『強国智造』はこのほど佛山のCprint 3Dを訪れ、ワックスジェットの壁を越える『破蜡突围』と、砂から形を生み出す『聚沙成器』の2本を制作しました。ワックスジェットと砂型3Dプリントにおける約10年の開発の歩みを追います。
高品質なワックスパターンから、一層ずつ造形される砂型・中子まで、2本の番組が見つめるのは先端製造の基礎にある問いです。重要設備、専用材料、ソフトウェア制御、生産プロセスを自ら掌握し、現場で安定して使えるものにするには何が必要なのでしょうか。
ワックスパターン工程から精密鋳造のボトルネックを突破
ロストワックス鋳造では、ワックスパターンが後工程の空洞形状の基礎を決めます。その精度と安定性は、タービンブレード、ロボット部品、高度医療機器などの精密鋳造品に影響します。中国のメーカーは長年、高性能ワックスジェット装置、専用ワックス、主要部品を輸入に頼り、高価格、長い納期、供給停止のリスクに直面してきました。
楊文焱は2016年にワックスジェット3Dプリントの研究を開始しました。初期の2回の開発が中断した後、2021年に研究開発体制を立て直し、2022年には国産第1世代装置を実用化しました。実際の使用ではノズル詰まり、材料の安定性、連続運転の課題が表面化し、目標は「装置を作る」ことから「生産信頼性を確立する」ことへ移りました。
専用ワックスから第2世代装置まで、技術体系を完成へ
番組予告によると、開発チームは2023年の春節期間も材料配合と実機試験を続け、その過程で約50トンの不合格ワックスが発生しました。原因を繰り返し調べ、ポリマー析出によるノズル詰まりを解消するとともに、ジェット用専用ワックスの中核配合を確立しました。
同年後半には海外サプライヤーが主要プリントヘッドの供給を一時停止しました。供給再開後も品質とアフターサービスのリスクが残ったため、Cprint 3Dは複数ヘッド・複数ワックス・多チャンネル供給を備えた第2世代プラットフォームを開発し、検査装置、スライスソフト、制御システムも内製しました。番組資料では温度制御±1℃、ワックス吐出誤差2マイクロメートル以内とされています。成果は1台の装置ではなく、設備・材料・ソフト・検査・工程の連携です。
ワックスから砂へ：鋳造用金型のリードタイムを短縮
従来の砂型鋳造は模型と中子箱に依存します。設計から加工、完成まで数週間から数か月を要し、設計変更で作り直しになることもあります。砂型3Dプリントは準備済みのデジタルデータから砂型と中子を直接造形し、従来型への依存を減らします。新製品開発、複雑な内部流路、小ロット生産に柔軟な選択肢を提供します。
一方で、装置価格、専用砂、継続的な運用コストが普及を妨げてきました。楊とチームは2015年に砂型3Dプリントの開発を始め、より多くの中小鋳造企業が導入・活用できるコストと使いやすさを目標に掲げました。
一般砂への対応と再生利用で導入障壁を下げる
高流動性の専用砂だけに頼るのではなく、チームは幅広い砂に対応する方針を選びました。ベルト搬送式の精密制御システムにより、流動性の低い一般砂も安定して供給し、計量、敷砂、造形安定性を調整することで、高価な専用材料への依存を減らします。
さらに鋳造後の使用済み砂にも取り組みました。鉱物の焼成技術を応用し、高温処理と機械洗浄を組み合わせた小型電気加熱式回転炉を開発。使用済み砂を再び造形に使える状態へ戻します。一般砂への対応と再生砂の循環利用により、日常の材料消費と運用コストをさらに抑えます。
砂型3Dプリンターが製造するのは砂型と中子であり、その後には型組み、注湯、品質検査が必要です。鋳造工程全体を置き換えるのではなく、金型への依存が大きく時間のかかる前工程を、デジタルデータから直接製造する工程へ変えることに価値があります。
ワックスから砂まで、突破したのは1台の装置だけではない
ワックスジェットはロストワックス鋳造用のデジタルパターンを作り、砂型3Dプリントは砂型と中子の製造をデジタル化します。工程は異なりますが、産業上の課題は共通しています。装置は安定稼働するか、材料を継続調達できるか、ソフトと制御を自ら進化させられるか、総コストは実生産に見合うか。Cprint 3Dの約10年の取り組みは、国産化が装置1台の模倣ではなく、材料、ソフト、検査、制御、資源循環を含むシステム全体の構築であることを示しています。
『強国智造』の2本は2026年10月10日にChina New FilmのOld Stories Channelで初回放送され、CCTV Mobile TVでも同時配信されます。10月11日には再放送が予定されています。