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立体造形

開発リードタイムを短縮!RPによる中子・鋳型の一体造型技術

広島県

キングパーツ株式会社

2020年3月18日更新

プロジェクトの基本情報

プロジェクト名 ラピッドプロトタイピングによる精密鋳造用鋳型及び中子の迅速造形技術の開発
基盤技術分野 立体造形
対象となる産業分野 航空・宇宙、自動車、産業機械、工作機械
事業化状況 研究実施中
事業実施年度 平成21年度~平成23年度

プロジェクトの詳細

事業概要

精密鋳造の川下産業である航空機・産業用ガスタービン及び自動車等の産業からの新規開発リードタイムの短縮要求に応えるために、ラピッドプロトタイピング(RP)技術を用い、耐火粉末材料を直接焼結して、精密鋳造用中子と鋳型を、鋳造方案を含めて一体同時成形し、そのまま金属を注湯できる鋳型を製造し、試作品を短時間で完成させる技術の開発を行うものである

開発した技術のポイント

RP技術を用い耐火粉末材料を直接焼結、鋳型と中子を一体同時成型する技術を開発
・RP装置の開発→鋳型外形寸法300mmW×300mmL×500mmHを実現する装置
・耐火物粉末材料の開発→鋳型強度:仮焼結後3MPa、二次焼結後10MPa、高温10MPa
・リードタイムの短縮→中子造型は24時間以内、鋳物は48時間以内
・鋳物表面粗さ→Ra6.3程度
(新技術)
ラピッド・プロトタイピングを用いたレーザー焼結(LS)法
特徴
・中子と鋳型を一体で同時造型
・セラミック中子を用いた複雑形状鋳物でも迅速試作可能

具体的な成果

・RP装置と耐火物粉末材料を開発
‐400WCO2レーザー出力のRP装置を開発
‐耐火物粉末材料を開発、平均粒径20μm以上で安息角40°以下が最適、アルミナ系粉末混合が焼結性向上に有効、最適材料は溶融シリカ(FB40R)であることを判明
‐有機バインダーを添加、耐火物粉末材料の一次焼結強度の向上を図った
・170mmW×250mmL×110mmHの中子と鋳型を一体化した鋳型を造型
‐FB-40R、溶融アルミナ、有機バインダーの組み合わせの焼結体の特性を把握、造型条件を確立
‐本条件で長さ250mmのタービンブレード用中子を造型、二次焼結後4.3MPa
‐中子造型と同一造型条件で中子と鋳型を一体化した鋳型を造型、鋳型寸法は170mmW×250mmL×110mmH
・中子と鋳型の造型のリードタイムを短縮
‐RP中子をワックス成形して鋳包み造型し、鋳造試験を実施、中子と接触する鋳物面の表面粗さは目標値より少し悪いRa7.1
‐170mmW×250mmL×110mmHの単翼鋳型を2個取り鋳型に組み立てて鋳造試験を実施、注湯に十分耐えられることを証明‐中子造型は実績6時間(2個)、鋳物24時間(2個)

知財出願や広報活動等の状況

雑誌:JFS鋳造ジャーナル「ラピッド・プロトタイピング(RP)による精密鋳造用鋳型及び中子の迅速造型技術の開発」(H24.5)、月刊ツールエンジニア「レーザ粉末積層造形装置の現状」(H24.12)

実用化・事業化の状況

事業化状況の詳細

・H26年度の実用化に向け、補完研究を継続・中子を鋳包んだ一体造型鋳型での鋳物サンプルあり(有償)

製品・サービスのPRポイント

・製作時間短縮→ラピッドプロトタイピング(RP)技術を用い、耐火粉末材料を直接焼結して、精密鋳造用中子と鋳型を、鋳造方案を含めて一体同時成形し、そのまま金属を注湯できる鋳型を製造し、短期間で試作開発
・複雑形状化→精密鋳造用中子と鋳型を、鋳造方案を含めて一体同時成形し、複雑形状品を短期間で試作開発
・精度向上→精密鋳造用中子と鋳型を、鋳造方案を含めて一体同時成形することで精度のよい鋳物を短期間で試作開発

今後の実用化・事業化の見通し

補完研究を継続、さらに大手企業と共同での試作品製作を実施
・補完研究で、強度を上げる砂の配合率を確立し、中子及び主中一体鋳型を製作する最適レーザー焼結条件(二次焼結条件含む)を確立し、中子及び主中一体鋳型の強度確保造型技術とその鋳造技術の確立をする予定
・事業化のための拡販活動としては大手A社の開発部門(発電機部品)と共同で試作品の製作から評価を実施して頂く予定で現在計画を進めている

プロジェクトの実施体制

サポイン事業者 キングパーツ株式会社
事業管理機関 一般社団法人日本鍛造協会
研究等実施機関 妙中鉱業株式会社
株式会社アスペクト
伊藤忠セラテック株式会社

サポイン事業者 企業情報

企業名 キングパーツ株式会社
本社所在地 〒720-0002 広島県福山市御幸町下岩成879-1