3Dプリント砂型鋳造：原理、プロセス、利点

3Dプリンティング砂型鋳造は、3Dプリンティング技術と伝統的な砂型鋳造プロセスを統合した革新的な鋳造方法である。本稿では、その原理、利点、プロセス、応用分野について、設計の自由度、生産サイクル、精度と品質、費用対効果、グリーンな環境保護における卓越した性能に焦点を当てて説明する。現代の工業生産において、複雑な部品の製造に革新をもたらすこの先進的な鋳造技術は、多くの産業にとって大きな意義がある。

理論

3Dプリント砂型鋳造は、デジタル3次元モデルに基づいている。まず、3Dプリント装置を用いて、模型の断面情報に従って特殊な砂素材（通常はバインダーなどを含む樹脂砂）を層ごとに積層し、砂型（上下の砂型、中子などを含む）をプリントアウトする。そして、砂型で形成された空洞に金属液を流し込み、金属液が冷却凝固した後、砂型を除去することで、所望の金属鋳物を得ることができる。

ワークフロー

1. 3Dモデリング鋳造モデルは、専門的な3Dモデリングソフトウェア（SolidWorks、UGなど）を使用して、パーティングサーフェス、抜き勾配、機械加工許容範囲などの鋳造プロセスの要件を考慮して設計され、モデルは3Dプリントに適したファイル形式（STL形式など）に変換されます。
2. 砂の印刷印刷材料（砂とバインダー）を3D印刷装置のサイロに投入し、コンピュータの制御のもと、ノズルが模型の断面データに応じてバインダーを砂層に選択的に噴射することで、砂粒子同士が結合し、層ごとに積み重なって砂パターンが形成される。印刷終了後、砂模型は余分な砂粒子の除去や弱い部分の補強など、適切な後処理が施される。
3. 鋳造の準備印刷された砂型を組み立て、鋳造装置に入れて鋳造用の金属液を準備する。同時に、原料の金属材料を溶融し、適切な鋳造温度と組成要件を達成するために処理します。
4. 鋳造と冷却処理した液体金属を砂型の空洞にゆっくりと流し込み、液体金属が空洞を完全に満たすようにする。鋳造後、液体金属は自然に冷却され凝固する。
5. 砂の洗浄と後処理鋳物が冷却された後、砂型は振動、サンドブラスト、切削などによって除去され、鋳物が得られます。その後、鋳物を洗浄、研磨、熱処理、機械加工などの後処理を行い、最終製品の品質要求を満たします。

最先端

1. 高い設計自由度

複雑な構造の成形能力このような内部の空洞、湾曲したチャネル、成形面や砂型の他の構造を持つなど、複雑な形状の製造における従来の砂型鋳造は、金型製造技術の限界によって、それは達成することは困難であるか、非常に高いコストです。3D印刷砂型は、デジタル3次元モデルに基づいて、簡単かつ正確に砂の様々な複雑な形状を印刷することができ、複雑な構造を持つ鋳物の生産のための可能性を提供します。例えば、航空機エンジンブレードの複雑な冷却チャネル、微細な内部構造を持つ自動車部品などは、3D印刷砂型鋳造によって実現することができる。

パーソナライゼーション3Dプリンティング砂型鋳造は、小ロットやカスタマイズされた要件の鋳物の製造のためのユニークな利点があります。これは、顧客固有の要件に基づいて、迅速に設計し、対応する砂をプリントアウトすることができ、異なる顧客の個々のニーズを満たすために、従来の金型製造のニーズを避けるために、金型を開くために、金型の修理やその他の面倒なプロセスを、大幅にカスタマイズされた製品の生産サイクルを短縮することができます。

2. 生産サイクルタイムの短縮::

金型製造工程の簡素化伝統的な砂型鋳造では、鋳型を製造する必要があり、鋳型の設計、製造、試運転には多くの時間と人手がかかります。そして、3D印刷砂型鋳造は、型を作る必要がなく、印刷用のデジタルモデルに基づいて直接、金型製造のリンクを排除し、大幅に全体の生産サイクルを短縮25。

迅速な反復と修正製品開発や設計の段階で、鋳物の設計を修正する必要があるとわかった場合、従来の砂型鋳造では鋳型を作り直す必要があり、コストと時間がかかる。3Dプリンターによる砂型鋳造では、コンピューター上でデジタルモデルを修正し、砂型を再印刷するだけでよいため、設計の反復と修正を迅速に実現でき、製品開発プロセスをスピードアップできる45。

3. 精度と品質の向上::

高い寸法精度3Dプリンティング技術は、砂型のサイズと形状を正確に制御することができ、鋳型の製造誤差、パーティング面のはめあいなどの問題による鋳物の寸法偏差を減らし、鋳物の寸法精度を向上させる。プリントされた砂型の表面が滑らかであるため、最終的な鋳物の表面品質が向上し、その後の加工や処理の作業負担が軽減される4。

良好な内部品質3Dプリンティング砂型鋳造は、砂型パターンの均一な締め付けを実現し、従来の砂型鋳造で発生する可能性のある局所的な緩みや砂の巻き込みなどの欠陥を回避し、鋳物の内部品質を向上させることができます。同時に、精密な制御により、鋳物の凝固プロセスを最適化し、引け巣や引け緩みなどの欠陥の発生を抑えることができる。

4. 費用対効果::

高い材料利用率3Dプリント砂型鋳造はオンデマンド印刷で、必要な材料のみを使用するため、従来の鋳型製造における材料の無駄を省くことができる。さらに、印刷プロセスでは、砂型の構造と強度要件に応じて材料の分布を正確に制御できるため、材料の利用率がさらに向上します。

人件費の削減従来の砂型鋳造では、鋳型の製作、砂型鋳造、鋳型の修理など、多くの手作業が必要で、人件費も高い。一方、3Dプリンター砂型鋳造は主に自動化された設備に頼って鋳造するため、人手を大幅に削減し、人件費を下げることができます。同時に、手作業がもたらすエラーや不確定要素を減らし、生産の安定性と一貫性を向上させます。

5. グリーン::

廃棄物排出量の削減従来の砂型鋳造では、鋳型の製造や砂の加工過程で、廃棄される鋳型材料や廃砂などの廃棄物が大量に発生し、一定の環境汚染を引き起こします。3Dプリンター砂型鋳造は廃棄物が少なく、残った材料はリサイクルでき、グリーン環境保護の要求に沿う。

生産環境の改善3Dプリント砂型鋳造プロセスでは、大量の化学試薬やバインダーを使用する必要がないため、環境汚染やオペレーターの健康被害が軽減される。同時に、自動化された生産方式により、粉塵や騒音の発生も抑えられ、生産環境が改善される。

適用分野

航空宇宙航空エンジンブレード、タービンディスク、航空機構造部品、その他複雑な部品の製造に使用され、高強度、軽量、高性能の要求を満たす。

自工エンジンブロック、シリンダーヘッド、トランスミッションケース、その他の部品の製造。

エネルギーガスタービン、発電設備などの主要部品の製造に応用し、部品の性能と信頼性を向上させる。

医療機器分野整形外科用インプラントや歯科用補綴物など、患者一人ひとりのニーズに合わせた医療機器の製造。

概要

3Dプリント砂型鋳造は、先進的な鋳造技術として、3Dプリントと伝統的な砂型鋳造の利点を兼ね備えている。デザイン、生産サイクル、品質、コスト、環境保護において優れた性能を発揮し、現代の工業生産に新しいアイデアと方法をもたらしている。技術の継続的な開発と改善により、3Dプリント砂型鋳造はより多くの分野で広く使用され、より効率的で、より正確で、より環境に優しい方向に工業生産を促進することが期待される。