真空鋳造プロセス
真空鋳造の概要
真空鋳造(VC)は、真空環境下で液体ポリウレタン(PU)樹脂をシリコーン金型に注入し、試作品(3Dプリント部品やCNC加工部品など)と全く同一の構造を持つ完成品を複製する、ラピッドプロトタイピングおよび小ロット生産技術です。.
このプロセスは、プロトタイピングの精度と生産の柔軟性を兼ね備えており、工業デザインの検証、機能試験、および小ロットの製品供給において広く活用されています。特に、ツールキットの構成部品、精密ハードウェアアクセサリー、および電子機器の筐体の迅速な展開に適しています。.
真空鋳造プロセス
真空鋳造の核心は、真空の負圧環境下で、液体樹脂を精密に充填し、気泡のない成形を実現することにあります。このプロセスでは、精密な制御、効率の最適化、および海外貿易注文における小ロット納品の要件を考慮する必要があります。.
水神機械は、大規模な工業生産向けの標準的なプロセスフローを提供するほか、小ロットのカスタマイズ生産に向けた最適化されたソリューションも提供しています。.
ステップ1:精密マスターモデルの製作
主な目的:
高精度かつ表面品質の高い試作モデル(マスターモデル)を提供し、レプリカの精度を直接決定します。.
試作の製作方法:
SLA/DLP方式の3Dプリント(精度±0.05mm)またはCNC加工(金属・硬質素材のプロトタイプに適している)を優先して使用してください。.
プロトタイプの前処理:
- 1. 研磨および仕上げ:400~1200番のサンドペーパーを使用し、表面粗さRaが0.8μm以下になるまで徐々に研磨する。;
- 2. 欠陥の補修:パテで隙間や気泡を埋め、表面を滑らかに仕上げます。;
- 3. 離型剤の塗布:専用の離型剤を均一にスプレーします(後工程でのシリコーンの付着を防ぐため)。.
品質管理のポイント:
試作品の寸法公差は±0.1mm以下とし、表面には傷、気泡、へこみがなく、刻印やねじ山などの細部が鮮明に再現されていること。.
ステップ2:金型設計とシリコーン金型の製作
主な目的:
複雑な構造にも適し、再利用が可能で、細部まで忠実に再現できる高弾性のシリコーン型を作成すること。.
金型フレームの構造:
試作品の寸法に合わせて金型フレームを設計し、樹脂用ゲート(直径3~8mm)と排気孔(直径1~2mm)を設ける。複雑な構造の場合は、分割金型(2~4セグメント)を使用する。.
シリコーンの選定と混合:
- 1. シリコーンの種類:2液型加成硬化型シリコーン(ショアA硬度10~40、高靭性、低収縮率);;
- 2. 混合比率:重量比1:1または10:1で混合し、気泡が入らないよう十分に撹拌してください;;
- 3. 添加剤:熱伝導剤(硬化を促進するため)や耐引裂剤(金型の寿命を延ばすため)を添加することができます。.
シリコーンの成形と硬化:
- 1. プロトタイプに衝撃を与えたり気泡が発生したりしないよう、シリコーンをゆっくりと注ぎます。;
- 2. 硬化条件:室温(25℃)で4~8時間硬化させるか、または高温(60℃)で1~2時間硬化させる。;
- 3. 金型の分解:硬化後、あらかじめ設定された分型線に沿って金型を切断し、試作部品を取り出します。.
品質管理のポイント:
金型のキャビティには気泡や不純物がなく、分解後もエッジがきれいに保たれており、試作品の細部を完全に再現することができます。.
ステップ3:真空脱ガス
主な目的:
シリコーン型や樹脂内の気泡を取り除き、レプリカの表面欠陥を防ぐため。.
カビの脱ガス:
分解したシリコーン型を組み立て直し、真空チャンバー内に設置し、-0.09~-0.1MPaまで排気した後、この圧力を15~30分間維持して、型腔内の残留空気を除去する。.
樹脂の脱ガス:
配合表(硬度、色、添加剤など)に従ってPU樹脂を調製し、十分に撹拌した後、真空チャンバーに入れる。同じパラメータを用いて、15~20分間脱気を行う。.
品質管理のポイント:
脱気後、樹脂には目に見える気泡が残っていないこと、また金型キャビティ内に残留空気がないこと(透明な金型フレームを通して確認可能)が求められます。.
ステップ4:樹脂の混合と注入
主な目的:
樹脂の特性(硬度、色、性能)を精密に調整し、真空下で金型キャビティを完全に充填します。.
樹脂の選定と混合
- 1. 樹脂の種類:製品の要件に応じて、軟質PU(ショアA 30~80)、硬質PU(ショアD 50~80)、透明PU、難燃性PUなどを選択してください。;
- 2. 混合比率:樹脂の取扱説明書に記載されている重量比(例:1:1、2:1)を厳守し、3~5分間撹拌してください。;
- 3. 粘度の調整:樹脂の粘度は50~500 mPa・s(室温)です。粘度が高すぎる場合は、粘度を下げるために加熱(40℃以下)が必要です。.
真空注型
- 1. 脱気した樹脂を、5~10 ml/sの速度で金型のゲートにゆっくりと注入する(新たな気泡の発生を避けること);;
- 2. 樹脂が型腔を完全に満たすまで、真空状態(-0.08~-0.1MPa)を維持する(これは金型の透明な観察窓から確認できる)。.
品質管理のポイント:
樹脂の配合比が正確で、射出時に気泡が発生せず、金型キャビティが完全に充填される(充填漏れがない)。.
ステップ5:硬化
主な目的:
金型内の樹脂を完全に硬化させ、安定した物性と寸法精度を確保するため。.
硬化条件:
- 1. 室温硬化:25℃を4~8時間維持する(軟質PUに適しており、高温による変形を防ぐため);;
- 2. 加熱硬化:60~80℃を1~2時間維持する(硬質PUに適しており、生産効率が向上する);;
- 3. 養生環境:乾燥したほこりのない場所に保管し、直射日光を避けてください。.
後処理検査:
金型の角を少し開け、製品の表面にそっと触れて、べたつきやへこみがないことを確認してから、完全に型から取り出してください。.
品質管理のポイント:
本製品は完全に硬化しており(硬度は基準を満たしている)、変形がなく、金型への付着もなく、色むらもありません。.
手順 6:型から取り出す
主な目的:
製品や金型を傷つけることなく、レプリカを素早く取り外すため。.
離型方法:
- 1. 手動での型外し:単純な構造の部品に適しています。プラスチック製のこじり棒(傷がつかないように注意)を使用し、パーティングラインに沿ってゆっくりと型をこじ開けてください。.
- 2. 機械式離型:複雑な形状や大量生産に適しています。専用の離型機(圧力 0.1~0.3MPa)を使用します。.
カビの対策:
脱型後は、アルコールで金型内面を拭き、樹脂の残留物を取り除いてください。次回使用に備えて、離型剤を再度塗布してください。.
品質管理のポイント:
本製品には、傷、損傷、金型残留物などがなく、金型キャビティも損傷がありません。.
ステップ7:後処理
主な目的:
輸出先顧客の最終納品要件を満たすよう、製品の外観および寸法精度を最適化する。.
基本的な処理
- 1. ゲート・バリの除去:はさみ、ヤスリ、またはグラインダーで余分な材料を切り取り、製品表面と面一になるまで研磨します。.
- 2. 仕上げ研磨:800~2000番のサンドペーパーで表面を研磨し、表面粗さRa≤0.4μmとする。.
表面処理(オプション)
- 1. スプレー塗装:プライマーのスプレー塗装 → トップコート → クリアニス(マット、ハイグロス、メタリックの各塗料に対応。色はPANTONEカラーコードに準拠)。.
- 2. シルクスクリーン印刷/パッド印刷:ロゴ、目盛り、文字を印刷します(精度±0.1mm、ブランドロゴに適しています)。.
- 3. 電気めっき/模擬陽極酸化処理:金属的な質感(例:銀、金など)を与え、輸出製品の外観要件を満たす。.
- 4. 組み立て:複数のレプリカ部品を組み立て、組み立て時の隙間は0.1mm以下となるようにする。.
品質管理のポイント:
製品の表面には傷、垂れ、気泡がなく、ロゴは鮮明で、組み立ての精度は基準を満たしています。.
ステップ8:品質検査と梱包
主な目的:
製品が注文要件を満たしていることを確認し、規定に準拠した梱包を通じて国際物流に対応できるようにする。.
品質検査:
- 1. 寸法検査:ノギス、マイクロメーター、または三次元測定機を使用して、主要な寸法を検査する。許容誤差は±0.1~±0.3mm/100mmとする。;
- 2. 外観検査:表面に欠陥(気泡、傷、色むら)がないか目視検査を行い、サンプリング率は10%以上とする。;
- 3. 機能試験:顧客の要求に応じて、耐摩耗性、耐熱性、耐衝撃性の試験を実施する(例:工具ハンドルスリーブの耐摩耗性試験:5000サイクル以上)。.
梱包方法:
- 1. 単品:傷を防ぐため、気泡緩衝材を内側に敷いた帯電防止プラスチック袋に個別に梱包されています;;
- 2. バルク梱包:輸出規格の段ボール箱に入れ、パールコットンまたは発泡スチロールで充填します(耐衝撃・防湿)。;
- 3. 表示:外箱に製品名、数量、重量、および防湿・割れ物表示を貼付し、国際物流の要件を満たすこと。.
品質管理のポイント:
検査合格率 ≥98%、梱包に損傷がなく、表示が明確で、対外貿易物流基準を満たしている。.
水銀鋳造液
真空鋳造は、工業製造分野におけるラピッドプロトタイピングや小ロット生産の中核技術です。サイクルタイムが短く、高精度で、低コスト、かつ多様な材料に対応できるというその利点は、ハードウェアツールやプラスチック部品の研究開発における反復作業や、小ロットの輸出注文のニーズに最適です。 材料を合理的に選定し、金型設計と後処理を最適化することで、サンプルから完成品への迅速な転換を実現でき、海外取引顧客に対する対応力と受注競争力を高めることができます。.