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工業用セラミックを使用した耐火部品のカスタム金型コアの3Dプリンティング

産業用製品製造支援

Průmyslová keramika社は、中央ヨーロッパにおけるセラミック混合物およびカスタム耐火部品の主要サプライヤーです。チェコを拠点とする同社は、2016年に従来型の生産手法から脱却し、Ultimaker 3Dプリンターを使用した金型インサートの製作を開始しました。その結果、耐火部品用の金型コアを10%のコストと完全な再現性で、5倍速く製造できるようになりました。

「工業用セラミック」という意味のPrůmyslová keramika社は、1991年に設立されました。同社の75人の従業員は現在、毎年9,500トン以上のセラミック混合物と約1,600トンの成形品を生産しており、年間売上高は2億2,000万チェコクラウン(980万米ドル)です。

同社の成功は、顧客の要求にすばやく応じる俊敏性にあります。セラミック部品の注文には同じものがないので、それぞれに固有の金型設計が必要です。生産チームが積層造形技術を検討するきっかけになったのは、そのような絶え間ないカスタマイズに対する需要でした。

正確なオーダーメイドの工業生産

金型は一般に鋼鉄製のシェルで作られ、それによって外形が形成されます。一方で、溝、穴、曲面など、機能性を担う重要な内部構造はコアインサートによって決まります。このような型は複雑な形状であることが多く、精密な顧客仕様に従って設計および製造しなければなりません。以前は、そのような内部形状は木材や金属のインサートを使用して作られていました。しかし、それには手作業の大工仕事やCNC加工が求められ、時間のかかる高価なプロセスになっていました。たとえば、1つの木製インサートを形成するには、最大で20,000チェコクラウン(895米ドル)のコストと、30時間以上が必要になる可能性があります。

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最終製品:鋼鉄製金型シェルと3Dプリントされた金型コアで製作したセラミック耐火部品

経営陣は2013年中に、金型生産を効率化する取り組みの一環として3Dプリンティングプロジェクトを試験的に実施しましたが、最初の3Dプリンターでトラブルが発生しました。「私たちは、プリンターの極端な誤動作に苦しんでいました」と、Průmyslová keramika社のマネージングディレクターであるJakub Cvilinek氏は語ります。「成功したのはプリントした金型の約30%だけで、残りは無駄になりました。そのようなことを経験した後でさえ、私たちは3Dプリンティングの可能性を信じていました。私たちにとっては、大きな学びが得られる学校のようなものだったのです。プリンターの選択を誤っただけで、やはり3Dプリンティングは当社に適した技術でした」

Ultimaker 3Dプリンターによる金型製造ワークフローの刷新

Průmyslová keramika社では、2016年にUltimaker 3 Extendedを採用し、結果的にはそれが最適な3Dプリンターであることがわかりました。同社はようやく、信頼性に優れたプロフェッショナルな3Dプリンティングソリューションに出会えたのです。その2年後、Jakub Cvilinek氏は同じプリント品質をより大きな造形サイズで実現し、さらに使いやすいユーザーインターフェイスを備えた、新しいUltimaker S5を自社のツールキットに加えました。

チームが3Dプリンティングを活用してコアや金型インサートを製作するにつれ、この技術のメリットが徐々に明らかになりました。それは、正確かつ迅速に、高い再現性で生産できるほか、部品設計においてほぼ完全な創造の自由が与えられるという点です。何より、このソリューションは従来のプロセスよりも大幅に低コストでした。

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再現性に優れた金型コアを低コストで迅速に製造できるUltimaker S5。隣にいるのはマネージングディレクターのJakub Cvilinek氏

Průmyslová keramika社では、金型コアを3Dプリントする際に、扱いやすくガラス転移温度が低いという理由でPLA材料のみを使用しています。これは、コア部品とインサートの多くが、焼成されるまでセラミック材料に埋め込まれたままだからです。温度が900°Cを超えると、PLAは金型から簡単かつ完全に除去されます。

同社は2人のオペレーターを採用し、エンジニアリング部門でAutodesk InventorとAutoCADを使用して設計された生産部品の3Dプリンティングを監視させています。

3Dプリンティングによって生産が加速し、さらに容易に

「Ultimaker 3 ExtendedおよびS5によって当社は大幅な節約を実現し、生産を加速させただけでなく、以前は不可能だった形状も製作できるようになりました」と、Jakub Cvilinek氏は回想します。

Průmyslová keramika社では、3Dプリンティングが製造プロセスにとって大きな資産となることが証明されました。従来のプロセスを使用した場合に比べ、必要な部品を、最大約5倍の速さと10倍の安さで製造できるようになりました。たとえば、工業用バーナーの空気・ガス混合部品の金型コアを3Dプリントするのに使用される材料のコストは、たった300チェコクラウン(13.43米ドル)です。つまり、セラミックのスペシャリストである同社は、わずか数か月でUltimaker 3Dプリンターの初期購入コストに対するROIを達成したことになります。

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3Dプリントされた金型インサートで自由な設計が実現し、離型もさらに簡易化

CNCフライス盤への依存度が低下したことで、同社は人件費も節約できました。現在では、現地生産、迅速なプロトタイピング、長い稼働時間、(必要に応じた)再現性の高い生産というメリットを享受できるようになっています。

結論:3Dプリンティングによって設計に新たなレベルの自由がもたらされる

Průmyslová keramika社の場合、Ultimaker 3とUltimaker S5の追加が、自社のカスタム製造ワークフローの変革につながりました。現在は顧客の要求を満たす部品、さらにそれを上回る品質の部品を、自信をもって生産できています。Jakub Cvilinek氏は次のように付け加えます。

「一部の特に複雑な耐火部品の金型コア形状は、従来の手法では製造不可能だったり、コストがかかりすぎたりしていました。3Dプリンティングのおかげで、当社はそのような形状にも対応できます」

御社の生産プロセスは、Ultimaker 3Dプリンターのメリットを生かせるプロセスですか。Ultimaker S5の詳細をご覧ください。

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この事例は、元はこちらに掲載されたものであり、許可を得て翻訳および編集されています。

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