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機械設計の限界を払拭する世界オンリーワン鋳造工法
■フルモールド鋳造法とDMP技術のハイブリッド
フルモールド鋳造技術とDMP造形技術を組み合わせた新しい鋳造技術を開発(特願2010-291172)した。この複合技術により、これまで鋳造が困難であった、最小肉厚3mmの複雑中空構造を有する最大30トンの大型鋳物、特に大型ディーゼルエンジン用部品を製作する技術を確立した。この技術により従来の設計上の制約(アンダーカット、薄肉化等)が解消され、性能優先の製品設計が可能となる。
DMP(Direct Molding Process)は
発泡模型と中子による空間が製品となる新しい鋳造法

DMPは発泡模型と中子による空間が製品となる新しい鋳造法
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■技術の特徴
本技術は、製品の大きく単純な形状をフルモールド鋳造技術で作製し、製品内部の複雑中空構造をDMP造形技術で作製しようというものである。従来の製造法と異なり、木型や金型が不要であることから製品の試作から量産までが非常にスピーディであり、量産の垂直立ち上げや製品の設計変更にも素早く対応することが可能である。また、設計の自由度の高いDMP造形技術を用いるため、製品に使用するほとんど全ての中子を主型側で一体化することが可能となり、中子は一体で製造される。組み立てが不要のために中子-中子間の距離を高精度で実現でき、本技術ではこれにより3mmの製品肉厚を達成した。
DMP技術により造型した中子では、鋳鉄の鋳造時にベーニングと呼ばれる鋳造欠陥(鋳バリ)が発生する。複雑な中空構造を有する製品では、内部に発生したバリを完全に取り除くことは難しく、DMP造形技術を鋳鉄に適用するための大きな障壁となっていた。当社では人工砂を用いたDMP造形技術の開発(特願2012-113632)を行い、ベーニング欠陥の発生しない中子を作製する技術を確立した。
その他関連特許の出願番号:特願2012-013109
天然硅砂 人口砂(焼結法) 人口砂(アトマイズ法) 図1 硅砂は570℃付近に相転移点をもち、その際の体積膨張により鋳型が割れ、鋳造品にバリが発生する。相転移を起こさない人工砂を使用して鋳型を作製することによりベーニング欠陥を抑制することができる。
シリンダーヘッドの断面写真
図2 本研究開発で試作したシリンダーヘッドの断面写真。
天然硅砂で作製しベーニングが発生した試作品(図中左)
人工砂で作製しベーニングを抑制した試作品(図中右)
人工砂による中子を造型可能な積層造型装置
図3 人工砂による中子を造型可能な積層造型装置
■研究の背景及び経緯
国際的な炭酸ガス排出規制の中、内燃機関は燃焼効率向上の使命を帯びている。それに伴って鋳造製品に対しては、部品の一体化による複雑化、薄肉化・軽量化のニーズは常に存在している。これまでの鋳造方法では特に超大物製品について肉厚の寸法精度を保証することが難しく、薄肉化の障害となっていた。また、従来の方法ではアンダーカット形状や抜け勾配等、鋳造製品の形状には制約が多数存在している。本研究では製品形状に制約が少なく、寸法精度の高い製品が得られる2つの技術―フルモールド法とDMP造形技術―を組み合せた新しい鋳造技術の開発を行った。
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