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米国のFabriは、樹脂製の原型を3Dプリントし、独自ソフトウェアで製造工程を管理する金属鋳造工場を運営しています。共同創業者のスティーブン・デイビス氏は、設計の受領から完成部品の製造まで最短1週間で対応できるとしています。同社は航空宇宙・防衛向け部品の認定手続きを進めるとともに、2027年には、より大型の部品を大量に製造するための新工場を建設する計画です。
樹脂製の原型で金型製作と組み立てを省く
Fabriが手がけるのは、原型の周囲にセラミック製の型を作り、溶かした金属を流し込む「インベストメント鋳造」です。従来は、鋼材を加工して金型を作り、そこにワックスを射出して原型を成形します。複数の原型を枝状につなぎ、セラミック粉末を含む液への浸漬、砂の付着、乾燥を7〜8回繰り返して鋳型を作ります。
Fabriでは、コンピューター上の設計データであるCADファイルを基に、独自ソフトウェア「FoundryOS」が原型を設計します。原型は、光で樹脂を固めるDLPや光造形などの方式で出力し、セラミックの懸濁液に浸して鋳型の殻を形成します。デイビス氏は、原型と金属の通り道を一体で出力することで、従来の金型製作やワックス原型の組み立てに伴う作業を減らせるとしています。
FoundryOSは各工程のデータを取り込み、機械学習モデルを使って鋳造工程や部品の改善に活用します。デイビス氏は、複雑な設計では従来の金型費用が100万ドル（約1億6,000万円）を超え、製作に何カ月もかかる場合がある一方、Fabriの方式では数日単位で部品設計を改良でき、鋳造後の仕上げ工程も減らせるとしています。
2027年に大型工場とニッケル超合金へ展開
Fabriは、マサチューセッツ工科大学（MIT）出身のデイビス氏とトーマス・コール氏、金属3Dプリントのアルゴリズム開発に携わったピーター・クーリエ氏が設立しました。2025年にマサチューセッツ州アッシュランドで最初の鋳造工場を開き、2026年春に同州ビレリカへ生産を移しています。
現在の工場は約1486平方メートルで、アルミニウム、銅合金、ステンレス鋼の部品を製造しています。主な用途は弾薬、航空、海軍関連で、レイセオン、ロッキード・マーティン、シコルスキー・エアクラフトなどと取引し、航空宇宙・防衛の重要用途に向けた認定手続きを進めています。
既存工場の生産能力を拡張しながら、顧客の計画が量産段階へ移るのに合わせ、2027年にはさらに大きな工場を建設する予定です。また、2027年初めには、タービンブレードなどに使うニッケル超合金の鋳造を始める計画です。
樹脂を焼失させる工程では膨張と灰を管理
Fabriが使う樹脂原型は、金属を流し込む前に取り除く必要があります。3Dプリントした原型を使う一般的なインベストメント鋳造では、セラミックで覆った原型を焼失させ、内部に金属を流す空間を作ります。材料の選定では、焼失後に残る灰を少なくすることが重要です。
焼失時の熱膨張に対応する設計例として、3D Systemsの「QuickCast」では、原型を中空にし、内部に六角形の支持構造を設けています。この構造は加熱時に原型がつぶれるように働き、セラミックの殻が割れるのを防ぎやすくします。
樹脂原型の鋳造への適合性は、造形精度だけでは決まりません。樹脂の配合、原型の肉厚や形状、洗浄と追加硬化、焼失時の昇温速度や保持時間、炉の挙動などが結果に影響します。Fabriも原型の造形から鋳造までを扱いますが、樹脂原型を使う工程では、こうした造形後の条件も管理する必要があります。
生産数量と検査要件も工程選びを左右
Fabriの方式は、樹脂で原型を出力した後に金属を鋳込む製造方法です。同様に3Dプリントした原型を使うBarron Industriesの工程でも、CADデータから原型とセラミック型を作り、指定された合金を鋳造した後、加工や検査を行います。金属を層ごとに直接積み上げる3Dプリントとは、最終部品を作る工程が異なります。
Barron Industriesはアルミニウム、ステンレス鋼、炭素鋼・低合金鋼、ニッケル、コバルトなどを鋳造しています。同社は、3Dプリントした原型を使う鋳造について、金属の直接3Dプリントに比べて幅広い合金を選べ、鋳肌も滑らかだとしています。
一方、原型は鋳造のたびに失われるため、数量が増えると金型の使用が選択肢になります。鋳造会社Diversified Metalsmithsのジョン・ファー氏は、年100個を受注するチタン製インペラーでは樹脂原型を使用しつつ、1000個の依頼なら金型を作ると述べています。同氏は、3Dプリント原型の形状精度によって、鋳造後の研削や手作業を減らせる点も評価しています。
Fabriが参入を進める航空宇宙向けでは、製造速度に加え、初回品が設計要件を満たすことの検証も工程に含まれます。初回品検査（FAI）では、図面の寸法、材料の化学成分や機械的特性の証明、放射線・浸透探傷などの非破壊検査結果、熱処理や表面処理の認証、必要な機能試験を確認します。検査記録をまとめる航空宇宙分野の規格がAS9102です。
Engineered Precision Casting Companyの初回品検査では、鋳造用の型、工程条件、熱処理条件によって寸法要件を満たす部品を製造できるかを、量産数量の出荷前に確認します。AS9102に沿った記録には、寸法測定結果に加え、材料・工程の証明書や、該当する機能試験の結果も含まれます。
