鋳造業界は、3D プリントの助けを借りて、変革のプレッシャーをどのように乗り越えることができるでしょうか?

鋳造は製造業の基盤であり、鋳造産業の発展は国家が強国となるための戦略の重要な一環である。国は鋳造産業の発展と配置を非常に重視している。「第14次5カ年計画」では、デジタル化と発展の目標が明確に定められており、2025年までに3Dプリント技術を使用して50万トン以上の鋳物を生産し、無機バインダーなどのグリーン造形材料の実証アプリケーションを実現し、鋳造廃砂のリサイクルと再利用は800万トン以上に達し、200以上のグリーン鋳造工場を育成する。今年4月に3省が出した共同文書では、一体型ダイカストやモールドレス鋳造、砂型3Dプリントなど先端プロセス技術の産業応用を推進することも提案された。

世界最大の鋳造大国である中国の鋳造産業の市場規模は約4,000億元で、世界全体の45％を占め、鋳造工場は24,000社以上あり、2022年の鋳物総生産量は5,170万トンに達し、安定した成長を維持しています。しかし同時に、過剰生産能力、高エネルギー消費、高汚染、脆弱さ、精度不足などの問題もあります。省エネと排出量削減の圧力が大きく、熟練労働者が不足し、自主革新能力が弱く、同質化競争が深刻です。統計によると、中国には年間生産量が1万トン以上の鋳物を製造する鋳造会社が1,000社以上あり、年間生産量が5万トン以上の鋳造会社は200社近くある。大手企業2,000社以上の鋳造生産量は、国内総生産能力の55％以上を占めています。しかし、大手企業はカスタマイズ能力や小ロット試作能力に欠けており、新製品の開発に時間がかかり、コストもかかる。「ロングテール」企業は稼働率が低く、その多くが淘汰される。3Dプリントや自動化率の向上に頼って生き残ることができるのは「ロングテール」の大手企業だけであり、集中度を何倍にも高める余地があるかもしれない。

政策、市場、技術などの推進により、3DP 砂印刷技術が誕生しました。 3DP 砂印刷技術は、デジタルモデルファイルを基礎として使用し、粉末金属または非金属およびその他の結合可能な材料を使用して層ごとに印刷してオブジェクトを構築するデジタルグリーン製造技術です。従来の砂型鋳造と比較して、3DP砂型印刷技術は金型を必要とせず、砂型を直接印刷できます。柔軟な設計を備え、低コストで高効率に新製品の開発と中小規模のバッチ製品の納品を完了し、市場の需要に迅速に対応できます。品質面では、3DP砂型は鋳型鋳造工程の制約を受けず、ミクロンレベルの高精度で複雑な構造を自由に形成できます。一部のアルミ鋳物の鋳肌精度は精密鋳造に匹敵します。同時に、組み立て誤差によるスクラップ率も低減し、作業者の労力も軽減します。

現在、3DP 砂型印刷技術は鋳造生産において成熟した商業化が進んでおり、真に市場で実証された手頃な価格の技術となっています。砂型の性能、処理速度、成形サイズなどを最適化および改善する上で明らかな利点があり、特に新製品の研究開発、複雑な製品、小ロット生産に適しています。インテリジェント変革のために 3DP 砂型印刷装置を導入した鋳造会社の中には、環境に優しく、柔軟性が高く、ハイエンドの急速鋳造機能を確立し、生産効率、容量、収益の 2 倍を達成した会社もあります。技術やサービスの大幅な改善により、供給不足や注文の殺到を経験した企業もありました。

図：3DP砂型印刷技術を成熟して応用したグリーン急速鋳造工場

市場にはさまざまなブランドの 3DP サンドプリント装置がありますが、ユーザーが購入時に考慮する要素は通常、価格、パフォーマンス、安定性、使用およびメンテナンスコストです。その中で、3Dプリント設備とラピッドマニュファクチャリングサービスを提供する北京サンディテクノロジー株式会社が独自に開発した生産主力製品である龍源鋳造3DP砂型プリント設備AFS-J1600Proは、発売以来、市場で広く支持されており、多くの鋳造ユーザーが生産ラインで使用するために購入しています。優れた造形精度、バランスのとれた制御可能な鋳造性能、優れた信頼性により、ユーザーは鋳造生産における効率、強度、鋳造性能の矛盾を解決し、数千万の注文を完了しました。

この設備の成形シリンダーサイズは1600×800×600mmで、最新世代の高安定性、低騒音の高速振動粉末敷設技術と2パス高精度印刷技術を採用し、高性能成形技術とインテリジェントアルゴリズム技術を組み合わせ、1層あたり15秒の印刷速度と最大印刷精度±0.3mmを実現しています。印刷された砂型の引張強度は最大2.5MPaに達し、ガス排出量は8〜11ml/g、表面粗さは≤Ra25です。この装置はモジュール設計を採用しており、メンテナンスが便利で柔軟性が高く、メンテナンスコストが低くなっています。操作を簡単にし、ワンクリック印刷を実現するインテリジェントシステムを搭載し、印刷早期警告プロンプト機能を備えています。また、視覚監視などのインテリジェントシステムを通じて、処理プロセス全体のリアルタイム監視や記録トレーサビリティを実現できます。当社は、鋳造アルミニウム、鋳鉄、鋳鋼、鋳造マグネシウムなどのさまざまな鋳造用途のニーズに応えて、オープンソースの砂材料プロセスソリューションを提供し、豊富な砂材料システムと高性能のバインダー、硬化剤、洗浄剤をサポートし、ユーザーの使用コストを最適化します。

あるユーザーは、AFS-J1600Proを使用して、砂型急速鋳造プロセスを使用して新エネルギー車会社の軽量フレームを試作し、完成したアルミニウム合金（ZL101）鋳物を6日間で納品しました。完成品の寸法精度はCT7、表面粗さはRa12.5以上で、鋳物表面には気孔や亀裂がなく、形状が完全で組織が明確です。 40 日間の生産サイクルを必要とする従来の製造プロセスと比較して、急速鋳造に 3DP 砂型印刷を使用すると、生産サイクルが 85% 短縮され、コストが 32% 削減されます。

あるユーザーは、AFS-J1600Proを使用して、砂型急速鋳造プロセスで自動車メーカーのエンジンシリンダーブロックを試作しました。シリンダーブロックは構造が複雑で壁が薄いため、従来の方法を使用すると生産サイクルに1か月以上かかります。 3DP 砂型印刷設備で作られた砂型は、従来のプロセスに比べて精度と強度が大幅に向上しています。引張強度は 2MPa に達し、鋳物の表面粗さは Ra12.5 より優れており、欠陥は適切に制御されており、余分な肉、気孔、亀裂、スラグの混入、表面欠陥、不完全さはありません。完成したねずみ鋳鉄 (HT250) 鋳物の納品にはわずか 10 日しかかからず、生産サイクルが 2/3 短縮され、コストが 30% 削減されました。

「第14次5カ年計画」は我が国の経済構造の調整、産業の転換とグレードアップにとって重要な段階であり、我が国の鋳造産業が発展を加速させる重要な時期でもあります。一部の鋳造会社は依然として、エネルギー消費量の高さ、汚染の高さ、製品の精度が要求を満たしていない、労働者の採用が難しいなどの問題に悩まされており、資本、技術、注文の悪循環に陥り、躊躇し、混乱しています。これらの事業者は、できるだけ早く固有の思考から脱却し、国の主要政策を深く理解し把握した上で、積極的に変化を求め、思考と発展方法を転換し、技術とプロセスの変革とアップグレードを通じて、グリーン、インテリジェント、ハイエンドの持続可能な発展の道を歩み、チャンスをつかみ、困難を突破する必要があると提案します。

鋳造業界は、3D プリントの助けを借りて、変革のプレッシャーをどのように乗り越えることができるでしょうか?

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