3Dプリントはどのように金属鋳造に利益をもたらすことができますか？ここに3つの方法があります

金属鋳造は、金属部品の作成に使用される最も古い製造方法の1つですが、3D印​​刷の恩恵を受けることができるもう1つの分野でもあります。

金型、コア、パターンなどの工具補助器具の製造には高いコストがかかるため、3D印刷は、金属鋳造プロセス用の従来の工具製造に代わる価値のある代替手段であることがすでに証明されています。そのため、ファウンドリは競争力を維持する手段として、ワークフローに3Dプリントを採用することが増えています。

既存の制限の克服

鋳造所はいくつかの金属鋳造プロセスに依存しており、ダイカスト、砂型鋳造、インベストメント鋳造が最も一般的に使用されています。ただし、金属鋳造は定評のある製造方法ですが、次のような特定の制限があります。

• 高コスト： 鋳造ツールの作成には、非常に費用がかかる場合があります。これは、中小規模の生産工程では、高い工具費を簡単に償却できないことが多いことを意味します。

• 労働集約的： ツールは通常手動で製造されるため、労働集約的なプロセスでは、最大数か月の長いリードタイムが発生する可能性があります。

これらの課題を克服し、競争力を維持するために、ファウンドリは、3D印刷が活躍する金属鋳造用の工具を製造する革新的な方法を探す必要があります。

3Dプリントがファウンドリやパターン作成会社にどのように役立つか

3D印刷は、従来のファウンドリ手法の終了を示すものではありませんが、このテクノロジーは、パターン、コア、モールドの作成というコストと時間のかかる側面を回避するのに役立ち、低コストでより高い柔軟性と費用効果を実現します。ボリューム、非常に複雑な鋳造およびプロトタイプ。

3Dプリントを従来の鋳造プロセスに統合する方法の例をいくつか示します。

＃13Dプリントされたダイを作成する

19世紀にさかのぼるダイカストとは、溶融金属を高圧下で金型キャビティに注入して金属部品を製造するプロセスのことです。

ダイカストの重要な課題の1つは、ダイの過熱を防ぎ、鋳造の凝固プロセスを制御するために使用される冷却チャネルの設計です。

従来の製造方法では、これらのチャネルは通常直線で加工されるため、冷却プロセスが遅くなり、不均一になります。その結果、工具が変形し、寿命が大幅に短くなります。さらに、部分的に不十分な熱放散は、製造された製品の長い冷却時間につながります。

ただし、これらの制限は3D印刷には適用されません。 DMLSやSLMなどの金属3D印刷技術を使用すると、工具メーカーはあらゆる複雑さの冷却チャネルをダイの設計に統合できます。

したがって、ダイカスト用の3D印刷には、次のような多くの利点があります。

• デザインの柔軟性（例：複雑な形状、内部構造、空洞
• より速く、より均一な冷却プロセス
• ツールの寿命の延長
• パフォーマンスの向上

＃2インベストメント鋳造パターンの3D印刷を検討する

インベストメント鋳造では、消耗品のワックスパターンとセラミックシェルを使用して、複雑で詳細な部品設計を作成します。伝統的に、これらのパターンは射出成形されます。ただし、射出成形金型のコストは3,000ドルから30,00ドルの範囲で、リードタイムは1週間から4週間です。これにより、少量生産や一回限りの製品では、金型の作成が経済的に実行不可能になります。

このため、鋳造およびパターン製造会社は、インベストメント鋳造に適した材料でパターンを3Dプリントすることを選択できます。たとえば、ステレオリソグラフィーを使用して、樹脂の薄層を硬化するUVレーザーを使用してパターンを作成できます。

インベストメント鋳造に3D印刷を使用すると、次のことが可能になります。

• リードタイムを数週間から数日に短縮
• 高い工具費を削減
• 非常に複雑なパターンを作成する際に、デザイナーに自由度を与えます

多くの3Dプリンターメーカーは、PLAとABSに基づいて、ワックス、キャスタブル樹脂、一部の熱可塑性プラスチックなど、キャスティング専用の3D印刷可能材料を開発しています。

これらの材料は通常、ステレオリソグラフィー（樹脂）およびFDM（プラスチック）技術で使用され、優れたバーンアウト特性を備えた高精度のパターンを作成します。

＃33Dプリントの砂型とコア

砂型鋳造は、3Dプリントによって変換されるもう1つの金属成形技術です。

通常、砂型鋳造プロセスでは、砂を型として使用して溶融金属からオブジェクトを作成します。金型キャビティは、デザインパターンの周りに砂を手作業で詰めることによって作成されます。鋳造設計では、多くの場合、鋳造の内部輪郭を作成するためにコアを金型に配置する必要があります。

3D印刷は、CADファイルから直接砂型とコアを作成し、パターンとコアの作成手順をバイパスすることで、このプロセスを簡素化できます。

インベストメント鋳造用の3D印刷パターンと同様に、砂型とコアの3D印刷は、ツールを使用しない自動化されたプロセスです。これは、金属鋳造の価格を押し上げる工具と人件費が排除されることを意味します。

砂型とコアは通常、バインダージェット技術を使用して3D印刷されます。この技術は、砂を接着するためにバインダー剤を選択的に堆積させることで機能します。

このように、3D印刷は、少量生産のための迅速かつ効率的な方法を提供します。現在、砂の3D印刷用のバインダー噴射システムは、最大4,000 x 2,000 x 1,000 mmの大量に到達でき、大規模な砂のコアと型を生成します。さらに、3D印刷された砂型鋳造金型は、金属鋳造の過酷な環境に耐えるのに十分な強度があります。

砂型とコアの3D印刷のその他の利点は、次のとおりです。

• 制作時間の短縮
• 幾何学的に複雑な鋳造物（パターンやコアボックスが必要）を作成するための設計の自由度が向上しました
• 複雑なマルチピースコア（ポンプのインペラーなど）を単一のボディとして印刷できるため、個別のコンポーネントを組み立てる必要がありません。

企業が金属鋳造に3D印刷をどのように使用しているか

ダイのような直接3D印刷の金属工具はまだ初期段階ですが、3D印​​刷されたインベストメント鋳造パターンと砂のコアと金型はすでに広く使用されており、より大きな牽引力を獲得しています。

インベストメント鋳造パターン

たとえば、3D印刷されたインベストメント鋳造パターンは、複雑なデザインとパーソナライズされた歯科製品を備えたカスタマイズされたジュエリーを作成するためにますます使用され、リードタイムが短くなっています。一例として、カスタマイズされた指輪を専門とするカナダの宝飾品会社Vowsmithは、3D Systemsのワックス3Dプリンターをワークフローに統合することで、製造時間と納期を50％短縮することができました。同社は1枚のプリントで、35〜40のパーソナライズされたリングパターンを作成し、キャストの準備を整えました。

砂型鋳造

砂型鋳造に関しては、鋳造部門でますます多くの企業が砂3Dプリンターを設置して、少量生産の実行のための工具の費用を節約し、より速いリードタイムを達成しています。たとえば、Hazleton Casting Companyは、従来の鋳造作業に加えて、ロボットによる砂の3D印刷システムを使用して、カスタムの幾何学的に複雑な砂のコアと金型をオンデマンドで製造しています。複雑なコア設計の場合、3D印刷により、工具の製造を控えることで最大50％のコスト削減が可能になります。

レガシーツール

今年の初め、パターン作成と砂型鋳造を専門とする鋳造所であるDanko Arlingtonは、大規模な砂3D印刷システムに投資しました。これは、主に、調達が困難で費用のかかる従来の工具を、砂のコアと型を直接3D印刷することで置き換えるために使用されました。

油圧バルブコア

もう1つの例は、複雑な油圧バルブコアを作成するという困難な作業に砂の3D印刷を選択した、米国を拠点とするProspectFoundryです。コアの複雑さが生産を禁止していた過去には、ファウンドリはこのような仕事を断らなければなりませんでした。しかし、3D印刷により、同社は注文を処理できるだけでなく、非常に低いスクラップ率を達成することができました。

3D印刷：金属鋳造の補完技術

3D印刷は鋳造プロセスに取って代わることができるという信念に反して、ダイカストからインベストメント鋳造、砂型鋳造に至るまで、既存の方法への強力な追加と見なす方が現実的です。利点は明らかです。コストを増加させる可能性のあるCNCフライス盤やその他の工具は必要ありません。

3D印刷は、非常に複雑で少量の鋳造作業に理想的であり、パターンおよび金型の製造における設計の自由度と費用対効果の向上を促進します。

そうは言っても、3D印刷はすべての鋳造工具の問題に対する答えではありませんが、以前は不可能だった困難な作業を実行できることに注意することが重要です。

3D印刷、特に金属3D印刷は急速な成長に直面しており、ファウンドリが3D印刷で近代化し続けることが重要です。これは、既存の方法の制限を克服し、絶えず変化する製造環境で競争力を維持するのに役立ちます。