鋳造では、まず金属部品の外形と内部形状をつくるための空洞を用意します。その後に注湯、冷却、型ばらし、仕上げを行います。従来の造型には、木型や金型、中子型に加え、造型・組立に熟練した作業者が必要になることが一般的です。形状が複雑な場合、数量が少ない場合、設計変更が続く場合には、型の製作が納期の中で最も短縮しにくい工程になりがちです。
砂型3Dプリントが変えるのは砂型や中子の製作方法であり、金属を溶かす工程そのものではありません。バインダージェッティング方式では、3Dデータに基づいて鋳物砂を薄く敷き、必要な部分にバインダーを噴射して砂型や中子を積層造形します。用途に応じた塗型、乾燥、中子の組立、注湯、清掃、検査は引き続き必要です。一方、実体模型や一部の中子型を製作する工程は省略できる場合があります。
プロセスを評価している場合は、砂型と中子の適用ガイドから始めて、完全な鋳造ワークフローの中で印刷がどの部分に適合するかを確認してください。
サンド 3D プリンターは実際に何を印刷しますか?
通常、サンド 3D プリンターでは最終的な金属コンポーネントは作成されません。溶融金属を含む砂型と、内部の空洞を作成する砂中子を印刷します。印刷後、結合していない緩んだ砂を除去する必要があります。砂、結合剤、合金、鋳造プロセスによっては、型や中子を閉じて流し込む前に、硬化、コーティング、乾燥、または組み立てが必要な場合もあります。
一般的なデジタル ワークフローには次のものが含まれます。
- 鋳造収縮と加工代を考慮した寸法を設定し、鋳物モデルに合わせて湯道・堰、押湯、ガス抜き、中子の幅木を設計します。
- 金型または中子 データを確認して分割し、プリンターのビルド ボリュームにパーツをネストします。
- 鋳物砂を層ごとに広げ、スライスデータに従ってジェットバインダーを塗布します。
- 印刷されたパーツを取り外し、緩んだ砂を取り除き、必要な硬化またはコーティングを完了します。
- 重要な寸法、表面の完全性、取り扱い強度を検査します。
- 中子を組み付けるか型を閉じて合金を注湯し、その後、型ばらし、清掃、熱処理、機械加工を行います。
工具を排除することは、鋳造エンジニアリングを排除することを意味するものではありません。短縮されるのは、承認されたデジタル設計から流し込み準備完了の砂型までのパスです。
複雑なジオメトリと高速な反復に適している理由
従来の中子製作では、中子型の開閉方法、抜き方向、抜き勾配、組立スペースが形状上の制約になります。曲がりくねった流路、閉じた空洞、複雑に交差する形状は、複数の中子に分割し、接着剤や位置決め形状を使って組み立てる必要があります。部品が増えるほど組立作業が増え、寸法誤差も積み重なりやすくなります。
中子を直接プリントすれば、型を製作するためだけに設けていた分割面や抜き勾配を見直せます。複数の中子をより少ない造形部品へ統合し、ガス抜き、位置決め、注湯を補助する形状をデジタルモデルに組み込むことも可能です。設計変更は主にデータ上で行うため、変更のたびに中子型をつくり直す必要がありません。
この機能は、以下の場合に特に役立ちます。
- 新製品のプロトタイプとエンジニアリングの検証。
- 複雑な内部流路、湾曲した通路、または困難なマルチ中子アセンブリを備えた鋳物。
- 一回限りの少量のスペアパーツの注文。
- ツールが欠落しているが、図面またはスキャンから形状を再構築できる従来のコンポーネント。そして
- ハードツールを正当化する前に、設計を数回繰り返す必要があるプロジェクト。
この設計の機会について詳しくは、複雑な砂中子を統合し、組み立てを削減するためのガイドをお読みください。
リードタイムとコストの増加率は一定ではありません
自動車、ポンプ、バルブ、重機のプロジェクトは、工具コストを削減し、開発を短縮するためのデジタル金型の可能性を実証しています。実際の節約額は、金型のサイズ、ビルドボックスの利用状況、材料システム、後処理、輸送距離、スクラップ率、従来の工具の再利用回数によって異なります。
より信頼性の高い評価では、同じターゲット パーツの 2 つの完全なルートを比較します。
- 従来のルート: パターンと中子型の設計、製造、試用、修正、保管、メンテナンス。
- 印刷ルート: データの準備、機械時間、砂と結合剤、脱粉と硬化、コーティング、取り扱い、品質検証。
印刷されたルートは、数量が少ない場合、ジオメトリが複雑な場合、または変更が頻繁に行われる場合に、事前のツールの使用を回避できるため、価値が高くなります。安定した需要と成熟した再利用可能な工具を備えた単純な部品の場合、従来の成形の方が依然として経済的である可能性があります。サンド 3D プリンティングは、確立されたすべてのプロセスの普遍的な代替品としてではなく、鋳造ツールボックスの別の機能として扱うのが最適です。
実際の比較を行うには、3D プリントのコスト、リードタイム、ROI を検討するためのガイドをご覧ください。
プリンターは機能の一部にすぎません
繰り返し可能な金型の生産には、機械、材料、環境、品質システムが連携して機能する必要があります。砂の粒子のサイズと形状は、再コーティング、浸透性、および表面仕上げに影響します。結合剤の添加量は、凝固した鋳物からの強度、ガスの発生、および砂の除去に影響します。周囲の温度と湿度、プリントヘッドの状態、硬化方法もバッチ間の一貫性に影響を与える可能性があります。
印刷されたモールドおよび中子に関する米国鋳造協会のガイダンスも同様に、デジタル ファイル、印刷パラメータ、砂の特性、印刷部品の性能、取り扱い、保管および再認定条件を管理要素として扱います。プリンターはデジタルモデルを砂のパーツに変えることができますが、再現可能な鋳物は依然として検証されたエンドツーエンドのプロセスから生まれます。
Cprint 3D SJ-1200 サンド 3D プリント システム は、工業用金型と中子の製造用に設計されています。一般的なプロセスの説明を固定された機械仕様として扱うのではなく、ターゲットの鋳物、砂システム、および能力要件に照らして現在の構成を評価します。
プロジェクトの迅速なレビューに役立つ情報は何ですか?
印刷可能性、ネスティング、および下流のキャスティングのリスクを評価するには、以下を準備します。
- 鋳造および提案されたモールドまたは中子の 3D ファイル。
- 合金、注入温度、目標鋳造重量、および全体の寸法。
- 重要な公差、加工基準、表面および検査要件。
- 計画数量、納入頻度、および予想される設計変更の数。
- 現在の成形ルート、金型コスト、リードタイム、重大な欠陥。そして
- 利用可能な砂、バインダー、コーティング、および現場の後処理条件。
情報が完全であればあるほど、「これは印刷できますか?」からの移行が容易になります。 「どうすれば安定してキャストできるのか、経済的にはうまくいくのか？」特定のコンポーネントについて従来のツールとデジタル金型を比較するには、プロセス レビューのためにプロジェクト ファイルを送信してください。
報告された効率とコストの結果
公開されている業界の例は、潜在的な価値を示しています。あるドイツの自動車メーカーは、エンジン ブロックの中子 ツールの開発を約 4 週間から 5 日に短縮し、生産効率を約 80% 向上させたと報告されています。別の自動車サプライヤーは、エンジン ブロック サイクルを 28 日から 7 日に短縮し、合格率を 40% 向上させました。
航空宇宙分野では、NASA は積層造形を利用して、従来では実現が困難であった複雑な冷却通路を備えたロケット エンジン コンポーネントを製造しました。あるポンプとバルブのメーカーは、工具コストが 60% 削減され、年間の生産コスト削減額が 200 万人民元を超えたと報告しました。中国の重機メーカーは、大型鋳造品の金型コストを 150,000 人民元から 60,000 人民元に削減し、リードタイムを 45 日から 10 日に削減したと報告しました。
これらの例には、さまざまな会社、コンポーネント、会計方法が含まれます。結果は、サイズ、量、材料、鋳造ワークフローによって変わります。これらを総合すると、ハードツールの準備を排除し、デジタル ファイルを迅速に改訂し、複雑な中子を作成することで、より広範なビジネス価値を生み出すことができることがわかります。
よくある質問
3D プリントは主に金属鋳造にどのような用途に使用されますか?
主に砂型や中子を直接製造するために使用されますが、選択した金型を迅速に製造することもできます。印刷された砂は、外側の空洞または内部の通路を画定します。最終的な金属鋳造には、依然として溶解、注入、冷却、凝固した鋳物からの砂の除去、および検査が必要です。
プリントサンドモールドとプリント中子の違いは何ですか?
通常、鋳型は鋳物の外形を形成し、中子は穴と内部通路を作成します。どちらも同じデジタル ワークフローで設計および印刷できますが、強度、通気、位置決め、コーティング、クリーニングの要件が異なる場合があります。
サンド 3D プリントが従来のツールよりも適しているのはどのような場合ですか?
多くの場合、1 回限りの作業や少量の作業、複雑な形状、緊急納品、反復的な設計、ツールが不足している従来の部品などに魅力的です。長期間にわたって大量に生産される単純な部品は、再利用可能な従来の工具の償却コストと比較する必要があります。
サンド 3D プリンターで最終的な金属部品を製造できますか?
いいえ、完成した金属部品ではなく、砂型または中子を作成します。印刷後も、型の組み立て、注入、凝固した鋳物からの砂の除去、熱処理、機械加工が必要な場合があります。
サンドプリンティングプロジェクトの評価には何を提供すればよいですか?
少なくとも、3D データ、鋳造合金、数量、重要な寸法、納期要件、および現在のプロセスの問題を提供してください。溶融金属ランナー システムのコンセプト、砂システム、欠陥履歴、検査基準により、技術レビューがより正確になります。