3月 3, 2022

金属鋳造とは

金属鋳造は7,000年の歴史があり、製造業や美術品に用いられている。金属鋳造では、溶けた金属を容器である坩堝（るつぼ）から鋳型に流し込んで鋳造品を作る。鋳型とは、金属で満たされた空洞のあるブロックのことで、金属は鋳型の中で固まり、その形状になる。金属と鋳型が冷却された後、金属オブジェクトまたは鋳物が取り出され、完成します。

伝統的な金属鋳造技術には、ロストワックス鋳造、石膏型鋳造、ダイカスト鋳造、砂型鋳造などがある。

金属鋳造プロセスは、彫刻、宝飾品、輸送手段、武器、道具の製作に広く使われてきた。知られている最初の鋳造品は、紀元前3200年に現在のイラクで発見された銅製のカエルである。紀元前1000年頃、インドは通貨用の銀貨や銅貨を鋳造した最初の古代文明のひとつだった。その後、紀元前500年頃に周王朝が鉄の鋳造を導入した。金属鋳造技術は20世紀に隆盛を極め、やがて現代のほとんどの鋳造法の基礎となる工程が生み出された。

基本的な金属鋳造プロセスでは、パターンと鋳型を作成し、溶融金属を鋳型に流し込む。その後、固体の金属鋳物を取り出し、仕上げます。この工程は、金属や合金の種類、形状、サイズによってカスタマイズ可能です。鋳物の製造には次のようなステップがあります。

ステップ1：パターンの作成

鋳型を作る前に、鋳型の形状を決めるパターンをまず作る必要がある。型紙は最終的な鋳型の3次元モデルで、ワックス、砂、石膏、セラミック、あるいは木で成形することもできる。型紙は、金属が冷えたときに予想される収縮を考慮する必要があります。 

ステップ2：型を作る

パターンを作成した後、型を作る。鋳型は、再利用可能な金属製鋳型でも、砂、石膏、セラミックシェルから作られる使い捨て鋳型でもよい。鋳型を作る方法は、さまざまな鋳造金属やさまざまなレベルのパターンの複雑さに合わせて最適化することができます。ワックスやプラスチックのパターンを使用する場合は、窯の中で型を焼いてパターンを焼き切ることができます。

ステップ3：金属または合金を選ぶ

すべての金属鋳物は、鉄または非鉄の金属と合金から製造される。鉄を主成分とする金属は鉄系金属と呼ばれます。非鉄金属は、鉄または鉄成分を含まない金属です。合金は、鋳造用途に最適な機械的特性を提供する元素の混合物です。鉄合金には、鋼、可鍛性鉄、ねずみ鋳鉄などがあります。最も使用される非鉄合金は、アルミニウム、青銅、銅です。貴金属としては、銀、銅、金、プラチナなどが使われます。

ステップ4：金属を溶かす

金属/合金はそれぞれ異なる溶解温度を持つため、溶解プロセスは金属/合金によって異なる。基本的に、溶解は固体金属を溶解用のるつぼに入れ、直火または炉の中で加熱することから成る。

ステップ 5: 型に金属を流し込む

鋳型の空洞に溶けた金属を流し込む。小さな鋳物であれば、金属が加熱されたるつぼから直接鋳型に注ぐだけでよい。大きな鋳物であれば、金属を鋳型に流し込む前に、炉の中で金属を加熱し、金属をより大きなるつぼや柄杓に移す作業をサポートする少人数のチームが必要になることもあります。

溶融金属を注ぐ際には、推奨されるすべての安全ガイドラインに従うことが重要である。保護服、絶縁手袋、安全ゴーグルを必ず着用してください。作業スペースは、危険なガスによる危険を避けるために換気をよくし、炉と鋳型の間の通路を確保する必要があります。次のステップに移る前に、型が固まるのを待ちます。

ステップ6：鋳型から鋳物を取り出す

金属が冷えて固まったら、鋳型から取り出すことができる。一回使い切りの鋳型に鋳造した場合は、鋳型を鋳物から離すことができます。再利用可能な鋳型の場合は、エジェクターピンを使用して鋳物を取り出すことができます。エジェクターピンの主な目的は、鋳型から部品を取り出す力を加えることです。

ステップ7：鋳造の仕上げ

固形鋳物をヤスリで磨き上げます。この作業には、余分な鋳型材を水でこすり落としたり、小さなものならバリカンで、大きなものならアングルグラインダーで鋳物のゲートを壊したりするなど、鋳物をきれいにすることが含まれます。ゲートとは、湯道と部品キャビティの間にある開口部のことで、溶けた金属をキャビティに導き、鋳物が凝固する際に供給します。湯道とは、溶融金属を部品に導く小さな溝である。

金属鋳造の利点：

• 金属鋳造は、複雑な形状やさまざまなサイズの部品を製造することができます。大きな部品は一体鋳造で製造できます。
• 内部空洞や中空部のような特徴も簡単に実現できます。
• 他の製造工程では製造が難しい、あるいは高価な金属や合金を鋳造することができる。
• 鋳造は大量生産の要求に非常に適合するプロセスであり、鋳造エンジンブロックや鋳造トランスミッションケースのように、多くの鋳物を迅速に生産することができる。

金属鋳造の欠点：

• 表面仕上げが比較的粗く、鋳造欠陥が発生しやすい。
• シェルモールドのような金属鋳造は、サイズとパターンの点で限界がある。
• パターンを作るには時間とコストがかかる
• 部品のサイズと材料の選択は、選択された鋳造プロセスによって異なります。例えば、永久鋳型鋳物には非鉄金属しか使用できません。
• 大量生産には不経済

これらの制限のいくつかは、3Dプリンティングのような付加技術によって対処することができる。

3Dプリントとは何か？

3Dプリンティングは、部品の製造に使用される積層造形技術である。物理的な物体を製造するために材料の塊や型を必要とせず、単に材料の層を積み重ねて融合させるという点で「付加的」である。3Dプリンティングは、一般的に高速でシンプルであり、固定セットアップコストを抑えた手頃な価格の社内製造が可能で、金属鋳造よりも複雑な形状を作成でき、材料の種類も増え続けています。

オーストラリアのSPEE3D社は、超音速3D成膜技術を用いた世界初の金属3Dプリンターを開発し、製造グレードの印刷を生産速度で実現した。同社の最先端技術は、海洋、防衛、航空宇宙を含む様々な産業への応用を可能にする。

SPEE3Dの金属3Dプリントプロセスは、いくつかの重要な点で従来の金属3Dプリントとは異なる。このプロセスでは、熱を使用する代わりに、金属粉末を加えた圧縮空気をロケットエンジンで加速させる。この技術では、溶解や再凝固を待つ必要がなく、すぐに使用できるパーツを造形する。SPEE3Dの金属積層造形の専門家によるサポートを受けながら、金属3Dプリンターと熱処理オーブン、CNC3軸フライス盤を統合した世界初の金属3Dプリンター製造セルである。

お手伝いできること

SPEE3Dの製品について、または金属3Dプリンティングについてもっとお知りになりたい方は、contact@spee3d.com までお気軽にメールいただくか、+61 (03) 8759 1464までお電話ください。