3Dプリントによるインベストメント鋳造は航空業界に新たな刺激を与え、コストを大幅に削減します

インベストメント鋳造はロストワックス鋳造とも呼ばれ、我が国のロストワックス法は遅くとも春秋時代に始まり、長い歴史を持っています。ロストワックス鋳造とは、鋳造する部品の型をワックスで作り、そのワックスの型に泥を塗って泥型にする製法です。粘土型が乾いたら、熱湯に入れて中の蝋型を溶かします。ワックス型が溶けたら粘土型を取り出し、陶器型に焼き上げます。一度焙煎します。一般的には、粘土型を作る際に注ぎ口を残し、そこから溶かした金属を流し込み、冷却後に必要な金属部品を作ります。

このプロセスは過去 1 世紀にわたって多くの革新を遂げてきましたが、複雑な部品の製造に必要なツールや金型の作成には依然として時間がかかり、時間がかかります。生産時間は数か月に及び、コストは数十万ドルに達することもあります。ロストワックス法（精密鋳造）には先人の知恵が詰まっていますが、技術革新が絶えない現代において、技術の探求と革新が止まれば、企業が消滅するのは時間の問題です。

本日お話しするのは、3D プリント技術を使用して古代の精密鋳造に新たな活力を注入する方法です。

課題:時間とコストを大幅に削減して、高品質のインベストメント鋳造プロトタイプを生産する
ソリューション: 3D Systems QuickCast® プロセス - ProX 800 プリンター (SLA テクノロジー) と Accura® CastPro™ Free アンチモンフリー材料を使用<br /> 結果：
• 複雑なインベストメント鋳造プロトタイプの作成時間を数か月から数日に短縮
• コストが200,000～300,000ドルから6,000～15,000ドルに削減されました
• 製品プロトタイプの迅速な反復をサポート
• コンポーネントを統合して重量を軽減
• アンチモンフリー材料の最高のバーンアウト率

70 年の歴史を持つ航空宇宙部品サプライヤーである Vaupell は、3D Systems の QuickCast® サービスを使用して、3D 印刷 SLA 技術でインベストメント鋳造のプロトタイプを直接印刷しています。これにより、ワックスパターンに必要なツールや金型製作が不要になり、わずかなコストで非常に高速に顧客向けの部品を製造できます。航空市場では、非常に複雑な部品を少量ずつ要求されることが多いため、QuickCast サービスは航空市場のニーズに非常に適しています。
Vaupell の新規事業開発担当セールスエンジニアである Andy Lewis 氏は、3D Systems ProX 800 プリンターを使用して直径 66 cm の部品の試作品を作成するのに 2 ～ 3 日しかかからず、費用は約 6,000 ～ 15,000 ドルになると見積もっています。しかし、従来の方法を使用すると、この部品のワックス型を作るのに数か月、あるいは 1 年以上かかり、コストは 20,000 ドルから 30,000 ドルになります。

「ProX 800 の大型部品印刷機能は、まさに当社が求めていたものです」と Vaupell のラピッドプロトタイピング部門のマネージャー、Austin Wang 氏は語ります。「小型のマシンで 2 回印刷するのではなく、大型部品を 1 回で印刷できます。これにより生産時間が大幅に短縮されるだけでなく、部品数が少なくなり接着も少なくなるため、大型部品では人件費も削減できます。」

QuickCast インベストメント鋳造は、従来の方法では製造できない鋳造品と、非常に複雑なため製造用の鋳型を作成するのに何年もかかる部品の 2 つのニーズに最適です。航空宇宙産業の企業は、従来の方法で製造された部品の強度と耐久性を維持または上回りながら、組み立て数を減らして部品を軽量化できる 3D プリントの利点を発見しました。ニューハンプシャー州に拠点を置く Vaupell 社のラピッドプロトタイピング部門では、3D プリントによって多くのビジネスが創出されています。ワックスモデルの設計と作成は時間がかかり、生産用のプロトタイプを作るのに長いリードタイムが必要なため、手間がかかりすぎるからです。

「QuickCast プロトタイプにより、お客様は、生産に入るずっと前、またはプロトタイプツールが設計、製造、テストされ、生産に投入される前に、部品を入手できます。」 Levis 氏は、Vaupell が QuickCas サービスを使用して複雑なインベストメント鋳造プロトタイプを作成し、2 日半で 20 個の部品を製造し、1 か月以内に 120 個の部品を迅速に完成させた実例を挙げました。

インベストメント鋳造における大きな難しさの 1 つは、製造プロセス中の収縮率です。QuickCast プロセスにより、収縮率を大幅に低減できます。 Levis 氏は次のように述べました。「QuickCast の大きな利点の 1 つは、金属の収縮率を計算するだけで済むことです。」金属とその上のワックスの収縮を考慮する必要はありません。 QuickCast プロトタイプはワックスで作られたプロトタイプよりも正確で、エラーが少なくなります。「

3D プリントによるプロトタイピングはエラーに対する許容度が高くなります。試作中に何か問題が発生した場合、または部品が期待どおりに機能しない場合は、従来のプロセスのようにワックス型を修正するのに数週間または数か月かかるのではなく、試作品を再設計して再現するのに数日しかかかりません。

プロトタイプアプリケーションの場合、より多くの反復をサポートする QuickCast の能力が重要になるため、多くの従来の精密鋳造会社は、面倒な従来の方法の代わりに 3D 印刷技術を使用してプロトタイプを作成するように変革し始めています。

3D プリントの初期の頃、インベストメント鋳造の主な焦点は、利用可能な材料の品質と性能でした。 Accura CastPro™ Free 素材は、重金属を含まない透明なポリカーボネートのような素材で、この懸念を解消する極めて高品質のインベストメント鋳造素材です。

「CastPro Free はアンチモンを含まない素材なので、最終的な金属部品に欠陥が生じる可能性が低くなります」と Vaupell のシニア製造技術マネージャー、Dave Pellegrino 氏は述べています。 CastPro Free は燃焼後の灰の残留が非常に少ないため、後処理時間を節約しながら品質を確保できます。「樹脂が完全に燃え尽きなければ、顧客にとって問題になります」とリーバイス氏は言う。「CastPro Free がほとんど残留物を残さずに燃え尽きるという事実は、高品質を保証する鍵です。」

3Dプリントによるインベストメント鋳造は航空業界に新たな刺激を与え、コストを大幅に削減します

シリコン 3D プリント技術は現在どのように使用されていますか?

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