの「面」に作成していくかが、3次元形状を作成するうえでの1 つのポイントになる。3 次元空間の部品の向きは、選ぶ平面によって決まる。スケッチは2次元CADで図面を描く作業と似ているが、2 次元CADのように、正面から見た図をすべて1 つのスケッチで描く必要はない。設計基準となる形状寸法がある場合はまず、その輪郭をスケッチして立体化する。設計を進めていく中で、ほかの部品との干渉や軽量化のために形状を削りたい場合には、削りたい形状にスケッチして削っていけばよい。逆に、強度を保たせるために補強の形状を後から追加することも可能である。

　図3に3次元CADでの形状作成例を示す。3次元CADでは、形状を足したり引いたりしながら設計を進めていく。また部品を取り付けるための穴をあけたり、角に丸み（フィレット）をつけたり、面取りをしたい場合には、そのためのコマンドが用意されており、スケッチを描く必要がない場合もある。コピー（複製）する機能を使い、半分だけ作成して反対側にコピーしたり、直線状や円形状にコピーしたりする機能なども活用する。1 つのスケッチに形状の線図をすべて描くのではなく、機能ごとに分けてスケッチを描くことで制御がしやすくなり、後からの設計変更もしやすい。

　一般的な3次元CADソフトでスケッチを描いていく手順は、最初にスケッチを描く平面を指定し、次に線分をラフに描いて、平行や垂直などの幾何拘束、距離や角度などの寸法拘束を追加していく流れになる（図4）。この作業を分けずに一度に行う場合もあるが、後から幾何拘束、寸法拘束を付加し修正できるのが一般的なパラメトリック機能を搭載した3 次元CADの特徴である。3 次元のモデリングソフトにも多様なものがあるが、特にモデリングの考え方や、操作性を考えたときに、最も違いが出てくるのが「拘束」というものだ。拘束とは作成した形状の間に平行や垂直などの幾何的な条件を設定したり、寸法を定義したりすることで、その形状全体を規定していく。これらを適切に設定することでさまざまなバリエーションの作成などが可能になるが、逆に不適切に設定していると、ある寸法を変更したときに、別のところに予想外の変形が発生したり、あるいはまったく変更できなかったりもするので、拘束を意識しながら形状を作成していくことが重要となる。