Sinterbased Matal AMの高強度化はHIP処理

 【珈琲ブレイ句】

Sinterbased Matal AM　のBJT品やMEX品のボイドを完全に無くすのは至難の業です。

MEXの研究論文では、「積層厚みが小さい方が密度が高くなる*1」と結論を出しています。一方「積層厚みが小さいほどボイドが多くなる*2」という報告もあります。

一方、ボイドが残存していても、『欠陥を前提としたデジタルツイン技術』を使えば、不良率を大幅に低減させることができるという救済技術も存在します。

    Sinterbased Matal AMの高強度化はHIP処理がマスト！

しかし100%合格品で最高強度を望む場合には『焼結体にHIP処理を行う』ことがBESTな方法だと考えています。

さらに可能性があるBetterな方法は『温間CIP』です。『油圧発生装置に増圧装置を接続し、作動油の温度を上げてCIPを行う方法です。』MIM成形体でのCIP実験で効果を確認しています。

注意すること。HIPとCIPは「閉気孔（へいきこう）体」にだけに効果があります。「開気孔（かいきこう）体」である脱脂体や仮焼結体には効果がありません。　

都立大学の研究では、仮焼結体にコーティングしてHIPを行っていました。すばらしいアイデアです。

*1  「Optimization of composite extrusion modeling process parameters for 3D printing of low-alloy steel AISI 8740 using metal injection moulding feedstock」　Abdullah Riaz , Philip Töllner , Alexander Ahrend , Armin Springer , Benjamin Milkereit , Hermann Seitz ,Materials & Design　Date: July 2022　Article: 110814　Volume: Volume 219

*2  「Taguchi DoE analysis and characterization of 17-4 PH stainless steel parts produced by material extrusion (MEX) process 」Mahmoud Naim, Mahdi Chemkhi,, Julien Kauffmann, Advances in Industrial and Manufacturing Engineering 8 (2024) 100138

 

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保有特許フリーライセンスのご案内

 本ページは、当事務所が保有する特許技術を無償開放（フリーライセンス）し、MIM技術の普及とモノづくり現場での活用を促進することを目的として公開します。

下記の特許を自由に使ってください。

無保証・免責:「本特許の実施によって万が一第三者との間でトラブルや損害が生じた場合でも、特許権者は一切の責任を負わないものとする。」

実施許諾の範囲:「営利・非営利を問わず、誰でも事前連絡なしで無償で実施してよい。」ただし、「試した結果は、可能な限り特許権者へ報告を行う。失敗報告大歓迎。技術オープン化のため報告内容は、このBOLGで発表する。」

　詳細な明細書は、　特許庁情報プラットフォーム簡易検索　にて閲覧してください。

特許第7599076号　粉末積層造形法　

　ポイント：砂絵の方法で立体物を積層していくアイデアです。インクジェットで描いた形状へ粉末をドカッと振りかける方式なので粉末の流動性は関係ありません。　特に、微小な積層物の造形で威力を発揮すると考えています。

特許第7231803号　バインダージェット法に用いる積層造形用金属粉末材料

　ポイント：金属粉末にメラミンシアヌレートを少し混ぜると粉体の流動性が著しく向上します。それを利用してリコーティング工程の品質を向上させ、最終焼結体のボイドを低減させることができます。メラミンシアヌレートは、加熱脱脂で固体から気体へ昇華させて除去するので焼結体に残留することはありません。

　関連BLOG　AM（金属BJT）の特許内容公開【パートナー募集中】

実用新案登録第3254595号　射出成形ブリード量測定用金型

　ポイント：MIMフィードストック開発におけるブリード量を測定するための金型です。ろ紙に染み込ませて計量させます。また、ブリードがガス逃げを塞ぐことによって発生する不良（焼け、膨れ、充填不良）で困っているユーザーによるMIMフィードストック選定の相対評価の尺度として使用します。

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【「Qサーモ®」無償開放のお知らせ】

多くの皆様に「Qサーモ®」をご活用いただくための無償開放のお知らせです。

ぜひ皆様で『Qサーモ®』　を自由に活用してください。

特にMIMメーカーの皆様におかれましては、自社のMIMフィードストックを用いてQサーモを製作していただき、品質管理（管理図X-Rによる、粉末品質の管理、熱処理履歴の管理、寸法不良の低減）にお役立てください。

焼結密度の平均値が突然変化した場合、Qサーモを基準（物差し）として比較・分析することで、変化の原因を特定しやすくなります。

Qサーモ®の目的とメリット

① MIM/CIM成形品およびSinter-based AMの寸法精度向上　量産品と共に「Qサーモ®」を炉内定点に配置・測定することで、目に見えない熱履歴（ガス対流、伝熱、輻射）の管理図化が可能になる。フィードストックのロット間、リターン材配合ロット間の平均収縮率の変化の把握（管理図）と、異常値への対策。

② 焼結炉間の差の把握と調整　　同じ条件でも、焼結炉によって焼結品の品質に差が生まれます。機差の設定温度をチューニングするための一つの物差しとする。

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熱処理炉の熱履歴センサーは市販されています。　日本製「リファサーモ」、独製「TempTAB 」どちらも、Qサーモと同じ目的で使えます。でも、セラミック製なのでMIMと相性が完ぺきではありません。　その代わりに、QサーモをMIMフィードストックで作って、それを基準にすることをお勧めします。

Qサーモによる管理の実際　粉末製造ロットが変わったタイミングで、Qサーモをまとめて成形し、冷暗所、乾燥剤の中で、長期間管理（参考品保管）します。複数の粉末ロット品を重複管理しておけば、粉末ロット間の変動も把握することができます。例えば、３種のロットの違うQサーモを一か所に隣接させて焼結して、同じ焼結寸法になれば粉末ロットの差なしで合格です。一方、焼結ロットの違いで差が出たら、熱履歴の差の原因を探して潰すか、プログラム温度の補正値変更として管理します。

思いもよらない効果も　粉末は同じスペック合格品でも、ロット間で変動（全く同じ成形条件・焼結条件でも焼結密度の平均値がズレる）します。その粉末ロット間変動の情報を粉末メーカーに開示して改善をお願いしていました。このようにQサーモという物差しと焼結密度の相関管理を厳しく行っていたら、何故か、粉末の品質が、だんだん良くなっていきました。Qサーモ基準の提案は説得力がありました。

『MIM指南書』（2020年10月発刊）のP152-153にてQサーモ®詳細を解説しています。　

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