複雑な鋳物を迅速に製造する方法

急速製造中国 急速に発展してきました。多くの中小企業は長年、付加価値の低い単純な鋳物の製造に依存してきましたが、技術的難易度の高い複雑な鋳物の製造には不安を感じています。なぜなら、複雑な鋳物、特に複雑な形状で少量のバッチで生産される薄肉の鋳物では、鋳造が常に問題となるからです。

さらに、顧客の短サイクル化と低コスト化への要求が高く、伝統的な職人技では対応が困難になっています。ラピッドマニュファクチャリングの出現と発展は、上記の問題を解決する有望な方法を提供するため、この高度な技術を鋳造業界に役立つように活用する必要があります。

高速製造技術は、コンピューター支援設計、精密機械、CNC レーザー技術、材料科学を統合した新興技術です。ソフトウェアの離散化と材料の蓄積の原理を使用して、設計されたオブジェクトの CAD モデルを物理サンプルに変換します。RP技術は、3次元形状を2次元平面に変換し積層造形する原理を利用しているため、任意の複雑な部品に対応でき、部品が複雑であればあるほどその優位性が発揮されます。

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現在、さまざまな 迅速な製造 メソッド 国内外で研究されてきました。より成熟していて実用的なものは、主に LOM、SLA、SLS、FDM、および 3DP です。これらのテクノロジーにはそれぞれ長所と短所があります。具体的な原理と特徴は次のとおりです。

1. ステレオリソグラフィー (SLA):

SLAは、紫外線レーザーを使用して感光性樹脂を走査し、レーザーの作用下で感光性樹脂を一層ずつ硬化させることによって形成されます。SLA プロトタイプは、鋳造における木型やインベストメント鋳造におけるワックス型を置き換えることができます。

SLA テクノロジーは成形速度が速く、精度が高いです。SLAに使用されている樹脂は熱硬化性の感光性樹脂であるため、加熱では失われず、燃焼によってのみ失われます。したがって、インベストメント鋳造では焼成プロセスに比較的時間がかかり、プロトタイプを中空構造にするのが最適です。SLAプロトタイプは水に弱く、湿気の多い環境で長時間使用すると湿気を吸収し変形しやすくなりますので、湿気にはご注意ください。SLAは設備費や運転費が比較的高く、薄肉微細形状の精密鋳造モデルの製造に適しています。

2. 階層化エンティティ製造 (LOM):

LOMプロセスは、部品を積層することによって得られる輪郭情報に従って、薄い材料をレーザーカットすることによって層ごとに積み重ねられる3次元のエンティティです。LOM の主な特徴は、設備や材料の価格が低く、運用コストが低いことです。試作品を加工した後、強度が高く、精度が高く、変形がありません。鋳造における複雑な木型を置き換えることができ、特に中小規模の鋳物工場での単体または少量生産に適しています。

3. 選択的レーザー焼結 (SLS):

原理は、コンピューターの制御下でレーザー光線が粉末を走査し、粉末の一部が溶けて結合して形成された実体を走査するというものです。SLS技術の最大の特徴は、幅広い成形材料にあります。プラスチック、セラミック、金属、ワックス粉末、腹膜砂およびそれらの複合材料はすべて、対応する機能部品、金属部品、ワックス型および砂型（コア）を準備するためのSLSの成形材料として使用できるため、応用性が高いです。SLS は現在、中国でインベストメント鋳造用のワックス型を製造するために最も広く使用されている方法です。比較的低コストであるだけでなく、精度が高く、表面品質が良く、サポートが不要です。非常に複雑な形状のワックス型を製造し、複雑な鋳物を製造することができます。

4. ヒューズデポジション (FDM):

ヒューズ蒸着では、材料を液化し、ノズルを通して層ごとに蒸着して部品を形成します。成形材料にはプラスチックフィラメントやワックスフィラメントなどがあり、プラスチックの原型やワックスの型を用意します。高価なレーザーを使用しないため設備が安価で、材料を完全に溶かすため強度が高い。しかし、成形速度が遅く、部品の精度が悪く、表面品質が悪く、口金のノズルが鋳造されやすく、詰まりやすい。

5. 3次元印刷（3DP）：

3D プリントの動作原理はインクジェット プリンタの動作原理と似ています。この技術の材料としては、セラミックス、金属・有機複合材料などが挙げられます。この技術は低コストで成形速度が速く、精度も高いですが、部品の表面が粗く、強度が高くなく、印刷ノズルの詰まりが発生しやすいです。鋳造においては、試作品の検証・製作や石膏型の製作に適しています。

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1. インベストメント鋳造:

SLS ラピッドプロトタイピングで得られたワックスモデルは、金属部品を得るインベストメント鋳造に直接使用できます。この種のラピッドプロトタイピングプロセスでは、倣い加工を行う必要がなく、ブランクの生産サイクルを大幅に短縮し、小ロット生産を実現できます。

SLS は、ワックス金型を速く、比較的安価に、表面品質が高いだけでなく、使用されるワックスの特性も一般の鋳造における高温ワックスまたは中温ワックスと同様です。これは、現在のインベストメント鋳造における焼成プロセスを少し変更することで実現できます。SLSワックス素材のローストをリリース。SLS ワックスモールドはインベストメント鋳造に広く使用されています。大型の複雑な鋳物だけでなく、小型の精密鋳物も鋳造するのに使用できます。特に、それらは従来の低融点ワックスモジュールと溶接して複合ワックスモールドを形成することができ、すなわち、通常のワックス材料で成形することができる。鋳造の単純な部分は作成され、複雑な部分はSLSで作成されるため、生産効率が大幅に向上し、ワックスモールドの作成コストが削減されます。

SLA工法で作られた樹脂部品はインベストメント鋳造にも使用できます。SLA樹脂部品は強度が高く、表面品位が良好なため、非常に微細な小型鋳物の鋳造に使用できます。しかし、焼成工程が複雑で、燃えやすいSLA特殊樹脂を使用する必要があるため、試作部品の製造コストも高くなり、中国ではSLS工法ほど普及していない。FDM もワックスを押し出すことができますが、FDM の成形速度は遅く、表面品質は高くないため、この分野での用途はあまりありません。

2. 石膏系、セラミック系精密鋳造：

石膏およびセラミック鋳物には、高精度と低い表面粗さ値という利点があります。ラピッド プロトタイピングを使用してセラミックまたは石膏の鋳型を取得するには、さまざまな方法があります。

(1) LOM、SLA、SLS、3DP で作成した試作品をマスター型として、直接陶磁器や石膏の型を作ります。形状が複雑で製図が難しい部品の場合は、まずシリコンゴムの型を作ります。この工法は低コストで少量生産が可能なのが特徴ですが、複雑な形状の部品や絞り加工ができない部品にはこの工法は不向きです。

(2) インベストメント鋳造法と同様に、SLS、SLA、3DP、または FDM を使用してワックス型を作成し、溶解または焼き切りします。

3.砂型鋳造：

従来の砂型鋳造では、まず木型の製作が必要ですが、手作業で木型を作る方法では、技術、生産サイクル、精度、材質などの要件を十分に満たすことが難しい場合が多くありました。ラピッドプロトタイピングにより得られたLOMモデルは、木型の代わりに鋳物生産に直接使用できます。特殊な処理により、紙型は広葉樹と同じくらい硬く、表面は滑らかで、砂型鋳造に適しています。200℃以下で動作し、50～200個の砂型を再現できます。

その利点は、低コスト、製造速度の速さ、高度な木型成形機やそれに対応する木工機械を必要とせずに短時間で高精度のパターンを製造できることであり、その利点は特に複雑な形状の大中型鋳物で顕著です。エンジンブロック、シリンダーヘッド、吸気（排気）エアパイプ、シャーシ・トランスミッションクラッチハウジング等をこの方法で製造できます。

木型を紙型や樹脂型に置き換えることで、金型ブランクの製造サイクルとコストが大幅に短縮され、精度の向上により加工代や加工費も削減できます。SLS 焼結コーティング砂は、鋳造用の砂型（中子）を直接成形するために使用できます。この方法は、特に複雑な内部キャビティ ランナーを備えた鋳造品の場合、経済的かつ高速であり、他の方法にはない利点があります。