砂型3Dプリントが鋳造に革命をもたらす：迅速な納品とサプライチェーンのリスク軽減

はじめに: 主要部品の交換や鋳物の購入には通常、多くの人的資源と材料資源が消費されますが、これは主に従来のモデルやコアボックスを待つ必要があることに起因します。通常、少量生産や一回限りの生産のために木材や金属から機械加工された高価な工具を購入するのは費用対効果が高くありません。しかし、インフラや輸送用途でよく使用される最も重要な鋳造品の需要は高く、サプライチェーンの遅延がますます頻繁に発生しています。破壊的技術が次世代の金属鋳造の成長を推進しています。

△砂バインダージェッティングを使用してデジタルモデルから直接鋳造鋳型とコアを製造することでサプライチェーンのリスクを軽減し、リードタイム、ツール投資、鋳造欠陥を大幅に削減します。

バインダージェット 3D プリントを使用したデジタル砂型鋳造により、従来の鋳造ツールの高コストと数か月に及ぶリードタイムが排除されます。砂の 3D 印刷プロセスでは、デジタルデータを使用して、金型とコアを CAD ファイルから直接砂に印刷し、ツールを置き換えます。新しいパターンを作成したり、コアボックスを修復したりするのを待つ必要がなく、新しいツールを作成して多額の初期費用をかける必要もありません。

他の産業分野の生産者と同様に、鋳造所も 3D プリントを統合することで、サプライチェーンの課題を解決し、交換部品の迅速な鋳造を提供しながら顧客の期待を上回ることで運用効率を向上させるというメリットを得ています。

オンデマンドツールは分散型生産を可能にし、サプライチェーンのリスクを軽減するソリューションとなります。

砂型 3D プリントは、金属鋳造ツールを作成するために 20 年以上にわたって鋳造所で使用されており、今日のバインダージェッティングシステムは、大量生産で精密な金型とコアを生産できます。工業用プリントヘッドは、紙に印刷するのと同様に、一度に 1 つの薄い層の固体部分を砂粒子の層に選択的にバインダーを堆積します。

●ExOne は、砂型 3D プリント技術の需要を定量化し、金属鋳造品の迅速な切り替えのための調達アプローチを構築する取り組みを行っています。さまざまなパートナーと協力して、デジタル鋳型とコアから作られた鋳造品を調達することが効率的かつ経済的である時期を決定するための方法論を確立するためのしきい値を開発します。

●3D プリントの利点を活用することで、鋳造プロセス中に品質や一貫性の問題が発生することが多い、入手が困難な部品の品質を向上させることもできます。バインダージェッティングを使用してテンプレートを作成すると、鋳造ツールの革新を可能にする設計の自由度が得られ、従来のプロセスでは不可能だった軽量化と部品の性能の最適化を可能にする複雑で統合された形状を作成できます。

積層造形による設計の自由度により、スクラップを削減するコア統合や、スムーズな初回注入を可能にして精密性が重要な鋳造品を迅速に稼働させる有機的なリギング機能などの利点が得られます。

2週間以内に古くなった部品を交換 - 3Dプリントが救世主

船舶エンジンは過酷な環境で動作し、湿気や水（通常は塩水）にさらされることが多く、エンジン部品が劣化する可能性があります。ディーゼルエンジンはシリンダーの高圧と熱によって燃焼を起こすため、ディーゼル燃料を自然発火させるのに十分な熱を発生させるために高い圧縮比で作動する必要があります。シリンダーヘッドは、燃料インジェクターや吸気バルブ、排気バルブなどの他の重要なコンポーネントをサポートする、エンジンの重要なコンポーネントです。ライナーフランジの上に配置され、ナットとボルトでシリンダーブロックに固定されており、非常に高い温度と圧力にさらされ、エンジンが急速に加熱および冷却されるにつれて膨張および収縮します。このような環境条件のため、船舶用ディーゼルエンジンは、高い冷却要件に伴う極度のストレスに耐えられる必要があります。

タイの造船会社ハイテク・マリン・エンジニアリングは、過熱によって生じる高い応力によりシリンダーヘッドが割れるという問題に直面していた。貨物船は毎日運航しており、再び運航するためには早急に修理する必要がありましたが、損傷した部品は製造からほぼ 10 年が経過しており、OEM サプライヤーでは製造されなくなっていました。「納期は当社の事業にとって極めて重要です。当社は常に稼働しているため部品を待つことはできません。そのため、迅速な対応と予算内での納品が必要です」と、ハイテック・マリンのオーナー、アオムテープ・チェインスワン氏は語った。

従来の交換部品のリードタイムは 10 か月以上かかり、投資コストも非常に高くなります。シリンダーヘッドは工具のない従来の部品であるため、交換用の鋳造品を製造するには、まず完全に新しい金型とコアボックスセットを製造する必要があります。ただし、Hi-Tec Marine では 4 週間以内に交換部品が必要であり、海外からの注文には少なくとも 8 週間かかり、送料も追加されます。

タイに拠点を置く鋳造および試作ショップの Speed 3D Mold は、短納期で高品質の交換部品を提供するソリューションを提供しています。「海運業界のお客様にとって、交換が必要な古い部品は数多くあり、システムを適切に稼働させ続けるためには、タイムリーなメンテナンスが最も重要な要素です」と、Speed 3D Moldのエンジニアリングディレクター、Nattinee Valun-araya氏は述べています。

△ 従来の交換用鋳物では金型の納期が10か月必要でしたが、砂型3Dプリントで製造したものは数週間以内に納品できます。

Speed 3D Mold のエンジニアリング部門は、鋳造シミュレーションのサポート、砂型の 3D プリント、プロトタイプおよび交換用鋳造品の提供で 10 年以上の経験があり、Hi-Tech Marine にリバースエンジニアリングサービスを提供しました。チームは元の部品を 3D スキャンしてデジタル CAD ファイルを作成し、それを使用して 3D プリントされた金型とコアパックを開発し、新しい部品を鋳造しました。バインダージェット 3D プリントでは、交換用鋳物を作成するためにハードツールは必要ありません。代わりに、鋳型とコアが CAD ファイルから直接砂の中に層ごとに構築されます。

デジタル鋳造により、Speed 3D Mold は部品を迅速に反復して、Hi-Tech Marine の交換用シリンダーヘッドの最適な品質を確保することもできました。この部品には、大きな厚さの違いや小さな冷却チャネルなど、多くの複雑な特徴が含まれていますが、デジタル鋳造プロセスを通じて簡単に変更できます。積層造形による設計の自由度により、Speed 3D Mold は、従来の鋳造設計の制約を受けずに、冷却チャネルの設計を更新し、金型内でリギングシステムを自由に配置できるようになりました。

複雑な 725 x 630 x 572 mm の金型パッケージには、サイズや形状の保証なしに、S-Max バインダージェッティングシステムでわずか 10 時間で 3D プリントされた 19 個の部品が含まれています。約100kgの交換用シリンダーヘッドはねずみ鋳鉄から鋳造され、最終部品はわずか2週間でHi-Tech Marineに納品されました。交換部品のためだけに金型を作成するための莫大な資本投資は経済的ではありませんでしたが、ExOne の砂バインダージェッティングを使用して金型パッケージを直接印刷する Speed 3D Mold のソリューションにより、従来の生産に比べて 40% のコスト削減が可能になりました。

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