3Dプリンティング砂型鋳造は、3Dプリンティング技術(shù)と伝統(tǒng)的な砂型鋳造プロセスを統(tǒng)合した革新的な鋳造方法である。本稿では、その原理、利點(diǎn)、プロセス、応用分野について、設(shè)計(jì)の自由度、生産サイクル、精度と品質(zhì)、費(fèi)用対効果、グリーンな環(huán)境保護(hù)における卓越した性能に焦點(diǎn)を當(dāng)てて説明する?，F(xiàn)代の工業(yè)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(jìn)的な鋳造技術(shù)は、多くの産業(yè)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プリント裝置を用いて、模型の斷面情報(bào)に従って特殊な砂素材（通常はバインダーなどを含む樹(shù)脂砂）を?qū)婴搐趣朔e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屬液を流し込み、金屬液が冷卻凝固した後、砂型を除去することで、所望の金屬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(mén)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(jī)械加工許容範(fàn)囲などの鋳造プロセスの要件を考慮して設(shè)計(jì)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印刷裝置のサイロに投入し、コンピュータの制御のもと、ノズルが模型の斷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(jié)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(bǔ)強(qiáng)など、適切な後処理が施される。
3. 鋳造の準(zhǔn)備印刷された砂型を組み立て、鋳造裝置に入れて鋳造用の金屬液を準(zhǔn)備する。同時(shí)に、原料の金屬材料を溶融し、適切な鋳造溫度と組成要件を達(dá)成するために処理します。
4. 鋳造と冷卻処理した液體金屬を砂型の空洞にゆっくりと流し込み、液體金屬が空洞を完全に満たすようにする。鋳造後、液體金屬は自然に冷卻され凝固する。
5. 砂の洗浄と後処理鋳物が冷卻された後、砂型は振動(dòng)、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(jī)械加工などの後処理を行い、最終製品の品質(zhì)要求を満たします。

最先端

1. 高い設(shè)計(jì)自由度

複雑な構(gòu)造の成形能力このような內(nèi)部の空洞、灣曲したチャネル、成形面や砂型の他の構(gòu)造を持つなど、複雑な形狀の製造における従來(lái)の砂型鋳造は、金型製造技術(shù)の限界によって、それは達(dá)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(jiǎn)単かつ正確に砂の様々な複雑な形狀を印刷することができ、複雑な構(gòu)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(jī)エンジンブレードの複雑な冷卻チャネル、微細(xì)な內(nèi)部構(gòu)造を持つ自動(dòng)車(chē)部品などは、3D印刷砂型鋳造によって実現(xiàn)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點(diǎn)があります。これは、顧客固有の要件に基づいて、迅速に設(shè)計(jì)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(gè)々のニーズを満たすために、従來(lái)の金型製造のニーズを避けるために、金型を開(kāi)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(jiǎn)素化伝統(tǒng)的な砂型鋳造では、鋳型を製造する必要があり、鋳型の設(shè)計(jì)、製造、試運(yùn)転には多くの時(shí)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、大幅に全體の生産サイクルを短縮25。

迅速な反復(fù)と修正製品開(kāi)発や設(shè)計(jì)の段階で、鋳物の設(shè)計(jì)を修正する必要があるとわかった場(chǎng)合、従來(lái)の砂型鋳造では鋳型を作り直す必要があり、コストと時(shí)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(shè)計(jì)の反復(fù)と修正を迅速に実現(xiàn)でき、製品開(kāi)発プロセスをスピードアップできる45。

3. 精度と品質(zhì)の向上::

高い寸法精度3Dプリンティング技術(shù)は、砂型のサイズと形狀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(wèn)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(zhì)が向上し、その後の加工や処理の作業(yè)負(fù)擔(dān)が軽減される4。

良好な內(nèi)部品質(zhì)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?qū)g現(xiàn)し、従來(lái)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、鋳物の內(nèi)部品質(zhì)を向上させることができます。同時(shí)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(fèi)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、従來(lái)の鋳型製造における材料の無(wú)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(gòu)造と強(qiáng)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(fèi)の削減従來(lái)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(yè)が必要で、人件費(fèi)も高い。一方、3Dプリンター砂型鋳造は主に自動(dòng)化された設(shè)備に頼って鋳造するため、人手を大幅に削減し、人件費(fèi)を下げることができます。同時(shí)に、手作業(yè)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來(lái)の砂型鋳造では、鋳型の製造や砂の加工過(guò)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(huán)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、殘った材料はリサイクルでき、グリーン環(huán)境保護(hù)の要求に沿う。

生産環(huán)境の改善3Dプリント砂型鋳造プロセスでは、大量の化學(xué)試薬やバインダーを使用する必要がないため、環(huán)境汚染やオペレーターの健康被害が軽減される。同時(shí)に、自動(dòng)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(huán)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(jī)構(gòu)造部品、その他複雑な部品の製造に使用され、高強(qiáng)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(shè)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。

醫(yī)療機(jī)器分野整形外科用インプラントや歯科用補(bǔ)綴物など、患者一人ひとりのニーズに合わせた醫(yī)療機(jī)器の製造。

概要

3Dプリント砂型鋳造は、先進(jìn)的な鋳造技術(shù)として、3Dプリントと伝統(tǒng)的な砂型鋳造の利點(diǎn)を兼ね備えている。デザイン、生産サイクル、品質(zhì)、コスト、環(huán)境保護(hù)において優(yōu)れた性能を発揮し、現(xiàn)代の工業(yè)生産に新しいアイデアと方法をもたらしている。技術(shù)の継続的な開(kāi)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(huán)境に優(yōu)しい方向に工業(yè)生産を促進(jìn)することが期待される。