真空鋳造できる材料とは？ポリマープロトタイプ vs. 高性能金属部品

「真空鋳造」という用語は、ポリマー用と金属用の2つの異なる製造プロセスを指すことがよくあります。ポリマーの場合、このプロセスでは、生産用プラスチックを模倣するように設計されたさまざまなポリウレタン樹脂を使用して、忠実度の高いプロトタイプを作成します。金属の場合、真空精密鋳造は、超合金、ステンレス鋼、チタンなど、純度が重要な高性能合金に使用されます。

真空鋳造できる特定の材料は、どのプロセスを指しているかによって完全に異なります。選択肢は、シリコン型でプラスチックのような部品を作成するためのポリウレタン樹脂か、セラミック型で重要な部品を作成するための超合金やチタンのような高性能金属のどちらかです。

「真空鋳造」を分解する：2つの主要なプロセス

材料の選択肢を理解するには、まず、あなたの目標に合う「真空鋳造」プロセスを特定する必要があります。これらは非常に異なる問題を解決し、同じ材料や設備を共有しません。

プロセス1：ウレタン真空鋳造（ポリマー用）

このプロセスは、主にプラスチックのような部品のプロトタイピングおよび少量生産に使用されます。真空チャンバー内で、液体ポリマー樹脂を柔軟なシリコン型に流し込みます。

使用される材料は、2成分のポリウレタン樹脂です。これらは、一般的な生産用プラスチックの特性をシミュレートするように配合されています。

一般的な材料ファミリーには以下が含まれます。

• ABSライク：汎用で剛性があり、優れた耐衝撃性を持つ樹脂。
• ポリプロピレン（PP）ライク：半剛性で、優れた柔軟性と耐久性を提供する樹脂。
• ゴムライク（エラストマー）：さまざまなショア硬度値を持つ柔軟な樹脂で、ゴムを模倣します。
• クリア（PCまたはアクリルライク）：レンズや透明部品に使用される透明樹脂。
• 耐熱性：より高い動作温度に耐えることができる特殊樹脂。

プロセス2：真空精密鋳造（金属用）

これは、複雑で高性能な金属部品を作成するための高度に専門化された工業プロセスです。ワックスパターンを使用してセラミック型を作成し、その後、真空下で溶融金属を充填します。

このプロセスは、酸素と非常に反応しやすい金属、または絶対的な純度と完璧な内部構造を必要とする金属のために予約されています。

頻繁に使用される材料には以下が含まれます。

• ニッケル基超合金：（例：インコネル、ハステロイ）航空宇宙およびタービンエンジンで、極端な温度と耐食性のために使用されます。
• チタン合金：医療用インプラント、航空宇宙部品、軍事ハードウェアで、高い強度対重量比と生体適合性が不可欠な場合に使用されます。
• ステンレス鋼：高い耐食性と強度を必要とする複雑な部品に使用されます。
• アルミニウム合金：高い完全性を要求される軽量の航空宇宙および自動車部品に使用されます。

なぜ真空を使用するのか？主な利点

真空の役割は、基本的にプロセスから空気やその他のガスを除去することで品質を確保することです。

ウレタンの場合：気泡のない完璧なコピー

真空は、材料が導入される前に、液体樹脂と型腔からすべての空気を取り除きます。これにより、最終部品に気泡や空隙がなく、樹脂が型の細部まで充填され、マスターパターンの完璧な複製が作成されます。

金属の場合：純度と性能

金属鋳造では、真空は2つの重要な機能を果たします。まず、溶融金属と反応する酸素を除去することで酸化を防ぎます。これは、チタンや超合金のような反応性の高い合金にとって非常に重要です。

次に、圧力差は、単純な重力注入では完全に充填されない可能性のある、型の非常に複雑で薄壁の部分に溶融金属を引き込むのに役立ちます。

その他の真空プロセスに関する注意

真空鋳造を、同様に真空中で行われる他の製造プロセスと混同しがちです。参照されている材料は、これらの異なるプロセス用であり、鋳造用ではありません。

• 真空焼結：粉末金属や炭化物を熱と真空下で溶融せずに結合させます。
• 真空焼き戻し：すでに成形された鋼部品の硬度と延性を変更する熱処理プロセス。
• 真空窒化：完成部品の表面硬化処理で、耐摩耗性を向上させます。

これらは、液状材料を型に流し込んで部品の形状を作成するプロセスではないため、鋳造プロセスではありません。

目標に合った適切な選択をする

正しいプロセスと材料を選択するには、プロジェクトの最終目標を明確にする必要があります。

• 高忠実度のプラスチックプロトタイプまたは少量生産（10～100個）の作成が主な焦点である場合：ポリウレタン樹脂を使用したウレタン真空鋳造が理想的な選択肢です。
• 不純物のない複雑でミッションクリティカルな金属部品の製造が主な焦点である場合：超合金、チタン、または特殊鋼などの材料を使用した真空精密鋳造が必須のプロセスです。
• 既存の金属部品を硬化または変更する必要がある場合：鋳造ではなく、真空焼き戻しや窒化などの個別の熱処理プロセスを検討する必要があります。

最終的に、材料の選択を正しい製造プロセスに合わせることが、成功する結果の基盤となります。

要約表：

プロセス	使用材料	主な用途
ウレタン真空鋳造	ABSライク、PPライク、ゴムライク、クリア、耐熱樹脂	プロトタイピング、プラスチックのような部品の少量生産
真空精密鋳造	ニッケル超合金、チタン合金、ステンレス鋼、アルミニウム合金	航空宇宙、医療用インプラント、高性能金属部品

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