金属フィラメントが可能な FFFの家庭用入門機は6万円代から購入できる。一方ペレットを使うFPFは、1000～3000万円でプロ仕様である。このペレットのFPFは、ドイツのAIM3Dが有名であるが、国内にもすばらしい装置がある。それは京都のSlab社のもので、Granules Extrusion Modeling方式の積層装置である。Granules（粒、ペレット）を使った溶融積層装置である。この会社はCNC工作機械メーカーなので信頼性が高い。特許明細を観ると、材料の可塑化と移送にはバレルとスクリューを使い、定量等速押出にギヤポンプを採用しているところが差別化技術である。何と言ってもMIMフィードストックを積層できるのが最大のメリットであろう。
【珈琲ブレイ句】CNC工作機械メーカーであれば、FPFの積層装置はどこでも造れるように感じる。とくに射出成形機メーカーであればさらにハードルは低い。妄想だけど、いつも奇抜なプリプラ成形機等を造る日本のS社は開発中かもね？？期待してます。
MIM-Like AM （Sinterbased AM）のひとつ、溶融積層MEX方式でFPFの方がFFFより精度が高いと推測できるデータをみつけた。それは、チタン専門MIMメーカーのelement22が公開している2種類のMEX用フィードストックによる焼結体（材質：Ti6Al4V）のデータシートである。詳細を下記に転記する。先に結論を述べると、引張強度、降伏強度は同じだが、FPFの方が伸びが大きい。特筆すべきは伸び尺（Scale Factor）が、フィラメントを使うFFFではXY方向とZ方向で異なるが、ペレットを使うFPFの伸び尺はXYZ方向で区別がない。
種類 引張強度 降伏強度MPa 伸び 伸び尺
FFF 1005MPa 920MPa 14％ XY:120.3％,Z:118.3％
FPF 1005MPa 920MPa 17％ 115.8％
【珈琲ブレイ句】FFFの伸び尺がXYとZ方向で異なるのは、BASF製フィラメントも同じですが、何故かBASFでは伸び尺（収縮率）はZ方向の方が大きいのです？ 技術的に考えれるとBASFのデータの方は納得できるので、もしかするとelement22さんの記載ミスの可能性があります。それより、ここで注目したいのはFPFの伸び尺が115.8％（収縮率13.6％）であることです。凄いことです。これは高精度MIMのフィードストックに肉薄する収縮率です。だから、伸び尺はXYZ方向で同じ＊１ということも理解できます。一方FFFではフィラメントとして柔軟性を持たせることが必要なので泣く泣くバインダー量を多くしていると推測できます。
＊バインダー量最小化によりスランプ変形が最小化していると推察できる。
MIM指南書 P139 図4.27 Niデータを修正しました。Co,Cu,Mnのデータを追加しました。グラフの縦軸と横軸を逆にしました。真空度単位にtorrとPaを併記しました。 下図をエクセルにコピペして倍率80％で印刷してください。
世界的な化学屋さんのEmery社が、FFF用のフィラメント（CIM＆MIM-like AM）を販売している。もちろん積層体Greenは、溶媒脱脂と加熱脱脂焼結で焼結体Silverにする。開発の処方箋が公開されているので備忘録として記載する。
FFF選定理由：他の３Dプリンターと比較して安価で操作が容易なので最も広く使われている。また、PIM（MIM＆CIM）への導線としてFFF材料の入手要求が高まる。
PIMと溶融堆積モデリングのプロセス要件は大幅に異なるため、以下のプロセスの違いに対応するために3D印刷バインダーの処方を適応させる必要がある。◆Significantly lower applied pressure in 3D printing → need more flowable binder（3D印刷での適用圧力が大幅に低い→より流動性の高いバインダーが必要）◆Tool-less processing in 3D printing → need more binder consistency/hold up（3D印刷でのツール不要の処理→より多くのバインダーの一貫性/ホールドアップが必要）◆Layerwise construction in 3D printing → binder for more interlayer adhesion（3Dプリントでの積層構造→層間接着力を高めるバインダー）◆Part adhesion on 3D printer bed → binder to prevent warpage（3Dプリンターベッドへの部品の接着→反りを防ぐためのバインダー）
【珈琲ブレイ句】さすが大企業です。処方箋・目標・課題を明確化して開発しています。層間接着力を高めることを重要課題に挙げている、なんとなくEVAが多めの配合設計を示唆しているような？？ そして、Emery社のHPを紐解いて嬉しく感じたことが２つ、1つめは、「AMからようこそMIMへ戦略だ」ということ。2つめは、BJTではなくFFFを選んでいること。お手軽なFFFの方が、市場が広く、沢山の方に粉末冶金を体感（味見）していただける。普及のためには知ってもらう事がスタートライン。
ドイツのElement22社は、6-4チタンを1100℃という低温焼結で相対密度99.5％を叩き出す特許技術を持つチタンに特化したトップMIMメーカーである。2020年の専門誌にD＆Sサービスを計画しているとあったが、HPを観ると2021年初旬からD＆Sサービスを開始している。
D＆Sサービスとは、Debind and Sinter Service のことで、Sinterbased AM-METAL（MIM-Like AM）のグリーン体（積層体）を、溶媒脱脂から焼結まで請け負うビジネスである。MEX（FFF、FDM）用のフィラメント（巻き線）やMEX-FPF用のペレットの販売も同時に行っており、まさに「AMからようこそMIMへビジネス」を具現化している。その実力は、MEX積層体のD＆Sで相対密度98％（Typical）を出している。さらに、CMFのチタンも手掛けている。すごい技術力である。
【珈琲ブレイ句】高活性金属のチタンの脱脂焼結は通常の設備では難しいのです。世界トップのチタンMIMメーカーが、AM活用ビジネスモデルに参入し、入り口と出口であるAM材料の提供と焼結の面倒をみる、まさにキセル・ビジネスです。これは完全に差別化戦略で、このファーストペンギンの登場でMIM業界が面白くなってきました。日本国内のMIMメーカーでもD＆Sを早く始めればいいのになぁ～と思う今日この頃です。
《ことば》MEX： Material. Extrusion（溶融樹脂積層法） FFF:Fused Fillament Fabrication FPF:Fused Pellet Fabrication FDM: Fused Deposition Modeling（Stratasys, Inc.の登録商標なので最近の文献での使用が減少しています） CMF：Cold Metal Fusion（コーテッド粉末をレーザーで軽く積層し脱脂焼結する）
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【珈琲ブレイ句】三重県の伊勢神宮では20年ごとに神宮が造り直されている。この式年遷宮の目的は「技術継承」と言われている。技能者（宮大工＋大工）はピーク時は約160名で建造に携わり、その後解散するが、30名の宮大工は残し、修繕や準備、新たに参加する技能者の教育を行っているそうだ。まさに計画的に技術伝承を行っているからこそ、伊勢神宮は1300年も続いているのだ。
この20年という期間が肝らしく、30年だとうまく回らないそうだ。でも人の寿命が伸びた現在であれば30年が最適なのかもしれない。偶然ではあるが国内の老舗MIMメーカーの年齢が30年というところが多い。そして残念ながら、いくつかの老舗MIMメーカーが撤退している。MIM事業撤退の原因は、大企業のリストラ計画、設備の老朽更新時期、担当技術者の定年時期に合致しているように感じている。それは、まさに技術伝承の失敗といえるかもしれない。
技能は個人に帰属する、技術は会社に帰属する。技術屋としてやるべき使命、それは「少なくとも自分が得たノウハウを文章化して会社に残して去るべし」だ。そう考えていたので、実験の論文や報告書、失敗事例、改善事例、技術標準書を作り、小さなものではワンポイントアドバイスまでコツコツと文章化してデータベース化し、データベースファイルはエクセルで検索できるようにした。
手前味噌になるが、これらのエッセンスだけをわかりやすく体系的にまとめたものがMIM指南書である。59歳で退職後、都立大学での研究補助業務で得たCSL実験データやすべての国内MIM論文から作ったダイジェストデータを使って増補し、退職から２年後に出版したのがMIM指南書である。
MIM指南書 P65 下から3行に手書きで追加願います。
追加文章：「但し、酸素を低減させる目的で炭素（黒鉛）を添加する事例はある。」
【珈琲ブレイク】ステンレス鋼の炭素と酸素の両方を減らせられれば、焼結密度が高くなり、機械的性質では延性が増し、電気化学的に耐食性が向上します。私は低カーボン・ステンレス鋼での黒鉛添加をやったことはありませんが、汚染されていない焼結炉で還元反応を十分担保できれば、黒鉛の微量添加（1000ppm＊１）により、耐食性の高いオーステナイトステンレス鋼を造ることができるそうです。
＊１ BASF系バインダーによる実検で、バインダー由来の炭素も多めC≒0.17%の時の話しです。他のバインダーシステムでは個々に研究が必要です。参考：PIM International - Powder Injection Moulding Vo.1 No.2 2020 P52
さらに追加しましたのでこちらを参照してください。2022/07/14
MIM指南書 表3.3の一番下に貼り付けてください。事例７の内訳詳細です。
海外PIM専門誌*1にFFF方式（溶融フィラメント積層）の引張強度を特性値とする積層条件パラメータ実験の結果が載っている。幸運にも直交データになっているので、三元配置実験（2×3×3）として分散分析してみた。材質はSUS316L。因子（要因）は３つ、ノズル径：PND、ノズル温度：PNT、流量％：FL％ すべての因子で大きい方が引張強度に貢献する。F検定してみると、ノズル径と流量％が有意であった。引張試験は積層XY方向のみ。
＊１PIM International 2021 Vol.15 No.3 P107-112
【珈琲ブレイク】実験範囲内の最適条件であるノズル径を0.8ｍｍ、ノズル温度を160℃、流量％を130％にすれば、点推定値は484MPaになります。BASFのUltrafuse316Lのカタログ値では、XY方向498MPa、Z方向414MPaなので、この実験は材料も装置も異なりますが再現性があるようです。強度を向上させる要は「体積当たりの接着界面を少なくし、積層材料の層間接着を高め、ボイドを埋める」ことであると推察できます。
◆この実験条件範囲内に最適値は存在せず、3因子のさらに高い水準に最適値が存在することを示唆しています。ただし、引張強度が特性値の時です。3つの条件を上げていくと形状精度が悪化するような気がしますので、形状精度を特性値とした解析も同時に行うバランス設計が必要でしょう。
◆MIMであればい保圧を十分かけることで完治できますが、保圧という概念が無いFFF（MEX）は厄介で大きな課題です。二次的に解決できそうな方法があるので紹介しておきます。それは、積層グリーン体にCIP処理すれば強度があがり、XYZ方向差も無くなるように感じます。大変だけど・・トライする方のために、無責任なアドバイスをすれば・・「温度は高め80℃くらい、油圧50～70MPaでも効果が期待できます。」
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