研究開発された技術紹介

水道部品供給企業は、地震による地盤変動時でも継手の外れない耐震型水道部品や、世界的な淡水化処理装置の需要拡大を受けた耐食性材料を用いた給水ポンプ用インペラの開発を行っている。開発は、部品を実機搭載し評価が行われることから、低コスト試作品の迅速提供が求められている。そのため、本提案では、環境対応型鉛フリー銅合金及び高耐食性ステンレス鋳鋼の複雑形状鋳物を短納期に製造する技術の確立を目指す。

安価なインクジェット式3Dプリンタを用いた鋳型の開発により、高融点金属である鉛フリー銅合金、2相ステンレス鋳鋼鋳物の製造を短納期化することを目的とする(型製造を一般的な造形期間の2～6週間から24時間に短納期化し、鋳造工程を含めた鋳物製造を1週間以内とする)
(新技術)
高融点金属を鋳造できる耐熱性を有した鋳型を開発する
(新技術の特徴)
設備コストを抑えつつ、川下企業のニーズである短納期・複雑形状化に対応した鋳造プロセスが実現できる

・インクジェット式3Dプリンタによる鋳型ダイレクト製造
‐セメントバインダと人工砂の配合検討により、鋳型からのガス欠陥を最小とする無機材料粉体を開発した
‐含浸処理と焼成条件の検討により、強度と表面粗さを向上し、複雑形状への対応を可能とした
‐鋳型分割と組中子により、大型鋳物にも対応した
・鉛フリー銅合金での水道部品適用
‐適用が進むものの、生産方法が確立されていない鉛フリー銅合金鋳物において、溶解工程での最適な添加剤を選定し、効果的な溶融管理法を確立した
・鋳鋼でのインペラ製造技術構築
‐2相ステンレス鋳鋼製品に対して、鋳造シミュレーション解析の適用による鋳造方案の設計効率化を図った
・複雑形状鋳物の製造
‐ダイレクト鋳型により、複雑形状品の製造を可能にした

・鋳鉄、鋳鋼、銅合金等の高融点金属に対応可能なインクジェット式3Dプリンタによる耐熱鋳型
・鉛フリー銅合金製水道部品や2相ステンレス鋳鋼による複雑形状鋳物の試作
・複雑な冷却水路を有する鋳鉄製射出成形用金型やエンジン用エキゾーストマニュホールドの試作

鉛フリー銅合金製水道部品分水栓、2相ステンレス製インペラを試作し、川下ユーザより高評価が得られた。また、事業化は、ポンプメーカより従来法ではできないねじれ形状を有するインペラ用中子の販売に加え、当初の事業化計画以外の新たなユーザ製品へと波及した

・試作品の迅速供給
‐従来法によれば、試作品の提供には2週間程度を要していた
‐鋳型製造を24時間に短納期化し、鋳造工程を含めた鋳物製造を1週間以内目標の短納期化を達成した
・抜き勾配のとれず、型作製が困難な複雑形状にも対応し、形状自由度が高い製品の提供が可能
‐模型からの転写による造型方法では困難であったオーバーハング形状の鋳型を3Dプリンタにより直接造型し、鋳物製造を行った
‐3Dプリンタによる造型の中子は、一体成形が可能なため、形状の自由度が高く、さまざまな形状の製品に対応が可能であることから、製品展開の拡大に寄与する

【今後の研究開発】
・鋳型の開発において、崩壊性の確保による生産性の向上と型強度の向上による微細化形状への対応を予定している
・原材料の粉体のリサイクルや経年変化への対応を予定している
【対象市場】
・冷却水路を有する金型など従来法で製造困難な複雑形状品や早急な試作品の製造が想定される