3D CADの基礎：Solidworksのサーフェス機能を使いこなす

2025.03.21

1. はじめに

3D CADを使い始めるにあたって、自由度の高いモデルを効率的に作成するためには、サーフェスモデリングの仕組みを理解することが不可欠です。特に、SOLIDWORKS サーフェス機能は3D モデル表現の幅を大きく広げるため、多くの曲面デザインや複雑な形状を実現したいと考える方々にとって、非常に有用なツールとなります。

そもそもサーフェスモデリングと聞くと、「ワイヤーフレーム」や「ソリッドモデリング」のような一般的な形状表現よりも難しそうという印象を抱かれることが多いかもしれません。しかし、本記事では初学者の方が段階的に技能を身につけられるように、なるべくわかりやすく基礎から解説していきます。実際に操作を行う際の手順や注意点も交えながら解説することで、初心者の方でも確実に基本を押さえられるように構成しています。

本記事を通じて、まずは「サーフェスとソリッドの違い」を正確に理解し、その長所短所を把握することを目指します。続いて、サーフェスを用いた3D モデル作成の手順、さらにCAD オフセットサーフェスやCAD トリムサーフェスなどの具体的なツールの使い方を順を追って紹介していきます。

本記事は「Solidworksのサーフェス機能の基礎操作を学びたい」「サーフェスモデリングを段階的に習得したい」といった方々を対象にしています。最後までお読みいただくことで、幅広いモデリング手法の習得やCAD 編集技術に関する理解が深まり、最終的には複雑な製品の外観創造や実務での3D モデル作成に役立つ知識を身につけることができるでしょう。ここから先は、サーフェスモデリングの基礎から具体的な操作法までを順を追って解説していきます。

2. サーフェスモデリングの基礎

サーフェスモデリングとは、厚みが存在しない面だけで形状を表す方式を総称しています。一般的に3D CADにおいてはワイヤーフレームで形状の輪郭を示し、そこに面を貼り付けることでサーフェスを作成し、最終的に必要に応じてソリッドモデリングに変換する流れが多くのCAD ソフトウェアで採用されます。

まずサーフェスの利点は、複雑な曲面の形成や自由度の高い形状修正が柔軟に行えることであり、一方でソリッドが持っている干渉チェックや体積計算などの機能が利用できないという欠点もあります。このように、サーフェスとソリッドの違いをしっかり理解することで、必要に応じて最適な表現方法が選べるようになり、CAD モデル変換をスムーズに進められるようになるのです。

サーフェスモデリングがなぜ必要かというと、例えばインテリア製品やアート性の高い工業製品などでは、滑らかな曲面形状が求められるケースが多いからです。ソリッドモデリング単体では複雑な曲面の造形が困難な場合、サーフェス特有のやわらかなカーブを活かしてデザインを行い、最終的にCAD ソリッド化を行う手順が有効です。言い換えれば、サーフェスを通じて想定どおりの面を作り込み、その面をニットサーフェスなどの機能を用いて一体化し、必要に応じて厚みづけで本来の立体へ変換するプロセスです。

実際の現場では、CAD デザインの段階でおおまかな形状をソリッドで固め、その後サーフェスを使った自由曲面モデリングで表面を微調整するといった方法も多くみられます。このハイブリッドモデリングをうまく活用することで、形状の大枠を簡単に作りながら、最終的なディテールの仕上がりを美しく保つことができるのです。たとえば自動車の外形や家電製品の意匠部分をより魅力的に仕上げたい時には、サーフェスモデリングが非常に頼りになる技術といえます。

ここからは、サーフェス、ソリッド、ワイヤーフレームという3種類の表現手法の特徴や違いを一つひとつ見ていき、なぜサーフェスモデリングを利用すると設計効率が上がるのか、その根拠を述べながら確認していきたいと思います。

2.1. サーフェスモデリングとは？

サーフェスモデリングとは、モデルの表面だけを扱う形状表現であり、「厚みゼロの面」を積み重ねるイメージでフォルムを形成していく手法を指します。一般的なソリッドモデリングが内部の体積情報や干渉チェックに強みを持つのに対して、サーフェスはあくまで外形の造形をメインとするため、多彩な自由曲面モデリングがしやすい点が大きな特長です。

例えばデザイン性の高い家具、車両の車体、家電の外装など、曲線を多用したフォルムを意図通りに作り込むには最適といえます。実際に多くのCAD 学習教材やCAD オンラインコースでも、まずソリッドで基礎を学び、より高度な形状の作成段階でサーフェスを導入するカリキュラムが組まれていることが多いです。

ただし、サーフェスモデリングだけでは質量や体積の算出は行えません。そのため最終的に3D プリンティングなどの工程に進めたい場合には、完成した面をソリッド化する操作が必要です。どのような場面でサーフェスに強みがあり、いつソリッドに切り替えるのかを明確化しておくことで、より効率的なCAD 設計が行えるでしょう。

2.2. サーフェス、ソリッド、ワイヤーフレームの違い

サーフェス、ソリッド、ワイヤーフレームを比べると、ワイヤーフレームは線と点で形状を示すのみなので、視覚的には非常に軽量かつ表示速度が早い反面、形状の把握が難しいという面があります。サーフェスはそのワイヤーフレームを基に面を形成した状態なので、表面がある分、見た目は明確に形状を認識しやすくなりますが、依然として体積情報は含みません。

画像引用: キーエンス「3D CADの基礎知識 – 3Dモデルの表現方法」

https://www.keyence.co.jp/ss/products/3d-printers/agilista/knowledge/cad_expresion.jsp

一方でソリッドは、「中身を持った立体」として表現できるため、切削や干渉、質量を踏まえたシミュレーションなど実務的な検証が行えます。そのぶんデータ容量が大きくなったり、複雑な曲面形状を扱いにくかったりという面もあるため、状況に応じてサーフェスと併用するのが有効です。

こうした特徴を踏まえつつ、用途によってどの表現を活用するか、あるいはどの段階でワイヤーフレームからサーフェスへ、さらにソリッドへとCAD モデル変換するかを決めていくことが重要になります。このメリハリある使い分けがおこなえれば、複雑な形状でも確実かつ無駄なく仕上げることができるでしょう。

2.3. サーフェスモデリングの基本操作

サーフェスモデリングの基本操作は、押し出しや回転、スイープ、ロフトといったソリッドモデリングと類似の手法が使われることが多いです。一方で、操作対象が「面」になるため、部品同士の切り取りなどは直接的にできず、まずは面を生成し、それらの面同士をトリムし、最終的にニットでつなぎ合わせるという手段をとります。この一連の流れを正しく把握することが、効率的なCAD 学習の第一歩です。

特にサーフェスモデリングにおいては、面同士の連続性や曲率の滑らかさが重要なポイントになります。形状の美しさにこだわるデザインでは、各種ツールを微調整して正確に面がつながるように編集を行います。例えばCAD トリムサーフェスやフィレット操作で生じるわずかな段差が、完成品における見栄えを大きく左右する場合もあるのです。こうした繊細な調整を身につけるには、複数のサンプルモデルを実際に触りながら練習するのが近道でしょう。

また、サーフェスで作った形状を最終的に3D モデル作成の完成品とするには、CAD ソリッド化がほぼ不可欠となります。面を閉じた状態に編み上げ、必要なところに厚みづけして最終的な立体として仕上げる手順を確立しておきましょう。いわゆるCAD ハイブリッドモデリングとも呼ばれるこのプロセスを理解しておくと、多くの製品設計に応用できます。

3. Solidworksでのサーフェス機能の使い方

ここからは、Solidworksを例に具体的な操作方法を追って説明していきます。SOLIDWORKS サーフェス機能の良さは、多様なサーフェス編集ツールが標準装備されているだけでなく、ソリッド機能との相互互換性が優れている点にあります。CAD パラメトリックモデリングの概念もしっかり活用できるため、一度作った面やスケッチを後から修正しても、関連する形状が自動的にアップデートされ、無駄な再作業を軽減してくれます。

以下のセクションでは、まず基本的なサーフェス操作について取り上げ、次にサーフェスを用いたソリッドへの変換手法を解説します。これらを押さえておくことで、CAD 設計の中で複雑な形状を扱う際にも、スムーズにサーフェス→ソリッドの流れを完結させることができるでしょう。特に面同士のつなぎ方（ニットサーフェス）やオフセット、トリムなどのCAD 表面処理が理解できると、より柔軟なモデル編集が行いやすくなります。

3.1. 基本的なサーフェス操作

通常のソリッドモデリングと同様に、押し出しや回転をベースとした面作成を行うほか、スケッチを使ってスイープやロフトなども可能です。ただしソリッドのように体積をもたないぶん、形状をカットしたり穴を開けたりするのではなく、まずは1枚1枚の面を作り、そこから不要な部分を切り取ったり、必要な部分を延長したりして最終的に面を結合していく流れが特徴です。

実際には、以下で触れるような各種ツールを組み合わせて操作します。たとえばCAD オフセットサーフェスを使えば、既存のソリッド面やサーフェス面から任意の距離で平行な面を生成できますし、CAD トリムサーフェスで不要な部分を切り落とすように形状を整形できます。そして複数の面を適切につなぎ合わせるときにはCAD ニットサーフェスが大いに役立ちます。

オフセットサーフェス

オフセットサーフェスは、既存のサーフェスやソリッド面から一定距離離れた位置に新規のサーフェスを作るコマンドです。CAD オフセットサーフェス機能を使うことで、例えばボディ全体の外殻だけを取り出したり、寸法をわずかに変更した別形状を用意したりするときに便利です。

具体的には、元の面の最小曲率半径や形状によっては失敗する場合もありますが、オフセット距離を調整する、あるいは不要な面を削除するなどの手順を踏むことで、より複雑なモデルでも使いやすくなります。製品設計の最終段階で外装のクリアランスを調整したり、隙間を設けたりする際にも活躍します。

画像引用: Dassault Systèmes. 「SOLIDWORKSヘルプオフセットサーフェス（Offset Surface）」

https://help.solidworks.com/2022/japanese/SolidWorks/sldworks/t_offset_surface.htm

トリムサーフェス

トリムサーフェスは、サーフェス同士の交差や、スケッチを基準に面を切り取る際に用いられる操作です。CAD トリムサーフェスでは、保持したい部分を残し、不要な部分を削除する形で使うことが多いため、自由度の高い切り抜きを行うときに便利です。複数のサーフェスが互いに干渉する箇所がある場合も、相互トリムを活用して、適切な緩衝点を定義しながら最適な形状を得られます。

特に自動車ボディなど、大面積の曲面に対して後から開口部やエッジを設定したいときに有力です。ソリッドに比べて操作が直感的なぶん、複雑なR形状のパネルやエッジの処理が比較的楽に行えるのがサーフェスモデリングの強みといえるでしょう。

画像引用: Dassault Systèmes. 「SOLIDWORKSヘルプトリムサーフェス」

https://help.solidworks.com/2023/japanese/SolidWorks/sldworks/HIDD_FEAT_TRIM_REF_SURFACE.htm

ニットサーフェス

ニットサーフェスは、複数の面を結合して1つのサーフェスボディにまとめる機能を指します。CAD ニットサーフェスによって、離れた面同士の継ぎ目をなくし、最終的に閉じた形状ができればソリッド化することも可能です。

サーフェスをニットする際には、境界同士が正しく一致していることが必要になります。もし隙間が生じる場合は許容値を広げたり、トリムで面同士を合わせたりといった追加作業が求められます。ニットサーフェスによって一体化した後に、CAD 厚み付けへとつなげる作業がスムーズにできるため、結果としてデザインや設計の変更にも柔軟に対応できるようになります。

3.2. サーフェスとソリッドの変換方法

サーフェスをソリッドへ変換すると、体積情報や干渉チェックなどのメリットを得られます。そのため、多くの場合、実際の製品を製造する前の最終段階ではソリッド化が必要になります。しかし、その途中においてはサーフェス形状を維持した方が作業しやすい箇所もあり、切り分けや編集を迅速に済ませられることがあります。

ここでは、サーフェスをきちんとソリッドに仕上げるための代表的な手法を紹介します。状況に応じて使い分けることで、CAD モデリング技術の幅がぐんと広がるでしょう。

厚みづけ

CAD 厚み付けは、作成したサーフェスに特定の厚みをもたせることでソリッドボディを形成する機能です。厚みづけの方向を一方だけにするか、両側に分配するかなど、詳細なパラメータを設定できます。これにより、薄肉製品などでも正確な板厚を持つモデルを生成しやすくなり、最終的には3D プリンティングや金型設計に移行する用意が整います。

例えばリモコンの外装やボトルの壁面など、外観をサーフェスで先に形作っておき、最適な壁厚を簡単に適用できる点が魅力です。複雑な曲線形状に対して凹凸を保ったまま厚さを加えることも可能で、実務における時短にもつながります。

画像引用: Dassault Systèmes. 「SOLIDWORKSヘルプ厚くする(thicken)」

https://help.solidworks.com/2023/english/SolidWorks/sldworks/t_thicken_feature.htm

面の置き換え

面の置き換え機能は、既存のソリッド面を新たに作成したサーフェスに置き換える操作を指します。CAD 面の置き換えによって、ソリッドの一部だけを大きく形状変更したい場合や、現状の表面を別の曲面で差し替えたいときに非常に便利です。

例えば家電のボディの一部をデザイン変更する際に、その部分だけをサーフェスで新たに作り、その面でソリッドを置き換えることで、周囲の面を延長やトリムで自動的に再調整できます。これにより、元の部品構造を大幅に変えずに外観だけを素早く修正できるので、効率的かつ正確な3D モデル表現が可能になります。

4. 実践！サーフェスモデリングのプロジェクト例

続いて、実際にどのような場面でサーフェスモデリングが効果を発揮するのか、具体的なプロジェクト例から学んでみましょう。ここでは、複雑な曲面を持つ自動車のボディデザインから、日用品やインテリアのフォルム創造まで幅広く取り上げています。こうした応用事例を参考にすると、サーフェスモデリングの強みを明確に理解できるはずです。

1つ目の例として挙げる自動車ボディの設計では、ソリッドモデリングだけで形状を整えると多くのフィレットやカーブを手で一つひとつ追加する手間がかかりがちですが、サーフェスモデリングを用いることで大きな面を滑らかに作り出し、後から細部を切り分けたりトリムしたりするほうが合理的です。2つ目の例となるインテリア製品では、たとえば曲線的な椅子や照明器具などを想定すると、ソリッドベースでは再現が難しい優美なフォルムをサーフェスが実現しやすいことがわかります。

これらを実際の設計プロセスに落とし込むと、デザイン案が途中で変わった場合でも面単位で編集しやすいメリットがあります。設計者が「このRをもう少し滑らかにしたい」と感じた時に、ワイヤーフレームに近いイメージでスケッチを修正し、そのまま面を広げたり、新しい面を付け足すことも比較的簡単に行えます。その後、最終的にCAD ソリッド化や必要な寸法調整を行うだけで、量産可能な状態へとスムーズに仕上げられるのです。

4.1. 自動車のボディデザイン

自動車のボディは典型的なサーフェスモデリングの応用事例といえます。曲面が連続する外形をソリッドモデリングのみで仕上げようとすると、多数のスイープやフィレット、複雑なカットが必要になりますが、サーフェスなら大きなパネルを一色塗りするように作り、トリムサーフェスやオフセットサーフェスを駆使して各所のラインを調整するほうが自然な形状を得やすいです。

さらに、後から細かいパーツの付け根部分をニットサーフェスでまとめたり、ドア部分の存在しない空間を厚みづけでくりぬいたりすることも容易です。このように、車体の美しさと実用性を両立するには、円滑なハイブリッドモデリングが欠かせません。

4.2. 複雑な曲面のインテリア製品

インテリア製品の中には、張りのある曲線や有機的なフォルムを取り入れることで、空間を演出する意味合いを持つものが少なくありません。たとえば独特なカーブをもつ照明カバーやアームチェア、流線型の花瓶などを想像すると、サーフェスモデリングの強みがよく分かります。

こういった製品をまったくのソリッドベースで設計すると、必要以上にスケッチやフィレット処理を多用しなければならず、形状を微調整したいときに操作が煩雑になりがちです。しかしサーフェスで面の大枠を形作っておけば、CAD チュートリアルにあるように、トリムや曲線制御を細かく行いながら意匠性を追求することができます。しかも、最終的には編み合わせを経てスピーディーにソリッド化へ移行できるため、デザインと構造の両立がしやすくなるでしょう。

5. 練習方法と学習リソース

サーフェスモデリングの習得には、まずいくつかの簡単な練習モデルを実際に作り、面の生成やトリムの操作に慣れることが肝心です。小さな部品でもいいので、自分で曲線を描いてスイープやロフトを試みるなど、まずは感覚を掴むところから始めましょう。特に学習初期では、いきなり複雑な車体に挑むよりも、簡単な円筒やコップ形状などから練習をスタートするほうが得策です。

練習をする際には、実際に設計したいアイテムの写真やイラストを下絵に取り込んでサーフェス操作を試すやり方も効果的です。こうした工程を繰り返すうちに、CAD 面の置き換えやトリムサーフェスなどの基本操作が自然と身につきます。その後、本格的に応用力を養うためにセミナーやオンラインのCAD 教材、CAD オンラインコースなどを利用する流れが一般的といえるでしょう。

また、複雑なモデルを作る際にはソリッドとの連携を意識すると学習効果が上がります。たとえばある程度ソリッドパーツで形を作り込み、補助面としてサーフェスを利用する手法を試してみると、CAD ハイブリッドモデリングがいかに有用かを実感できます。実務でも、単一の手法では対処が難しいケースが多々あるため、柔軟な発想でソリッドとサーフェスを組み合わせてください。

5.1. サーフェスモデリングの練習方法

まずは基礎的な形を作ってみるのがおすすめです。円筒や箱形状から面をトリムして、独自の曲線部分を追加するだけでもずいぶんと勉強になります。また、スイープやロフトで簡単な曲面を生成し、CAD トリムサーフェス機能で好きな形を切り取る練習も効果的です。そうしたメッシュ状の形状を完成させたのちに、CAD 厚み付けで試験的にソリッド化してみると、どんな形状変化が起こるのかが把握しやすくなります。

練習を重ねる中で意識したいのは、キーポイントとなる線や面の連続性をどのように確保するかです。気になる箇所があれば、ロフトやニットサーフェス、場合によってはワイヤーフレーム的なスケッチや基準面を増やすなど、さまざまなアプローチで面を統合・編集してみてください。こうした反復作業を通じて、実際の製品設計にも応用できるスキルが養われます。

5.2. さらなる学習リソース

ある程度基本が身についてきたら、体系的に学べる資料や動画教材を活用して、細部まで理解を深めるのがおすすめです。ネット上にはたくさんのCAD チュートリアル動画があり、特にSolidworksに特化したものも豊富に存在します。自分の学びたい機能がある動画をピンポイントで探し、操作手順を繰り返して体得すると効果的です。

ただし、情報が断片的になるとモデリング手順を見失いやすくなるため、一貫したカリキュラムのある教材や有償の講座を選択するのも一つの方法です。そうすることで基礎から応用まで段階を踏んで習得でき、実務での活用力も大幅に上がります。以下のように2種類の学習リソースを併せて活用してみてください。

Solidworks公式YouTubeチュートリアル

公式チュートリアルは、短い時間で要点をおさえる動画がまとめられており、操作画面とナレーションによって実践的なスキルを得やすい学習資料です。特定の機能だけ習得したいときや、疑問点が浮かんだときに素早く解決のヒントを得られるメリットがあります。最初のうちはこのような短い解説で概要を把握し、必要に応じて各機能を重点的に練習するという方法が効率的です。

短い事例ベースの動画が多いため、集中して反復練習をしたい方には特に有用といえます。ただし各機能の関連性を総合的に学ぶには要点を整理することが大切になるので、ノートやメモを取りつつ視聴するのがおすすめです。

有限会社テクノＤ＆Ｓ有償動画教材

より深くSolidworksのサーフェスモデリングを学びたい方は、有償動画教材を検討してみるのも一手です。カリキュラムとして設計されているため、初心者からステップアップしやすく、CAD モデリング技術を体系的に身につけられる利点があります。特にサンプルデータや練習問題が多く含まれる教材であれば、実際に手を動かしながら段階的に理解を促進できます。

また、企業が研修用に導入しているケースもあるように、実務で必要なノウハウをしっかり押さえた構成になっている点が魅力です。例えばマウンテンバイクやリモコン上ケースなどの具体的なモデルを題材に、ハイブリッドモデリングの流れを順序立てて確認できます。もし独学で途中で挫折してしまう不安を抱えているなら、そのような体系的な教材は効率的かつモチベーションを持続させやすい学習ルートとなるでしょう。

<参考>有限会社テクノD&S「動画で学ぶ SolidWorks サーフェスモデリング編」

https://technods.co.jp/onlineshop3.html

6. まとめ

ここまで、サーフェスモデリングの基礎から応用、そしてSolidworks特有の豊富なサーフェス機能の使い方までを解説してきました。サーフェスモデリングは、ワイヤーフレームに面を貼って自由な曲面形状を作り込み、最終的に厚みづけや面の置き換えなどを経由してソリッド化するという流れが特徴です。多彩なツールを組み合わせることで、普段のソリッドモデリングだけでは難しい滑らかなフォルムを実現できる点が最大のメリットといえます。

本記事で紹介したオフセットサーフェスやトリムサーフェス、ニットサーフェスなどの機能を活用すれば、複雑な形状を効率的かつ精密に仕上げられます。さらに、学習を継続しながらCAD 教材やCAD オンラインコースなどを取り入れることで、基礎から段階的に理解を深めることが可能です。かつ、最終的にはソリッドとの併用というハイブリッドモデリングが成熟したスキルとして身に付き、さまざまな業界で活躍の場が広がるでしょう。

実務やプロジェクトでの成功には、サーフェス技術の習得が欠かせません。例えば自動車ボディのような大型の曲面設計から、インテリアや家電といった身近な製品の意匠部品にいたるまで、多種多様な領域でサーフェスモデリングのニーズが高まっています。今回ご紹介したステップとリソースを活用して、ぜひ3D CADの幅広い活用シーンに対応できるスキルを磨いてみてください。