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最適な手段:金型および鋳造用の3Dプリンティング

用途

金型や鋳型の製作には、高い精度が求められます。ミスをしたり、設計を再検討したりすれば、金銭的にも時間的にもコストが増大する可能性があります。また機能、細部、カスタマイズを追加するたびに多額の費用がかかります。金型や鋳型の製作は、ワンオフ生産用の場合も大量生産用の場合も、一筋縄ではいかない課題です。

そこで役に立つのが3Dプリンティングです。

プロトタイプ、金属部品、宝飾品の製作に使用する金型や、さらにはケーキの型なども簡単にカスタマイズできるテクノロジーとして、世界中のプロが活用しています。そうすることで開発期間が数か月から数日にまで短縮し、場合によっては生産コストを数千ドル削減できます。

いつでもプロトタイプを製作できる

たとえば精密金属部品を製造するSylatech社では、3Dプリンティングを活用することにより、ラピッドプロトタイピングプロセスを迅速化しています。

sylatech casting metal parts
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「3Dプリントモデルを使うことで、ワックスパターンを作るための工具に投資しなくても、社内の鋳造工程で直接サンプル部品を製作できます」と、Sylatech社のマーケティング担当ディレクター、Gordon Gunn氏は語っています。「3Dプリンティングによってサンプル製作プロセスを大幅にスピードアップできます。今では、たった7日間でプロトタイプの金属部品をお客様に提供できるようになりました」

同社はUltimakerのプリンターを利用して最終プロトタイプをPLAでプリントし、Sylatech社の顧客に提示して承認を得ます。その後はプロトタイプをワックスフレームに接着し、セラミックのスラリー内に配置します。焼成すると、PLAが燃え尽きて金型が残ります。そこに溶融金属を注ぐことで、金属プロトタイプを迅速、簡単、安価に鋳造できます。

このようなプロセスにより、Sylatech社は、数時間では難しいとしても、数日以内にプロトタイプを顧客に提供できます。また、プロジェクトによってはコストを数千ドル削減できる場合もあります。たとえばヨットのプロペラのプロトタイプは、約800ドルのコストで5日以内に完成させることができます。従来の製造方法にかかる2万ドル以上のコストや4週間の待ち時間と比べてみれば、3Dプリンティングを導入するメリットは明白です。

Yacht propeller prototypes
Sylatech uses Ultimaker printers to create PLA prototypes, which are then used to create molds for casting metal

「3Dプリンティングの利用によって、当社のビジネスの手法は明らかに変化しました」とGordon氏は語っています。「今後も3DプリンティングとUltimakerを利用し、お客様にメリットを提供していくつもりです」

3Dプリントされたセラミック金型インサート

ヨーロッパの大手カスタム耐熱部品サプライヤーであるPrůmyslová keramika社は、Ultimaker S5を利用して工業用セラミックの金型コアの3Dプリントを行っています。

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Průmyslová keramika achieved ROI in a few months by 3D printing mold cores 5x faster and with a 90% cost saving

従来は、これらのインサートを木材から彫り出したり、金属から削り出したりしていましたが、そうした技法は時間的にもコスト的にも非効率でした。そのような複雑な形状を3Dプリンティングによって社内で製作することで、同社は最小限のリスクと完璧な再現性でワークフローを刷新できました。

「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、Průmyslová keramika社のマネージングディレクター、Jakub Cvilinek氏は語っています。「時間をかけて利用していくうちに、Ultimaker 3Dプリンターは、代わりを見つけるのが難しい重要な生産ツールになりました」

アクセル全開

一方、大手工業製品メーカーのSiemens社は、自社のモビリティおよび物流部門に属する鉄道オートメーション事業において、最終用途部品を作るためにUltimakerプリンターを利用しています。Sylatech社と同様に、Siemens社でも3Dプリンターを利用してプロトタイプをプリントしており、それが最終的に鋳鋼用の金型製作に使われます。

「通常の製造プロセスを経ずに、3D CADモデルから、3Dプリント部品、さらに最終金属部品へと製造を進めます」と、Siemens社鉄道オートメーション事業部の研究開発責任者、Stephen Baker氏は語っています。「そうすることで、モデルの段階から最終部品の段階まで通常は12~16週間かかるところを、約1~2週間にまで短縮できました」

詳細については、こちらのSiemens社のビデオをご覧ください。

3Dを導入

しかし金型は本来、必ずしも完全な工業用ではありません。Stern Design Works社の創設者であるCameron Stern氏とRebecca Stern氏は、Ultimaker 3をはじめとする3Dプリンターを活用して、宝飾品の治具や金型を作っています。

従来の宝飾品メーカーでは、ワックスでプリントする3Dプリンターを利用しています。しかし、そのようなプリンターには、きわめて大きなコストがかかります。そうした出費を回避するため、Stern Design Works社では、鋳物工場や鋳造パートナーと協力して、製造プロセスでPLAなどの材料を活用する方法を検討しています。

Stern Design Works Ultimaker 3
Stern Design Works社では、Ultimaker 3を使用して宝飾品用の治具と金型を作っている

「3Dプリンティングでは、同じものを1個プリントすることも10個プリントすることもできます。完璧な鋳物を作るためのプロトタイプを何回でも製作できるのです」と、Stern Design Works社の共同創設者であるRebecca Stern氏は語っています。「また、3Dプリントによるプロトタイプの製作時間は、ワックスのプロトタイプの4分の1で済みます」

3Dプリンティングが他のビジネスにどのような影響を与えているか、詳しくご覧になりますか?

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