第1章：ディープ?ダイブ：伝統的鋳造欠陥の根本的課題

1.1 一般的な鋳造欠陥とその深い原因

鋳造欠陥は、高いスクラップ率の直接的な原因である。これらの欠陥は偶発的なものではなく、従來の鋳造工程に內在する物理的?工程的な制約によって決まるものである。

まず気泡とともに火口.ポロシティは主に、注湯や凝固の過程で液體金屬中のガス（水素や鋳型のアウトガスなど）が効果的に排出されない、または排出されないことに起因する。液體金屬中に溶解しているガスが冷卻?凝固中に溶解度の低下により放出されると、排出が間に合わなければ鋳物の內部や表面に気泡が形成されます。これに関連して、凝固中に金屬が體積収縮する自然現象である収縮がある。冷卻システムが適切に設計されておらず、鋳型の溫度が局所的に高くなったり、十分な補修収縮が行われなかったりすると、引け巣と呼ばれる內部の空洞や窪みが形成されます。

次ページサンドウィッチとともに不正解モデル.従來の砂型鋳造では、砂型と砂中子を別々に複數個製作した後、組み立てて接合するのが一般的です。この際、砂中子の微小な破斷や不適切な接合により、砂粒子が金屬液に巻き込まれ、砂巻き込み欠陥が発生することがある。また、鋳型のパーティング面や砂中子の位置が正確でないと、鋳物の上下がずれるミスモールドの欠陥につながることもあります。

終わり冷蔵とともにひび.金屬液の流動性が悪かったり、注湯溫度が低すぎたり、湯道設計が狹かったりすると、2つの金屬流が前縁で完全に合流する前に凝固し、つながりの弱い冷偏析が殘る。また、冷卻凝固の際、鋳物內に不均一な応力があると、収縮時に熱亀裂が発生することがある。

1.2 従來の金型製造の「高コスト」と「低効率」のジレンマ

従來の鋳造工程のもうひとつの核心的な問題點は、金型製造工程にある。伝統的な木製または金屬製の中子箱の製造は、労働集約的で熟練工に依存する工程であり、リードタイムが長く、多大なコストがかかる。些細なデザイン変更でも金型を作り直す必要があり、その結果、高い追加コストと數週間から數ヶ月の待ち時間が発生する。

このような物理的な金型への過度の依存は、鋳物の設計の自由度を根本的に制限する。複雑な內部ランナーや中空構造は、伝統的な鋳型製造プロセスでは一體成形できず、複數の中子に分解し、複雑な治具と手作業で組み立てなければならない。 ².このプロセスの制限により、設計者は、最適な冷卻ができない穴あけプロセスに対応するために冷卻チャネルを簡素化するなど、製造性のために部品の性能を妥協し犠牲にせざるを得なくなる。

要約すると、従來の鋳造の高いスクラップ率は、孤立した技術的な問題ではなく、そのコアプロセスの産物である。伝統的な「物理的試行錯誤」モードは、鋳造工場に欠陥を発見させ、鋳型の修正と再試験の長いプロセスを経る必要性を生じさせ、これはハイリスクで低効率のサイクルである。3Dプリンティングの革命的価値は、従來の「物理的試行錯誤」モードとなる生産プロセス全體を根本的に再構築する「鋳型レス」ソリューションを提供することである。3Dプリンティングの革命的な価値は、従來の「物理的な試行錯誤」モデルを「デジタルシミュレーションによる検証」モデルに変えることで、生産プロセス全體を根本的に再構築する「型なし」ソリューションを提供することであり、その結果、陳腐化の原因のほとんどを根源から排除することができる。

第2章 3Dプリンティング：技術からソリューションへの革命的ブレークスルー

2.1 モールドレス生産：陳腐化の根本原因を取り除く

3Dプリンティングの核となる利點は、「金型レス」の製造方法であり、従來の鋳造に特有の金型関連の課題をすべて回避できるため、スクラップ率を根本的に削減できる。

CADから直接砂型へ。 アディティブ?マニュファクチャリングにおけるバインダージェッティングは、これを実現する鍵となる。これは、3D CADのデジタルモデルに基づいて、工業用プリントヘッドから粉末（珪砂やセラミック砂など）の薄い層に液體バインダーを正確に噴霧することで機能します。層ごとに接著することで、デジタルファイルの3Dモデルは、強固な砂型または砂中子の形で構築されます。このプロセスにより、物理的な鋳型に頼る必要が完全になくなります。長時間の金型設計と製造が不要なため、金型製造サイクルを數週間から數ヶ月から數時間または數日に短縮することができ、「プリント?オン?デマンド」と設計変更への迅速な対応が可能になり、先行投資と試行錯誤のコストを大幅に削減することができる。

一體成形と複雑な構造 3Dプリンティングのレイヤーごとの製造アプローチは、これまでにない自由な設計を可能にする。これにより、エンジン內部の蛇行したランナーのように、従來は複數の部品に分割しなければならなかった複雑な砂中子を、1つの全體に成型することができる。これにより、鋳造工程が簡素化されるだけでなく、より重要なことは、中子の組み立て、接著、位置合わせの必要性が完全に排除されるため、砂の巻き込み、寸法の狂い、そのような問題に起因する成形不良などの一般的な欠陥が根絶されることです。

2.2 プロセスの最適化：鋳造品質を保証するデータ

3Dプリンティングの価値は、「型なし」そのものにとどまらない。物理的な製造が行われる前にデータを検証し、最適化することを可能にし、「修復」を「予見」に変える。

デジタルシミュレーションとデザイン 3Dプリント前のデジタル設計段階で、エンジニアは高度な有限要素解析（FEM）ソフトウェアを使用して、注湯、補集収縮、冷卻プロセスの正確な仮想シミュレーションを行うことができます。これにより、実際の生産前に、気孔、収縮、亀裂につながる潛在的な欠陥を予測し、修正することが可能になります。例えば、ランナー內の液體金屬の流れをシミュレートすることで、注湯システムの設計を最適化し、スムーズな充填と効果的なガス抜きを確保することができます。このデジタルな先見性は、最初の試運転の成功率を大幅に向上させ、鋳造の歩留まりを源泉で保証します。

優れた砂の特性。 3Dプリンターで作られた砂型は、その層ごとの構造により、従來のプロセスでは困難だった均一な密度と通気性を達成することができる。これは鋳造プロセスにとって極めて重要である。均一なガス透過性により、砂型內で発生したガスが注湯プロセス中にスムーズに排出され、ガス抜き不良による気孔欠陥が大幅に減少します。

形狀による冷卻。 コンフォーマル冷卻技術は、鋳造金型の分野における3Dプリンティングのもう一つの革命的な応用である。金屬3Dプリンティングで製造された金型インサートは、鋳物の表面輪郭を正確に模倣するように設計できる冷卻ランナーを備えている。これにより、高速で均一な冷卻が実現し、不均一な収縮による変形や収縮が大幅に減少するため、スクラップ率が劇的に低下する。データによると、フォロースルー冷卻を備えた金型は、射出サイクルタイムを最大70%短縮し、同時に製品品質を大幅に向上させることができる。

物理的な試行錯誤」から「デジタルな先見性」へ。 3Dプリンティングの中核的な貢獻は、「試行錯誤」という従來の鋳造モデルを「先見的な製造」に変えることである。3Dプリンティングは、鋳物工場がコスト効率の高い方法で、デジタル環境で何度も反復を行うことを可能にし、これは考え方とビジネスプロセスの根本的な転換である。この「ハイブリッド製造」モデルは、従來の鋳物工場が3Dプリンティングを採用しやすくし、最も効率的な生産を可能にする。例えば、3Dプリンティングは、最も複雑で誤差が生じやすい砂中子を作成するために使用でき、その後、従來の方法で作られた砂型と組み合わせることができるため、「強みの積み重ね」が可能になる。

第3章 SANTIテクノロジー：鋳造業界を強化するデジタルエンジン

3.1 中核設備：鋳造革新のための「ハードパワー

3DPTEKは中國における積層造形分野のパイオニアでありリーダーとして、自社開発のコア設備で鋳造業界に強力な「ハードパワー」サポートを提供している。

同社の主力製品ラインは以下の通りである。3DPサンドプリンター技術におけるリーダーシップを強調するフラッグシップ?デバイス3DPTEK-J40004000×2000×1000mmという超大型の造型サイズで、世界的に高い競爭力を誇っています。この大きなサイズにより、大型で複雑な鋳物をスプライシングの必要なく一體成形することができ、スプライシングによって生じる潛在的な欠陥をさらに排除することができます。同時に、例えば

3DPTEK-J1600Plusこのような裝置は、±0.3mmの高い精度と効率的な印刷速度を提供し、優れた品質を確保しながら迅速に生産する。

さらに、SANTIテクノロジーのSLS（選択的レーザー焼結）裝置などのシリーズがある。レーザーコア-6000この機械は精密鋳造の分野でも優れている。このシリーズの裝置は、特にインベストメント鋳造用のワックス鋳型の製造に適しており、航空宇宙部品や醫療部品などのハイエンドの精密部品により正確なソリューションを提供します。

サンディ?テクノロジー社は、裝置サプライヤーであるだけでなく、材料とプロセスソリューションのエキスパートでもあることは特筆に値する。同社は、鋳鉄、鋳鋼、アルミニウム、銅、マグネシウム、その他の鋳造合金に適合する20種類以上のバインダーと30種類以上の材料配合を開発してきました。これにより、同社の設備は幅広い鋳造用途にシームレスに組み込むことができ、顧客に包括的な技術サポートを提供している。

3.2 オール?リンク?サービス：統合キャスティング?ソリューション

サンディ?テクノロジーの競爭優位性は、ハードウェアだけでなく、チェーン全體にわたって提供する統合ソリューションにある。同社は強力な「三位一體」の革新システム-「研究所＋ポスドク?ワークステーション＋研究開発チーム」を持っている。このモデルは、継続的な技術の反復と技術革新の勢いを保証し、320以上の特許の蓄積は、同社の技術的リーダーシップの強力な証拠である。

同社は、設計、3Dプリントから鋳造、機械加工、検査まで、「ワンストップ」のターンキー?サービスを提供している。この垂直統合モデルは、顧客のサプライチェーン?マネジメントを大幅に簡素化し、コミュニケーション?コストとリスクを削減し、鋳物工場が本業に集中できるようにする。

3.3 古典的事例：データ主導の価値証明

成功事例は、潛在顧客を納得させる最も説得力のあるツールである。サンディ?テクノロジーは、一連の実際のプロジェクトを通じて、3Dプリンティング技術がもたらす重要なビジネス価値を定量化した。

には自動車用水冷モーターハウジング一例として、このケースは、3DP砂型鋳造プロセスが「大型、薄肉、複雑な螺旋狀の冷卻溝」という一體成形の問題をいかに解決するかを完璧に示している。 ²¹.新エネルギー車の分野でこの技術が成功裏に適用されたことで、高性能で複雑な構造の鋳物の生産において、その大きな利點が証明された。

一方工業用ポンプ本體SANDIの場合、SANDIは「3DP外型＋SLS內型」のハイブリッド製造モデルを採用した。この補完戦略は生産サイクルを80%短縮し、同時に鋳物の寸法精度をCT7レベルまで向上させ、ハイブリッド製造モードの強力な効果を完璧に証明した。

Xinxin鋳物工場との合弁プロジェクトは、最も強力なビジネス論を提供する。3Dプリンティング技術を導入することで、この鋳物工場は1,351 TP3Tの売上高の増加、利益率の倍増、リードタイムの半減、301 TP3Tのコスト削減を達成した。この一連の定量的數値は、鋳物産業における3Dプリンティング技術の投資収益率について反論の余地のない証拠を示している。

下の表は、3Dプリンティングが鋳造業界のペインポイントにどのように対処できるかを、技術レベルとビジネス価値の両面から視覚化したものです：

第4章 未來への展望：鋳造産業におけるデジタル化と持続可能性

3Dプリンティング技術は、鋳造業界を従來の「製造業」から「スマート製造業」への根本的な変革へと導いている。関連レポートによると、中國の積層造形産業の規模は高成長を続けており、2022年には320億人民元を超えるという。このデータは、デジタルトランスフォーメーションが不可逆的な業界トレンドになっていることを明確に示している。

將來、3Dプリンティングは人工知能（AI）、IoT、その他のテクノロジーと深く統合され、生産ラインの完全自動化とインテリジェントな管理を実現するだろう。鋳物工場は、AIアルゴリズムを使って鋳造パラメーターを最適化し、IoTセンサーを使って生産工程をリアルタイムで監視することで、歩留まり率と生産効率をさらに向上させることができる。

さらに、複雑な軽量設計を実現する3Dプリンティングの獨自の利點は、自動車、航空宇宙、その他の川下産業が製品性能を向上させ、エネルギー消費を削減するのに役立ち、これは世界的な持続可能な開発に完璧に適合します。3Dプリンティングのオンデマンド生産モデルと高い材料利用率（90%以上の未融著粉末はリサイクル可能）も廃棄物の発生を大幅に削減し、鋳造業界に以下をもたらします。鋳造業界に環境に優しい発展の道をもたらす。

結語 3Dプリンティングは鋳造の終わりではなく、その革新者である。3Dプリンティングは、「モールドレス」と「デジタル」という2つの核となる利點を通じて、従來の鋳造業界にかつてない柔軟性、効率性、品質保証を與える。これにより鋳物工場は、高いスクラップ率から脫卻し、より高い効率性、競爭力、革新性を備えた新時代を迎えることができる。競爭の激しい市場で抜きん出ようとする鋳物工場にとって、SanDi Technologyに代表される3Dプリンティング技術の採用は、もはやオプションの選択肢ではなく、未來への必要な道なのです。

3D打印如何解決鑄造高報廢率問題：革新鑄造工藝，提升品質與效率最先出現在三帝科技股份有限公司。

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、模型の斷面情報に従って特殊な砂素材（通常はバインダーなどを含む樹脂砂）を層ごとに積層し、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、機械加工許容範囲などの鋳造プロセスの要件を考慮して設計され、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強など、適切な後処理が施される。
3. 鋳造の準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備する。同時に、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、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、機械加工などの後処理を行い、最終製品の品質要求を満たします。

最先端

1. 高い設計自由度

複雑な構造の成形能力このような內部の空洞、灣曲したチャネル、成形面や砂型の他の構造を持つなど、複雑な形狀の製造における従來の砂型鋳造は、金型製造技術の限界によって、それは達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、航空機エンジンブレードの複雑な冷卻チャネル、微細な內部構造を持つ自動車部品などは、3D印刷砂型鋳造によって実現することができる。

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があります。これは、顧客固有の要件に基づいて、迅速に設計し、対応する砂をプリントアウトすることができ、異なる顧客の個々のニーズを満たすために、従來の金型製造のニーズを避けるために、金型を開くために、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::

金型製造工程の簡素化伝統的な砂型鋳造では、鋳型を製造する必要があり、鋳型の設計、製造、試運転には多くの時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。

迅速な反復と修正製品開発や設計の段階で、鋳物の設計を修正する必要があるとわかった場合、従來の砂型鋳造では鋳型を作り直す必要があり、コストと時間がかかる。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、設計の反復と修正を迅速に実現でき、製品開発プロセスをスピードアップできる45。

3. 精度と品質の向上::

高い寸法精度3Dプリンティング技術は、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が向上し、その後の加工や処理の作業負擔が軽減される4。

良好な內部品質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実現し、従來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、鋳物の內部品質を向上させることができます。同時に、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、従來の鋳型製造における材料の無駄を省くことができる。さらに、印刷プロセスでは、砂型の構造と強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。

人件費の削減従來の砂型鋳造では、鋳型の製作、砂型鋳造、鋳型の修理など、多くの手作業が必要で、人件費も高い。一方、3Dプリンター砂型鋳造は主に自動化された設備に頼って鋳造するため、人手を大幅に削減し、人件費を下げることができます。同時に、手作業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の砂型鋳造では、鋳型の製造や砂の加工過程で、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、グリーン環境保護の要求に沿う。

生産環境の改善3Dプリント砂型鋳造プロセスでは、大量の化學試薬やバインダーを使用する必要がないため、環境汚染やオペレーターの健康被害が軽減される。同時に、自動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、航空機構造部品、その他複雑な部品の製造に使用され、高強度、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。

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

概要

3Dプリント砂型鋳造は、先進的な鋳造技術として、3Dプリントと伝統的な砂型鋳造の利點を兼ね備えている。デザイン、生産サイクル、品質、コスト、環境保護において優れた性能を発揮し、現代の工業生産に新しいアイデアと方法をもたらしている。技術の継続的な開発と改善により、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、より環境に優しい方向に工業生産を促進することが期待される。

3D打印砂型鑄造：原理、流程、優勢最先出現在三帝科技股份有限公司。