日本鋳造、凝固割れ防止の中子開発　砂型3Ｄ造形で　川崎工場　金属粉末の知見生かす

大手鋳造メーカーの日本鋳造は、川崎工場（川崎市川崎区）の砂型3Ｄプリンターを活用することで、注湯した鋼が凝固収縮した場合に割れなどの欠陥が生じない機能性中子（砂型）を開発した。半導体製造装置向け中子で試作を繰り返した結果、高い品質を確認しており、早期実用化を目指す。特許出願は完了している。

　鋳型の一種である中子は、鋳造品の図面を基に木材や発泡スチロールなどの素材を用いて型を製作。その型に鋳物砂と樹脂を入れて混ぜることで硬化させ、中子を造型する。この場合、中子の内部と外部の強度は全ての箇所で同様になり、柔軟性に乏しく、鋼を注湯した際に生じる金属凝固収縮によって一部で凝固割れなどが発生するケースが見られる。

　今回開発した機能性中子は、砂型3Ｄプリンターを活用することで実現。3Ｄプリンターでは金属粉末を積層する乾式運転と、この金属粉末を接着・結合させるためのバインダー（結合剤）を噴射する湿式運転を繰り返すことで中子を造型する。

　機能性中子はこの造型プロセスにおいて、意図的にバインダーを噴射しない領域を内部に設け、中子に柔軟性を持たせることで金属凝固収縮による欠陥発生を防ぐ。「3Ｄプリンターの特性と、金属粉末に対する知見やノウハウを組み合わせて完成した」（同社）という。

　日本鋳造は2023年9月、川崎工場に砂型3Ｄプリンターを導入。中子の製造を自動化することで省人化に寄与し、砂型製造コストが低減した。また、3Ｄ積層造形品の強度は鋳造品に比べて2倍程度大きく、補強材である芯金が不要になり、芯金の溶接などコスト低減につながっている。現在は半導体製造装置の架台用の中子を手掛けており、フルに稼働している。半導体関連ニーズを捕捉するため、新規アイデアの砂型製作に挑戦し、造形品質の評価段階に入っている。