ダイハツ工業は、3次元(3D)プリンターで砂の型を造り、その型で試作部品を作る取り組みを進めている。今回、砂の種類を変えたことや砂を酸で覆うことなどにより、従来のアルミ部品に加えて、鉄部品の試作も可能にした。エンジン部品などに利用範囲が広がる(図1)。

図1 1/2スケールの砂型と鋳造品
3Dプリンターで砂の型を造り、その型に鉄の溶湯を流し込み、シリンダーヘッドなど鉄材料の試作品を造った。
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 ダイハツは2012年から約5年をかけて3Dプリンターを使った砂型造型技術を開発した。型の素材として使用する砂の種類を、従来の天然珪砂(ケイシャ)から、熱膨張率が低い人工砂を使うことにした。これにより、造型過程の効率化による試作のリードタイムの短縮や、使用した砂のリサイクル性を向上させることを可能とした(図2)。

図2 従来の3Dプリンターの課題と今回の対応策
今回は、熱膨張などの課題を解決した。
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 鋳造用砂型に用いられる人工砂は、ボーキサイト(アルミナを主成分とする鉱石)を溶かして空中で落下させ、真球状に固まらせたセラミック粒子である。開発当初は「エスパール」(山川産業)を使ってきたが、現在は伊藤忠セラテック製の「セラビーズX」を使っている。

 人工砂を造型に使用する際には必要な仕様に合わせて製品を選択するが、「自動車業界での砂型鋳造では天然珪砂と合わせてエスパールを使う例が多い。比熱が高く冷却効果をもつので、サイクルスパンを短くできる。当社が現在使っているセラビーズXは比重が小さく軽量なので清掃時の作業性が良く、使用する企業からの要望が多い」(ダイハツ生産技術部技術企画室主任係長の髙田和樹氏)とする。

 ダイハツが鉄系材料の鋳造に使う、3Dプリンターによる砂型造型に人工砂を選択したのは、天然珪砂と人工砂では熱膨張率が大きく異なるためだ。天然珪砂の熱膨張率が1000℃で約1.4%となるのに比べ、人工砂は0.2%前後(製品によって変化)となる。鉄系材料の鋳造では型内での溶湯の溶融温度が1500℃強に達するため、熱膨張率が小さい人工砂を使用すれば、型の割れなどを抑えられるので製品の寸法の再現性も高くなる(図3)。

図3 砂型の熱膨張による破損実例
天然砂で型を造ると、鉄部品の溶湯が高温であるため型が熱膨張・破損することがあった。
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