ダイレクトインベストメント鋳造は、幅広い種類の金属で大小のパーツを製造する時によく用いられる金型製造法の一つで、ワックスを使用する場合にはロストワックス鋳造とも呼ばれています。5千年以上前に生まれた鋳造という技術は、金属部品を製造する最も容易な方法として知られ、製作者に幅広い種類の材料を使って製作する自由を与えています。

インベストメント鋳造では、手で彫るか、3Dプリントしたマスター（原型）から空洞のある鋳型を製作します。マスターは、耐火性鋳造材料（またはインベストメント）に浸し、それが乾いた後、固形化します。ワックスで作ったパターンまたは3Dプリントしたパターンは焼成工程で燃え尽き、パターンのデザインを逆にした陰型が残ります。その鋳型の空洞部分に溶融金属を流し込んで固めることで、金属部品が完成します。

ディテールの凝った複雑な形状のジュエリー用のワックスパターンを手作業で製作するためには、非常に高度な技術が必要です。高い需要やファストファッションに突き動かされるジュエリー業界では、手作業中心の工法では市場の変化のスピードに追い付くのが難しくなります。Formlabsが提供する先進的な材料や手頃な価格帯の3Dプリンタは、宝飾品の製造業者やデザイナーの働き方を大きく変貌させています。工業品質の製品をデスクトップで製作でき、これまで何時間も要していた複雑な形状の細かな調整作業なども、短時間で効率よく完了できるようになりました。

True Castレジンの使用に関する詳細は、こちらのサポート記事をご覧ください。

製作するパーツのデザインコンセプトからパターンの3Dプリントに至るまでのプロセスは、RhinoGold、JewelCADまたは3DesignといったCADソフトウェアを使ったベストプラクティスを活用することをお勧めします。

参照製品：

True Castレジン：繊細なジュエリーや複雑なエンジニアリング部品を最大5mmの厚みで正確な鋳造ができるよう開発されたワックス充填材料です。滑らかな表面品質とディテールまで高度に再現した高精細部品を製作できます。

Castable Wax 40レジン ：鋳造性に優れたワックス含有率の高いダイレクト鋳造レジンで、石穴やデボスなど幅広いデザインに対応します。

Castable Waxレジン ：ワックス含有率が低く、ワイヤーフィリグリーなどの非常に繊細な構造に対応できる生強度の高い特性を持っています。

繊細なスプルーチャネルは3Dプリントで作ると、その部分を手作りするより遥かに作業時間が節約でき、ディテールの細部の鋳型充填率を高めることができます。フィードスプルーは直線にするか、先が細くなるように設計してください。

PreFormで追加できるサポート材は、スプルーとして使用しないようにしてください。スプルーを3Dプリントする予定でしたら、そのデータをお使いのCADソフトウェアで作成したデザインに取り込むことをお勧めします。

Castable Waxレジンは、複雑なフィリグリーを含むピースの製作に求められる非常に高い精度を特性の一つとして備えています。精細なワイヤメッシュの鋳造を成功させるのは容易ではありませんが、スプルーを計画的にデザインに取り込めば可能です。

精細なメッシュは、ワイヤの直径が最小0.3ｍｍまでならプリント可能です。プリントしたフィリグリーは脆弱で、サポートを取り外すと簡単に壊れてしまいます。フィリグリーはできるだけ自立できるように設計するべきです。

フィリグリーを設計する際、3Dプリントしたスプルーを鋳造後に取り外される「サポート」としての役割も果たせるように設計してください。細いチャネルで金属が凍結するのを避けるために、フィリグリーのメッシュの縁周辺の多くのポイントに溶融金属が流れるようにスプルーを追加してください。

きれいに鋳造するためには、プリントしたパーツを純度90%以上のイソプロピルアルコール（IPA）で入念に洗浄してください。硬化していない余分なレジンが残っていると、インベストメントの硬化に干渉し、鋳造欠陥の原因になる恐れがあります。

パーツをIPA溶液槽から取り出したら、完全に乾くのを待ちます。二次硬化と鋳造に移る前に、圧縮空気を使って、パーツからIPAを完全に蒸発させてください。洗浄し、乾燥させた後もパーツに粘り気が残っている場合は、お使いのIPAを純度の高いIPAに入れ替える必要があるかもしれません。

洗浄時間については、サポートページをご覧ください。

パーツの洗浄が不十分だと、二次硬化をしても鋳造結果は向上しません。プリントしたパーツの二次硬化は必ずしも必要ではありませんが、スプルー中にパーツが破損するようでしたら、取り扱い強度を高めるために二次硬化する選択肢もあります。プリントするパーツが脆弱な場合、サポート材を取り外した後に二次硬化することをお勧めします。未加工パーツの場合は、まだ柔軟性があるため、サポートを切り取った時に崩れる可能性は低いです。タッチポイントの痕が残っている場合は、二次硬化後に1,000番のサンドペーパーで研磨して取り除くことができます。

二次硬化の時間や設定については、Form Cure V2およびForm Cure V1のそれぞれの詳細をご確認ください。

後処理したパーツを粘り気のあるスプルーワックスでメインのスプルーツリーに繋げます。プリントした各パターンとそれぞれのフィードスプルーの間の接点を滑らかにするために、ワックスを溶かします。

厚みのあるパーツをツリーの下部に、薄いパーツをツリーの上部に配置します。3Dプリント製のパーツの場合は、従来のワックスツリーよりもパーツ同士の間に若干のスペースが必要な場合があります。「薄くシェル化した」大型のパーツを鋳造する時は、水抜き穴をすべてワックスで埋め、インベストメント材料がプリントに進入することを防ぐようにしてください。

Formlabsでは、3Dプリントしたパターンを「鋳造バリア」フィルムに漬けることを推奨していません。鋳造バリアフィルムは、液状のワックスが加熱中に溶かすレジンの力を弱める可能性があります。

インベストメントフラスコ鋳型を準備する際の標準的な手順を下記に示します。真空インベストメント装置を使えば、インベストメントを均等に混合し、ガス抜きし、インベストメントを簡単且つきれいに注ぎ込むことができます。別の方法として、ミキサーと真空チェンバーを別々に使用することもできます。

Formlabsでは、True Castレジン、Castable Wax 40レジン、Castable Waxレジンを使ってジュエリー用のインベストメント鋳造をする時のインベストメント材料として、Certus Prestige Optimaを推奨しています。Castable Wax 40レジンの方が、インベストメント材料として選択できるオプションは多いです。鋳造が難しそうな複雑なデザインの場合は、Nobilium Microfireなど、よりリン酸結合が強いインベストメント材料にアップグレードすることをご検討ください。代替のインベストメント材料をご使用される場合は、製造元が推奨する焼成条件を鋳造計画に採り入れるようにしてください。

鋳造用フラスコを焼成用のオーブンの中に入れたら、推奨の焼成スケジュールに従ってオーブンを加熱してください。インベストメントの製造元の指示、フラスコの大きさや使用するプリント材料の量に応じて、焼成スケジュールを調整してください。

Formlabsでは、チェンバーの隅々まで空気が十分流れ、蒸発するレジンの蒸気が安全に排気されるようにするために、換気の良い炉（吸気口と排気口が両方設けられているタイプ）を使用することをお勧めしています。

燃焼時間が大幅に短い（4～8時間）のは、軽量な形状と強力なリン酸塩結合のインベストメント材料に限られます。リン酸結合が強いインベストメント材料を使えば、Formlabsのどのレジンで鋳造しても、より早く焼成することができるようになります。

ヒント：

• 換気は絶対に必要ですが、空気の流れが良いと、オーブン内の温度も下がりやすくなります。お使いの装置に合った焼成スケジュールが定まってきたら、オーブンとフラスコの温度を監視しながら、鋳造プロセスを調整するようにしてください。
• 強制換気を使う場合は、オーブンの隅々まで空気が流れるように、できるだけ吸引力を高めるようにしてください。
• オーブンが数多くのフラスコで埋まってしまうと、空気の流れが悪くなります。その場合は、空気の流れを良くするためにオーブンに酸素発生器を装着するか、低流空気路を設けてください。

鋳型を炉と鋳物から取り出します。Neutec J2R（米国）およびIndutherm MCシリーズ（EU）などの遠心鋳造機または真空鋳造機は、使用が簡単で、高度にコントロール可能です。鋳造後は、鋳型を慎重に水で冷やし、余分なインベストメントを洗い流してください。

Formlabsでは、True Castレジン、Castable Wax 40レジン、 Castable Waxレジンでプリントしたパターンが金銀銅を使って鋳造可能であることを実証するための試験を実施しています。金属の互換性はインベストメントの特性を真っ先に見極めなくてはならない重要な要素です。使用する金属によって、インベストメントに対する温度耐性が異なります。

Formlabsのダイレクト鋳造レジンは、完全な焼成のために少なくとも732℃への過熱が必要です。特定のインベストメントとレジンの適合性が不明な場合は、メーカーにお尋ねください。

Formlabsでは、ジュエリーのインベストメント鋳造用素材として、True Castレジン、Castable Wax 40レジン、Castable Waxレジンを提供しています。Castable Wax 40レジンは、様々な焼成スケジュールにより柔軟に対応できるように設計されていますので、レジンを使って鋳造するのが初めてのユーザーでも失敗する可能性はそれほど高くありません。Castable Waxレジンをお使いの場合は、焼成条件を定めたガイドラインにより厳格に従う必要があり、品質の高い鋳造結果が得られるパターンの形状にも制約があります。

Certus Prestige Optimaまたは同等のインベストメント材料を使用した時の各材料の推奨焼成スケジュールは、下記のとおりです。

インベストメントと金属に基づく時間と温度の完全な内訳は、True Castレジンの使用ガイドをご覧ください。

Formlabs SLA光造形プリンタのシームレスなプリント工程、高精度、滑らかな表面品質で、デザインから製作までスムーズな移行を実現します。試着用ピース、すぐに鋳造可能な特注ジュエリー、再利用可能なジュエリー成形型の3Dプリント、Formlabsは様々な用途に最適な材料を取り揃えています。FormlabsのSLA光造形プリンタの詳細をご覧いただくか、お客様の用途に最適なソリューションについてFormlabsまでお問い合わせください。

Formlabsは、Lars Sögaard Nielsen氏ならびにKEA（コペンハーゲン造形技術大学）の研究チームに対し、同チームの鋳造プロセスの文書化を許可していただいたことに深く感謝いたします。