ロストフォーム鋳造
ゆるい砂に埋めた発泡スチロールの複製に、金属を流し込む
ロストフォーム鋳造は、部品の発泡スチロールの複製をゆるい砂に埋め、その上に直接金属を流し込む工程です。熱い金属が発泡スチロールを気化させ、そっくり入れ替わります。エンジンブロック、シリンダーヘッド、船外機の部品がこの方法でつくられ、砂型鋳造なら多数の中子が必要になる複雑な内部通路を、一体でつくれることがよくあります。
しくみ
発泡スチロールの複製をつくる。 パターンは、使い捨てカップと同じ軽い発泡材である発泡ポリスチレンのビーズから成形するか、1 点ものなら手で削り出します。発泡スチロールのスプルーを接着し、複雑な部品は複数の発泡スライスを貼り合わせてつくることもあります。
コーティングする。 発泡スチロールを薄い耐火性(耐熱性)のコーティングに浸して乾かします。コーティングは砂を通さず、ガスは通します。
ゆるい砂に埋める。 コーティングした発泡スチロールを鋳枠に入れ、バインダーを含まない乾いた砂を周りに流し込みます。鋳枠を振動テーブルで揺すると、砂があらゆるくぼみに詰まります。
注湯する。 溶けた金属を発泡スチロールのスプルーに注ぎます。発泡スチロールは金属の少し先で溶けてガスになり、そのガスはコーティングを通って砂の中へ逃げます。
砂を出す。 冷えたら鋳枠を傾けて空けます。ゆるい砂は流れ出て、再利用されます。鋳物を取り出し、スプルーを切り落とします。
主なポイント
- 材料
- 主にアルミニウム合金と鋳鉄。一部の鋼や銅合金も
- 代表的な部品
- エンジンブロックとシリンダーヘッド、吸気マニホールド、船外機のハウジング、ポンプやバルブの本体、アート作品
- 部品サイズ
- 1 kg 未満から数百キログラムまで
- 精度
- 100 mm の形状で約 ±0.3〜±0.5 mm
- 表面仕上げ
- Ra(平均粗さ)で約 2.5〜25 µm。発泡ビーズのかすかな模様が見えることが多い
- 向いているロット数
- 成形した発泡スチロールなら大量生産、手で削った発泡スチロールなら 1 点もの
- 金型・設備コスト
- 発泡スチロール用のアルミ型は数万ドル。自動化ラインは数百万ドル
- 速度
- 冷却は数分から 1 時間。自動化ラインでは 1 分ほどごとに鋳枠 1 つを満たす
強みと限界
強み
- 中子なしで、複雑な形状や内部通路をつくれる
- パーティングラインがないので、バリも出ない
- バインダーを含まないゆるい砂は再利用しやすい
- 複数の部品を 1 つの鋳物にまとめられる
限界
- 部品ごとに、新しい発泡スチロールのパターンを燃やし尽くす
- 壊れやすい発泡スチロールのパターンは傷つけやすい
- 発泡スチロールの残渣が、折れ込みや炭素の跡といった欠陥の原因になることがある
- 発泡スチロールのパターンを成形するには、量産用の高価な工具が必要
使われる場所
- 自動車エンジンブロック、シリンダーヘッド、クランクシャフト、マニホールド
- 船舶船外機のブロックとハウジング
- ポンプとバルブポンプのハウジング、バルブ本体、管継手
- 機械ギアボックスのハウジング、ブラケット
- アートと試作手で削った発泡スチロールからつくる、1 点ものの彫刻や部品
見分け方
- 発泡ビーズが残した、表面の小さな丸いくぼみのかすかな模様。
- 部品のどこにも、パーティングラインの継目がない。
- 発泡スチロールのスライスを接合した接着線で、薄い隆起として見えることもある。
- 中子の支持穴(コアプリントの穴)がなく、複雑な内部通路が一体でできている。
比較
動画を見る
Heinrichs Made · 初心者向けの解説:発泡スチロールを削り、砂に埋め、注湯して、仕上がるまで
Brian J · 小さな工房での注湯。発泡スチロールのパターンから完成品まで
FATA Aluminum · ロストフォーム法でエンジンブロックをつくる工場
Завод АКС, ЛВМ и ЛГМ технология литья · 自動化ライン:鋳枠、砂の締め固め、注湯
実写真を見る
- Wikipedia:Lost-foam casting — 工程の概要と歴史。写真は少ないので、下の検索をご利用ください
- Wikimedia Commons の写真検索
覚えておこう
- 発泡スチロールのパターンは取り除かれることがなく、金属が焼き尽くします。
- バインダーのないゆるい砂とパーティングラインがないことで、型は単純になります。
- エンジンブロックのような、複雑な一体部品に最適です。