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技術提案事例｜鍛造部品の軽量化・高温強度
高温強度と軽量化の両立にお悩みのお客様の事例です。
工法は鍛造から金属3Dプリンタへ、材料はアルミから鉄系特殊材料へ。
比重約3倍の鉄系材料でも従来品より軽量化し、高温強度の課題も解消しました。
この事例のポイント
お困りごと
アルミ鍛造ピストンの高温強度と軽量化
高温強度に不安があり、鍛造では形状変更による軽量化も難しい状態でした。
ご提案
鍛造→金属3Dプリンタ
アルミ→鉄系特殊材料
形状自由度を活かした肉抜きと、高温強度に優れる材料への変更を同時にご提案。
結果
強度解析を含め要求仕様をクリア
鉄系材料に変えたうえで軽量化を実現し、金型レスで製作しました。
BEFORE
「アルミで軽量化しているが高温強度が心配。鍛造なので形状を変えて軽くすることも難しい」
ピストンを軽量化するためにアルミを採用しているものの、高温強度に懸念があり、さらに鍛造で製造しているため形状の自由度が低く、形状変更による軽量化も難しい──そんなお悩みをお持ちのお客様からご相談をいただきました。
| 項目 | 内容 |
|---|---|
| 製品 | ピストン（Φ80 L40） |
| 従来の材料・工法 | アルミ／鍛造 |
| 課題① 高温強度 | アルミは高温強度が低く熱膨張率も高いため、高温環境での強度に懸念があった |
| 課題② 軽量化の限界 | 鍛造は金型から抜ける形状しかつくれず、形状変更による軽量化が難しい |
| 課題③ 開発期間 | 鍛造は金型製作・試作・トライを経るため、量産まで数か月〜1年ほどかかる |
▼
ご提案にあたっては、工法だけ・材料だけを変える方法も含めて比較検討しました。高温強度と軽量化を両立するには、両方を同時に変える必要があると判断しました。
| 検討した方法 | 高温強度 | 軽量化 | 評価 |
|---|---|---|---|
| ① アルミ鍛造のまま形状を見直す | 課題が残る | 抜き勾配など型の制約で限界がある | △ |
| ② 材料だけ鉄系に変更（鍛造のまま） | 改善できる | 比重が約3倍のため重量が増える | × |
| ③ 金属3Dプリンタ＋鉄系特殊材料 | 改善できる | 形状の自由度で大幅な肉抜きが可能 | ◎ 採用 |
AFTER
提案 1
工法転換：鍛造 → 金属3Dプリンタ
金属3Dプリンタは3Dモデルデータから直接製作する工法のため、金型を使いません（金型レス）。
抜き勾配を設ける必要がなく、形状変更によって製品重量をギリギリまで追い込むことができます。
提案 2
材料転換：アルミ → 鉄系特殊材料
高温強度が低く熱膨張率も高いアルミに代わり、鉄系特殊材料への変更をご提案しました。
比重は約3倍になりますが、形状変更による大幅な軽量化で、鉄系材料でも従来より軽くできると判断しました。
| 項目 | アルミ（従来） | 鉄系特殊材料（ご提案） |
|---|---|---|
| 比重 | 2.71 g/cm³ | 7.87 g/cm³（鉄） |
| 高温強度 | 低い | アルミより高い |
| 熱膨張率 | 高い | アルミより低い |
| 比較項目 | 鍛造（従来） | 金属3Dプリンタ |
|---|---|---|
| 金型 | 必要 | 不要（金型レス） |
| 製品ができるまでの期間 | 金型製作・試作を経るため数か月〜1年ほど | 金型製作が不要なため、短期間で製作できる |
| 抜き勾配 | 必要 | 不要 |
| 形状の自由度 | 型から抜ける形状に限られる | 内部構造まで自由に設計できる |
| 向いている生産数量 | 量産（大量生産） | 試作品・少量品 |
量産への対応について
金属3Dプリンタは現在、試作品や少量品の製作を中心にご活用いただいています。一方で、装置や材料の進化により、金属3Dプリンタを量産に活用する動きは世の中で広がりつつあります。
量産を見据えた製品でも、まずは試作段階からお気軽にご相談ください。
RESULT 01
鉄系材料に変えたうえで、形状の工夫により軽量化を実現しました。
RESULT 02
強度解析を含め、お客様の要求仕様をクリアしました。
RESULT 03
金型を使わないため、金型製作にかかる期間・コストが発生しません。
本事例は「アルミから別の材料に変えて、なお且つ軽量化しなければならない」ケースで、製品設計・材料選定・造形・ポストプロセスのいずれにも高いレベルが求められました。これまで数千点の造形品実績で培ったノウハウをもとに、強度解析も含めて要求仕様をクリアしています。
STEP 1
製品設計
抜き勾配なしで再設計
STEP 2
材料選定
鉄系特殊材料
STEP 3
強度解析
要求仕様を確認
STEP 4
造形
金型レス
STEP 5
ポストプロセス
仕上げ・納品
「軽くしたいが強度も落とせない」というご相談は、材料だけ・工法だけを変えても解決しないことがよくあります。設計・材料・工法をセットで見直すことで、今回のように一見矛盾する要求を両立できる場合があります。鍛造品や鋳造品の置き換えも、お気軽にご相談ください。
A. はい。本事例のように、工法だけでなく材料の変更も含めてご提案します。
A. はい。既存の図面や現物をもとに、金属3Dプリンタへの置き換えが適しているかを含めて検討します。
A. はい。金型を使わないため、試作1個からでもご依頼いただけます。
A. 3Dプリンタありきではなく、機械加工を含めた最適な工法をご提案します。工法転換が不要と判断した場合も、その理由を含めてご説明します。
✔ 鍛造品の軽量化に限界を感じている
✔ 金型レスで開発期間を短縮したい
✔ アルミ部品の高温強度に不安がある
✔ 材料変更も含めて最適な工法を相談したい
鍛造品の軽量化や形状制約にお困りの方、金属3Dプリンタへの工法転換で金型レスを実現したい方は、お気軽にご相談ください。
図面1枚・構想段階からのご相談も歓迎です。
