3Dプリントで低コスト鋳造金属部品を実現

鋳造可能なFDM造形品を用いて、ロストワックス鋳造（インベストメントキャスティング）で低コストな金属部品を製造する方法を解説します。

3Dプリントで金属部品を製造する

DMLS（金属レーザー焼結）

DMLSは粉末床溶融技術の一つで、高い寸法精度で金属部品を製造します。3Dプリントの積層的性質により、非常に複雑な設計も実現可能です。DMLSが提供する設計自由度は、重量最適化と性能がクリティカルな自動車・航空宇宙業界で採用される理由となっています（商用機の運航コストは約1,000ユーロ/kgとされ、わずかな軽量化でも運用コスト大幅削減につながるため、複雑で軽量な部品製造によるコスト削減効果でDMLSの高い部品単価を正当化できます）。3Dプリントサービスプロバイダーの利用と自社金属3Dプリンター購入のコスト比較は常に推奨されます。

DMLSはアルミニウム、ステンレス鋼から、歯科・医療用の生体適合性チタン等のエキゾチック材料まで幅広い金属に対応。主な制約は、他の3Dプリント技術と比較して高コスト、小さな造形サイズ、長いリードタイムです。また、歪み・反り防止のためサポート材が必要で、造形後の除去でさらなるリードタイムとコスト増を招きます。

多数の金属製クラウンとブリッジコーピングを1回の造形で同時生産（Renishaw提供画像）

インベストメントキャスティング（ロストワックス鋳造）

インベストメントキャスティングプロセスは伝統的にワックスパターンを用いて鋳造用金型を作ります。ワックスは残留物なしで極めてクリーンに焼失するためです。以下の画像がプロセスを示しています。

少量インベストメントキャスティングでは、パターンをワックスブロックからCNC切削で伝統的に製作します。一方、大量生産ではダイを切削し、ワックスをダイで鋳造してパターンを作ります。ダイ製作は非常に高コストな投資で、完成まで2〜6週間かかることが多々あります。

現在、3Dプリントは様々なインベストメントキャスティング用途で鋳造可能材料からパターンを作るために常用されています。鋳造可能3Dプリントは歯科・ジュエリー業界で一般的で、通常SLA/DLPプロセスで製造されます。これは槽光重合技術で、極めて滑らかな表面と極微細ディテールを実現できます。SLAの主な制約はプリンター造形サイズ、または大型パターンでの高コストです。より大型の金属部品には、鋳造可能FDMがコスト効率良く迅速なソリューションを提供します。

小型複雑設計に最適なSLAインベストメントキャスティング。左がSLA造形の鋳造可能パターン、右が完成した鋳造リング（Formlabs提供画像）

より大型の金属部品には、鋳造可能FDMがコスト効率良く迅速なソリューションを提供します。

3Dプリント金型で少量射出成形を効率化 3Dプリントシミュレーションで品質と精度を飛躍的に向上

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