チタン鋳造 vs.Cold Metal Fusion 

2026年2月10日 | 読了時間：8分

チタンはポンプやバルブに優れた材料です。耐食性に優れ、軽量で生体適合性が高く、過酷な化学環境や衛生環境、高圧環境下でも高い耐久性を発揮します。しかし、チタン部品においては、材料そのものの選択と同時に、どのような製造方法を採用するかも重要になっています。

長年にわたり、チタン鋳造と鍛造が産業生産の主流を占めてきました。現在では、FORMIGA P 110 CMFで使用される焼結ベースの金属積層造形プロセスであるCold Metal Fusion (CMF)が、チタン鋳造に代わる有力な拡張性の高い選択肢として急速に注目を集めています。

では、これら2つの製造方法はどのように比較できるのでしょうか。
性能、コスト、設計自由度の面で優れているのはどちらでしょうか。
そして、エンジニアはどのタイミングで鋳造からCMFへ切り替えるべきでしょうか。

詳しく見ていきましょう。

チタン鋳造における課題

チタン鋳造は非常に難易度が高いことで知られています。チタンは高温下で酸素と容易に反応するため、鋳造工場では特殊な鋳型、制御された雰囲気環境、高度な溶解技術を使用する必要があります。その結果、コストが大幅に増加し、設計の自由度も制限されます。

チタン鋳造の主な制限事項：

1. 複雑な形状は困難あるいは不可能な場合があります
   鋳造では、薄肉構造、小さな曲率半径、アンダーカット、内部流路、急激な形状変化といった形状への対応が難しいという課題があります。ポンプに一般的な、ねじれたインペラーブレードや内部ディフューザーのような形状は、設計変更や複数部品への分割構造を必要とすることが少なくありません。
2. 金型コストは高く、柔軟性に欠けます
   あらゆるバリエーションやカスタム設計ごとに新たな金型が必要となります。多様なポンプ仕様を展開するメーカーにとって、これがコストおよびリードタイムのボトルネックとりやすいという課題があります。
3. 寸法ばらつきが発生しやすい
   冷却ゾーンや収縮、金型のばらつきなどにより、寸法変動が生じます。そのため、最終寸法を確保するために仕上げ加工や機械加工による補正が必要となる場合が多くあります。
4. リードタイムが長い
   金型製作、金型セットアップ、鋳造、HIP処理、熱処理、機械加工、検査の各工程を経るため、製造サイクルは数週間から数ヶ月に及ぶ場合があります。
5. 引け巣(凝固収縮により生じる内部空洞)
   不均一な凝固によって生じる内部空洞であり、鋳造において一般的に見られる欠陥の一つです。構造的強度を低下させ、疲労特性を損ない、さらに検査や手直しにかかる工数を増加させます。

鋳造は単純形状の部品を大量生産する場合には適していますが、複雑な設計が求められるチタン部品では、すぐにその限界に直面します。

Cold Metal Fusion (CMF)とは

Cold Metal Fusionは、樹脂レーザー焼結と粉末冶金技術を組み合わせた焼結ベースの金属積層造形（AM）プロセスです。樹脂と金属を混合した材料を用いて、FORMIGA P 110 CMFにより30～50℃の低温環境下でニアネットシェイプのチタン製グリーンパーツを造形します。その後、脱脂および焼結工程を経ることで、MIM（金属射出成形）などの従来の焼結ベース製造プロセスに匹敵するTi-6Al-4Vの特性を実現します。

エンジニアがCMFを真のチタン鋳造代替技術と考える理由：

• レーザー粉末床溶融法(LPBL)に匹敵する設計自由度をより低コストで実現できる
• 原料(フィードストック)を100%再利用可能
• 樹脂SLS装置を活用することで、設備投資(CAPEX)を低く抑えられる
• サポート材不要で造形可能、インペラーやディフューザーに最適
• 要求の厳しいポンプ・バルブ用途に適した材料特性
• 小～中量生産まで対応可能

CMFは経済性を維持しながら、形状設計の可能性を飛躍的に広げます。

鋳造 vs. CMF：比較一覧

CMFがチタン鋳造を上回る点

1. 複雑なポンプ用インペラー
   CMFでは、インペラーを平置きかつサポート材不要で造形できるため、高スループットと効率的な造形が可能です。鋳造では、同様の内部曲面、薄肉ブレード形状を実現するには分割金型が必要となり、場合によっては実現自体が困難です。
2. ディフューザーおよびフローコンポーネント
   内部流路、テーパー状の入口、自由曲面により流路設計により、鋳造では実現が難しい効率向上を可能にします。
3. 多品種バリエーション製品
   ポンプやバルブは、数十から数百に及ぶ仕様バリエーションで展開されることが一般的です。CMFは金型を不要にし、コスト効率の高いカスタマイズを可能とします。

4. 迅速な試作と設計反復
   設計から焼結チタン部品の完成までを数カ月ではなく**数日**で実現できます。これにより試験・評価のスピードが向上し、開発サイクルを大幅に短縮できます。

鋳造が依然として優位性を持つ場合

鋳造が依然として適しているのは、次のような場合です

• 生産数量が極めて多い場合
• 設計がシンプルで、長年にわたり変更がない場合
• リードタイムはそれほど重要ではない場合
• 金型投資が正当化できる場合

しかし、こうした場合であっても、CMFは次の用途で鋳造を補完できます。

• 金型製作前のパイロット生産
• カスタマイズされた製品バリエーション
• 少量の交換部品または保守部品

多くのメーカーは最終的に両方のプロセスを戦略的に組み合わせて活用しています。

結論：CMFはチタン鋳造より優れた代替手段でしょうか？

チタン製ポンプおよびバルブ部品の大半、特にインペラー、ディフューザー、ハウジング、そして高度に設計された流体部品において、CMFは高い柔軟性、優れた形状対応力、そして競争力のある部品単価を実現します。

メーカーがCMFを選択するのは、次のようなニーズがある場合です。

• 鋳造不可能な部品形状
• 中量生産時のコスト削減
• 金型不要の生産
• より速い反復サイクル
• 安定した寸法精度
• 実証済みのTi-6Al-4V性能

これらの場合、CMFは単なる選択肢ではなく、チタン鋳造に代わる最適なソリューションとなります。

チタン部品へのCMF適用をご検討されますか？

ポンプやバルブの部品を製造されており、金型コストの削減、性能向上、あるいは新たな設計の実現をお考えなら、FORMIGA P 110 CMFによるCMFが最適な選択肢となる可能性があります。