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はじめに
熱可塑性樹脂は、PIM加工の一般的なバインダーである。したがって、この章では、熱可塑性バインダーを使った成形サイクルに焦点を当てる。その工程を簡単に説明すると、成形はフィードストックを溶融させ、次いでこの溶融物を強制的にキャビティ内に注入し、そこで冷却して金型キャビティの形状を転写させる工程である。概略サイクルを図6.1に示します。このサイクルは型を閉じて型締めすることから始まる。可塑化したフィードストックをキャビティに注入し、ゲートが固化するまでキャビティを保圧し、そして冷却された部品を排出しながら次の装入物を準備する。その目的は、均一な粉末分布で欠陥のない所望の形状を達成することである。その結果、溶融フィードストックは金型内に自由に流れるのに十分に低い粘性を有しなければならない。同時に、コンポーネントは最短のサイクルタイムで最小のコストで生産されなければならない。これを達成するためには、成形装置とその動作の理解が必要である。
成形サイクルでは、フィードストックを金型に送るために温度と圧力を調整する。
これは成形機の加熱バレル（シリンダー）内でのフィードストックの溶融から始まる。 通常、往復スクリューを使用してフィードストックを均質化し、加圧し、そして充填する。
成形セラミックの一般的な形態は、予め測定された量のフィードストックを加圧するためにプランジャーまたは空気供給を使用するが、加熱中にスクリューまたは混合を必要としない。
実際の成形ストロークは、溶融フィードストックのショットを金型に射出するためのバレル内のスクリューの前方推力によって生じる。 第5章に示すように、ノズルからの流れは金型キャビティを満たす前にスプルー、ランナー、そしてゲートを通過する。 金型はフィードストックよりも低温であるので、フィードストックはすぐに冷却され粘度が増加する。
冷却に伴う粘度の上昇を補正するには2つの方法がある。それは、 非常に迅速に成形するか、金型を加熱する方法である。
もし温度の低い金型で成形がゆっくり行われた場合、流路に沿って流動抵抗が増加し、キャビティが満たされるまで継続的な圧力の増加が必要になる。通常、充填時間は供給フィードストックの冷却を最小にするために短く設定される。図６．２は、成形について３つの圧力対時間曲線をプロットしたものである。 1つは油圧システム内の圧力、2つ目はスクリュー前方のフィードストック内の圧力、3つ目は金型キャビティ内の圧力に対応する。この図は、1秒間に発生する初期加圧のみを示している。全成形サイクルは典型的には１分未満であり、これは金型充填後の冷却時間が大部分を占める。油圧システムから金型キャビティへのシステムの摩擦圧力損失に注意が必要である。金型が充填された後、熱は金型を通してフィードストックから取り出される。最後に、キャビティを開いて硬化した成形体を排出する。この時点で、構成要素は剛性であり、これは温度がフィードストックの流動温度より低いことを意味する。プロセスは概念的には単純に見えるかもしれないが、実際には多くの変数と潜在的なエラーがある。例えば、高固形分は粘度を上昇させ、成形中に高圧を必要とする。この圧力は粘度を変え、粉末からのバインダーのバリ（フラッシュ）や分離を発生させる。前述のように、粘度は温度とせん断速度に大きく依存する。従って、フィードストックが金型を満たすにつれて流速が連続的に変化する。
成形条件が不適切であれば、成形体内に密度勾配が残留し焼結時に寸法の反りが生じる。
金型内へ均一に粉末粒子が充填されれば焼結において均一に収縮するのでこれが理想である。 成形では、不適切な混錬によって発生した不良を修復することはできない。 さらに、焼結でも混錬または成形における不良を修復することはできない。
したがって、欠陥のない部品を製造するためには各工程内での品質管理が重要である。
成形パラメータは、粒子特性、バインダー配合、フィードストック粘度、金型設計、および機械操作条件によって異なる。したがって、単一の条件セットは理想的ではない。例えば、サイクルタイムは約５から６０秒まで変化し、典型的な値は２０秒である。金型の充填速度は約1.5 cm 3 / s、圧力は60 MPa（9000 psi）にもなり、成形温度は最大200°C（400°F）の範囲である。水ベースのバインダーを凍結する場合、金型温度は-60°C（-76°F）と低くなる。フィードストックのピーク剪断速度は、流路の狭い部分で１０４ｓ －１に達する。不完全な保圧は、成形体の表面に窪み（ひけと呼ばれる）を生じさせる。
これはキャビティに充填された後、十分な保圧を掛け、ゲートが固化した後に充填圧を解放することで解決できる。しかし、過度の充填圧力は成形体を金型内に固着させ、重大な排出問題が生じる。同様に、凝集した粉末は、焼結体中の不均一な流れを発生させ、さらに亀裂または他の欠陥を発生させる。
一般的な熱可塑性バインダーの代わりに、成形部品により高い強度を与えるために熱硬化性バインダーが使用される場合がある。 最も代表的なものはトランスファー成形として知られる成形法であり、これはベークライト、エポキシ、およびポリウレタンに広く適用されている。 バインダー系は加熱されると反応して硬化成分を形成するので、一旦加熱されると短時間の作業時間しかない。 トランスファー成形は、まずフィードストックを加熱して熱硬化反応を開始させる。 加熱後すぐに、混合物を金型に移し、そこで圧力と熱を加える。 数秒後、化学反応によって熱いうち取り出され非常に硬い成形体が得られる。これらの条件は、熱可塑性樹脂の射出成形とは大きく異なる。 成形摩擦、密度、熱伝導率、およびＰＩＭフィードストックに関連する粘度の増加のために、成形プロセスの制御は、ＰＩＭにおいてより厳密である。
成形装置
ＰＩＭ用の成形機はいろんな種類がある。これは、プラスティック成形機をＰＩＭ用にカスタマイズできる会社が多いためである。成形機の一般的な種類は３つ、往復スクリュー、油圧プランジャー、そして空気圧方式である。表6.1は成形機の特性と選択可能な機能をまとめたものである。例えば、空気圧機械は単に加熱されたフィードストックを型内に射出させるために空気圧を利用する。それらは、安価で小型の部品や多少の内部欠陥を容認できるものに適している。しかし、冷却時に供給フィードストックの体積が変化するためにボイドが形成される可能性がある。 これらのボイドが重大な特性の低下を招く場合、低圧成形は避けなければならない。部品の強度が問題にならない多くの用途では、油圧または空気圧成形による欠陥は問題にならない。たとえば、鋳造用耐火物、ノズル、ダクト、または低応力構造部品に使われている。
油圧機械では、プランジャーはフィードストックを金型に押し込む摺動台として機能する。供給フィードストックの冷却によって発生する体積収縮量を補うため圧力を多めに掛ける。この加圧は、欠陥のない成形体を形成するのに重要であるが、制御システムは通常単純なので、金型充填やバインダーと粉末の分離を完全に制御するには不十分である。その結果、空気圧式または油圧式プランジャー装置は通常、単純な形状または遅い成形作業に適用されている。大きなＰＩＭでは、加熱バレルの内側に配置された水平往復スクリュー方式の成形機を使用する。この往復スクリュウー方式が最も一般的であり、金型充填のためにプランジャー運動を使用する。これらの機械は、その優れた制御特性により最もアメリカで実績を上げている。
100トン以下の型締力で定格32,000以上の往復スクリュー射出成形機がある。 図6.3は典型的なレイアウトとその主要部品を示し、図6.4は完全自動成形用の計装とロボットを備えた30トン研究用PIM機の写真である。金型は機械の中央に固定される。 成形操作に必要な二つの機構バレルとスクリューの断面図を図6.5に示し。 粒状化またはペレット化されたフィードストックは、ホッパーに入れられ、射出バレルに計量供給される。
スクリューとバレル
成形の非常に重要な部分はスクリューのデザインである。図6.6で定義されているように、それはいくつかのゾーンから成る。冷たいフィードストックがバレルに入るところでは、スクリューは大きな深さ（flight depth）を付ける。スクリューに沿って、深さは次第に減少して脱気のためにフィードストックがバレル内で加熱されそして前方に移動するにつれてフィードストックを圧縮する。計量中、スクリューは効果的にミキサーとして機能し、均一なパウダー - バインダー分布と均一な加熱を確実にする。スクリューは、可塑化したフィードストックをバレルの前面に移動させる、また先端にはチェックリング（逆止弁）が配置されている。図6.7に示すように、このリングは金型の充填中にスクリューのシートリングに密着し、バレルの端にあるノズルを通って金型キャビティ内に流し込む際のプランジャーの働きをしている。成形の核心は往復スクリューの機能である。図6.8は、PIM加工に使用される耐摩耗性のあるスクリューを示している。それは螺旋ピッチを有し、その設計はフィードストックの粘度に合わせて調整されるが、一般にそれはその長さに沿って漸進的な断面変化からなる。スクリューの回転は油圧モーターで制御される。
最初に、スクリューは回転し、前方の加熱されたバレルに溶融フィードストックが満たされる。それから、実際の射出工程の間に、スクリューを前方に押してチェックリングを閉じ、そして金型へ射出成形する。スクリュー位置と圧力制御には、高速応答のサーボ油圧バルブを備えた閉ループ制御システムが必要である。充填ストロークの間、金型に注入されるフィードストックの量はスクリューの断面積とストロークの長さによって異なる。 PIMの一般的なスクリュー直径はΦ22または25 mmのいずれかであるが、マシンの容量に応じて、さらに大きいものもある。 PIM用スクリューの設計と製作は、最小限の汚染で成形を成功させるために重要である。フィードストックの圧縮率が低いため、高圧縮比のスクリューは避けるべきである。 ＰＪＭシステムでは、フィードストックは粘性であり、時には供給システムを冷却する前に油圧システムの速度がダイを満たすのに不十分になることがある。このような場合、図6.9に示すようにすると軽減できる、アキュムレータがスクリューに固定されており、急速なキャビティ充填時に使用するガス圧を別のリザーバに蓄える機構である。
バレルは回転スクリューを保持し、混合物の温度を制御するヒーターに囲まれている。
金型充填時の温度管理を確実にするために、複数の加熱ゾーンがある。 フィードストックを加熱するには、機械的な動きだけで十分な場合があるが、冷たいフィードストックは非常に摩耗するので、第１のゾーンは供給フィードストックを急速に加熱するように調整され、そしてその後のゾーンはより低い温度に調整されることが望ましい。
ＰＩＭ供給フィードストックは成形のために粘度を下げるために加熱を必要とする。この熱の一部は可塑化の機械的エネルギーによって発生している。
スクリュー、バレル、チェックリング、ノズル、スクリューチップなどの摩耗部品は、摩耗による材料への汚染を避けることが重要である。どうしてもＰＩＭフィードストックは、回転部品に対して研磨性があるので、できるだけ硬い材料と厳密なクリアランスが要求される。表6.2にいくつかのスクリュー構成材料を示し。ほとんどの鉄粉の成形には、より高い硬度のスクリューは必要ではない。しかし、セラミックやサーメットの場合は、スクリューとバレルからの磨耗を最小化する必要がある。従って、鋼やステンレス鋼は許容できない。工具鋼およびホウ化物コーティング鋼を含む炭化バナジウム炭化物は、PIMで最も耐久性があり、PIM用の機械に多く採用されている。例えば、ホウ化物コーティング・スクリューは、硬化したステンレス鋼と比較して100倍以上の寿命がある。バレルも高硬度目的で同じ材料が選ばれている。図6.10は鋼構造上のホウ化物被覆層の微細構造を示している。この場合、ホウ化物の硬度は68 HRC、強度は1900 MPa（272 ksi）、耐摩耗性は硬化クロム鋼の100倍である。窒化膜などのコーティングは、通常寿命が短い。同様に、流路内の他の機械構成要素はかなりの磨耗を示し、その結果、機械制御が失われる可能性がある。多くのセラミックスでは、著しい機械部品の磨耗や材料への汚染を最小化させるため材料の選定は重要である。
油圧システム
油圧システムは成形動作の動力として使われる。 一般に、油圧システムの応答速度は正確な制御を必要とする。 このように、P1M成形機はコンピュータ化された油圧制御システムの可能性を広げている。 応答性向上のためバルブとコントロールはツールセットの近くに配置する。 金型は、成形中、支持タイバー、モーター、トグル、ピストン、および排出装置を備えたクランプ装置によって一緒に保持される。 金型は、サイクル中に、機械的トグル、電気モーター、または油圧ピストンのいずれかによって開閉される。 トグルは最も安価ですが、圧力制御が不十分である。 型締力Ｆは、ピーク射出圧力Ｐとダイキャビティおよびランナーシステムの投影断面積Ａとの積以上でなければならない。領域Ａにはゲート、ランナーおよびダイキャビティを含む。
通常、型締力は1平方ミリメートルの断面積に対して少なくとも40 Nである（1平方インチにつき約3トン）。
作業者の怪我を避けるために、クランピングゾーンは安全ドアによって作業者から分離されている。 その他の必要な安全機能には、リミットスイッチ、バレルの断熱、油圧式安全弁、および電気筐体が含まれる。射出成形機の能力は、多くのパラメータによって指定される。
これらは、次のような物理的・機構的特性である。
＊金型に供給されるフィードストックの量（ショットサイズとして知られる）
＊型締力
＊射出圧力
＊成形速度またはサイクルタイム
＊深さ、高さ、長さ、または幅の観点から見た金型のスペース
＊金型開口部サイズまたは移動量
＊パーティングラインと垂直注入
＊垂直方向対水平方向
＊開ループ制御対閉ループ制御
成形機の仕様は、ショットサイズか型締力で示されている。 実際の部品の体積は、充填後も加圧を継続するためのクッションを提供するために、ショットサイズの70％未満であることが多い（ただし、特別なオプションではショットサイズの90％まで可能である）。 いくつかの非常に小さな部品では、部品サイズはショットサイズの10％以下である。 ストローク速度は機械の加熱能力より速いので、成形速度は供給フィードストックが完全に加熱される時間に左右される。 表6.3は、この属性の一覧はPIM用成形機仕様の事例である。 これらは典型的なものであるが、このリストはPIMで実績のあるものである。
射出制御（コントロール）
全ての成形工程は、コンピュータまたは一連のシーケンス制御のいずれかによって制御される。
射出制御は、成形中にさまざまなパラメータを測定し、サイクル中または次のサイクルの開始時に適切な調整を行う。 制御パラメータは、スクリュー回転速度からバレル温度プロファイルまでの範囲である。
さまざまな動作、位置、圧力、温度、速度、トルク、時間、さらには部品の数量や電力使用量を制御および監視することが可能である。 さらに、制御構成要素は、部品・ゲートを取り出すロボットへのインターフェースも付属できる。
射出制御には3種類（開ループ、適応制御、および閉ループ）がある。開ループ制御が最も原始的制御である。それは動かしたいパラメータを設定するが、コマンドが満足されたかどうかはわからない。そのような制御は、経時的にどのような変化が起こったのかを判断するためにプロセスレコーダと結合することができる。開ループ制御は、尋ね人に道を教えることに似ていますが、その指示に従ったかどうかはわかりません。つぎのレベルの制御は、適応制御ロジックによって得られる。ここでは制御パラメータと記録された値が成形サイクル後に比較される。差がある場合は、次のサイクルでその差を補償するために制御レベルが調整される。ここでは尋ね人が指示に従った後にあなたに電話をかけてうまくいったのか知らせてくれることで、次に指示を出すときには、必要に応じて指示内容を訂正することができる。最後に、閉ループフィードバック制御は、瞬時可変状態を使用して、設計レベルに従うために動作パラメータの変更が必要かどうかを判断する。一般的なプログラミングロジックは、設定値への偏差とアプローチ速度を調べる比例積分微分（PID）システムである。最新世代の制御は、PIM処理と並行して動作し、計算と修正の速度を速める。これは、尋ね人が彼の携帯電話で話しながら道案内をするのと似ている。これから成形機は成形サイクル間のデータから次の変動を予測し自動的に補正する人工知能の適用が計画されている。
古い成形機はストロークおよび圧力の制御は開ループであった。しかし最近の成形機はマイクロプロセッサを使用して主要なプロセス変数をすべて制御している。マイクロプロセッサは、所望の成形サイクルに合わせてプログラムすることができ、成形機の状態、最近の成形条件、および起こり得る問題についての情報を与えるプロセスモニタとして機能することができる。これは、インライン品質保証のために統計的工程管理技術を使用している工場にとって有益である。閉ループフィードバック制御システムを設計する際に重要なことは、そのような精巧さが有用である成形プロセスの制御点を決定することである。たとえば、油圧システムの圧力を測定して制御する方が簡単であるが、実際のニーズは金型内のフィードストックの圧力を制御することである。したがって、高度な成形作業では、圧力変換センサーを直接金型に組み込んでいる。同様に、金型からの射出は、サイクル時間ではなく金型内の温度に依存するべきである。したがって、制御システムは、迅速な応答時間を有する洗練されたセンサシステムを必要とする。
自動化（オートメーション）
自動化のためには、成形機に加えて周辺機器との調整が必要となる。生産量が少ない場合は、成形機の自動化はむしろ不利となるので、人間のオペレータが作業を行う。大量生産では、特に1台以上の成形機が1つの部品に使用されている場合、自動化が必要である。自動化機能には、ショット間の金型を検査するためのビジョンシステムが含まれているため、成形サイクル間で成形体が持ち越されることはない。これは、汚染の懸念が原因ではなく、閉じ込められた材料が金型を閉じる際に金型を損傷する可能性があるためである。ビジョンシステムは、初期キャビティの画像と比較しながら金型開閉を判断する。別の自動化として、ロボットを使用して部品を取り外し、スプルーとゲートを部品から分離することである。このときビジョンシステムは、次の成形サイクルの開始前にロボットアームが、キャビティ内に無いことを確認することもできる。
ロボットはPIM成形体を脱脂工程へ配置させることもできる。
ロボットの動作は、成形部品を見つけてそれをコンベアまたは保管用箱に移動するようにプログラムされている。 通常、動きや負荷は限られているため、射出成形機のロボットは通常、検査や2次作業を行わずに取出し作業が中心である。 ロボットの制御は成形機の制御と同期する必要がある。 また、ロボットハンドが部品を傷つけないように注意する必要があるので、成形機の自動化にはグリッパーの設計と操作が非常に重要である。
その他の自動化機能には、コンベヤシステム、自動回収機能付きの部品および金型の保管、そして連続的なフィードストックの準備および部品の脱脂工程が含まれる。いくつかの完全に自動化されたPIMシステムが現在生産中であり、図6.11はそれらのオペレーションの概念図を示す。品質管理も自動化することができ、単純な場合には、これは部品を秤量しそして重量の外れ値を識別することができる。理想的には、そのような情報は、プロセス制御を確実にするために監視システムに結び付けられる。適切なサイズと制御が行われていれば、自動化されたPIM操作は柔軟な製造セルになる。ここでは、ミキサー、成形機の数、および炉の容量がバランスのとれた生産をもたらすサイズになる。これは、歯科矯正用ブラケット、自動車用エアバッグ、銃器、および磁器製食器類など多様な製品製造において、バランスの取れた製造セル生産が実証されている。
成形性
成形性は、フィードストックをキャビティ形状に成形することができる速度および容易さの尺度である。そこには、良好な部品を形成できる温度と圧力の組み合わせがある。 図6.12と図6.13にその例を示す。 最初の図は、キャビティが一杯になるまでスクリュー速度制御が採用される成形サイクル全体を扱ったものである。 これはプロットの左部分に対応する。 充填および冷却時にはキャビティ圧力制御が採用されている。 これはプロットの右部分に対応する。 キャビティが一杯になり充填圧力まで加圧が始まると、切り替えが起こる。 そのようなサイクルでは、理想的なスクリュー速度またはキャビティ圧力経路からの逸脱と様々な欠陥が関連している。 その結果、欠陥のない成形部品を製造するフィードストックとキャビティの幾何学的形状との任意の組み合わせについての制御すべきパラメータの最適化が必要になる。
さらに、図6.13に動作パラメータ間の関係を示す。 3つの概念図は、欠陥と、フィードストック温度とせん断速度、スクリュー速度と充填時間、フィードストック温度と成形圧力の組み合わせとの関係を示している。
実際の曲線はかなり異なるが、この図がしめす概念的な意味は正確である。 短いショットは（圧力と温度が低いと発生する。圧力と温度が高いと、部品が金型壁に付着くしたり、金型が微小量開きパーティングラインに沿ってバリ（flash）が発生する。） 成形試験の目的は、良好な成形をもたらす条件を特定することである。
最も広く使用されているプラスチックの成形性試験では、スパイラルフローチャネルの充填量測定が行われている。この螺旋経路は、深さ3mm、幅4.8 mmの溝で螺旋の長さは165
cmで構成されている。成形性は、一連の条件下で満たされた螺旋の長さとして表される。一次近似では、充填スパイラルの長さは、高剪断速度における混合粘度の逆数に依存する。金型は冷たいので、凝固した層が金型内面の壁に沿って連続的に形成される。これは、螺旋の連続充填が部分的に凝固した経路を通る流れに依存することを意味する。図6.14に示すように、この状態は噴水状流動（ファウンテン・フロー：fountain
flow）と呼ばれる。壁から熱が奪われると、中央の流路が徐々に閉じて流れを止める。したがって、成形性は、この長い溝をどれだけ充填できるかで測定される。残念なことに、この標準的な成形性試験はしばしばＰＩＭ供給フィードストックに関する困難性の部分的な予測因子にすぎない。臨界粉末量の近くでは、固形分のわずかな変化が流れに大きな影響を与える。この挙動は、ある範囲の粉末添加量にわたって成形された16μmの炭化ケイ素粉末について図6.15に示されている。充填中、金型の壁は冷たいため、バインダーが優先的に分離され、フローチップにパウダーが豊富なプラグが残る。流路の先端の圧力が混合物の降伏強度を下回ると、流れは停止する。フィードストックは徐々に長い時間冷たい金型にさらされてきたので、降伏強度は先端で継続的に増加していく。臨界負荷にない粉末とバインダーの混合物は、螺旋路の流れに沿って分離し、先端により多くの粉末が移動する。その結果、図6.16に示すように、ジグザグの金型設計がPIMの流動性試験として採用された。側枝は流れる方向を変える。粉末と結合剤が分離した場合、フィードストックの低密度の結合剤に富む部分は、しばしば先端がいっぱいになる前に、側枝に向かって分離しながら進み、各枝の端部は固体に富むようになる。これは、図6.17に示す写真に見ることができる。粉末と結合剤の分離は、焼結欠陥や反りの主な原因であるので好ましくない。したがって、ジグザグ試験は成形性と粉末結合剤分離の両方を測定できる有益な方法である。
粘度は温度および剪断速度の関数として直接測定されるので、細管での流動測定は、成形性を特徴付けるのにも有用である。 しかし、流動学的データを実際の成形性予測に変換することは困難である。 より高い温度およびより低い粉体添加量は粘度を低下させるので、これらの流動測定は、多くのフィードストックの相対的な品質を評価するものと限定的に考えるべきである。
成形の実際
一般成形サイクル
射出圧力とスクリュー位置の典型的なシーケンスを図6.18に示す。 最初に、スクリューがバレル内で回転しバレル外周のヒーターでフィードストックを加熱する。 バレル内のフィードストックの滞留時間は、均一な加熱を確実にするのに十分でなければならない。 成形中、制御シーケンスは、フィードストックを金型内に流入させるための急激な圧力上昇を伴う。 新しい制御機械は、充填中に予め設定された一連のスクリュー位置を維持するために油圧を連続的に変化させる。 この圧力上昇は、バレル内のプランジャーとして機能するスクリュー前進運動によって発生し、チェックリングはバレル内への逆流漏れを押さえる働きをする。
成形システム内の流動抵抗および圧力勾配を補償するために、スクリュー位置および油圧システム圧力は成形サイクル中、協調的に変化する。
流路に沿った摩擦は流路に沿った圧力低下をもたらす。 さらに、型内の摩擦が圧力勾配に影響を与える。 部品内の圧力勾配を減らすには、圧力、スクリュー速度などのいくつかのパラメータを適切に制御する必要がある。このパラメータは、ショットサイズ、ノズル温度、バレル温度プロファイル、金型温度、冷却時間、射出速度、および金型開時間などである。
金型キャビティへの射出直後、スクリューは速度制御から圧力制御へ切り替わる。
ゲートがシールするまでの間、圧力が保持される、これを保圧段階（the packing stage）と呼ぶ。 この段階を過ぎると、保圧はキャビティにほとんど伝わらなくなる。
そして、フィードストックは冷却中の熱収縮により徐々に圧力が低下する。 最後に、バインダーが構成要素の形状を保持し、かつ突出し力に耐える強度が出たときに、金型が開き成形品が突き出される。
このエジェクタの動きは油圧システムまたは別の機械的な動きによるものである。
成形時間は、キャビティサイズ、充填時間、および冷却時間に依存する。
最短5秒、最長1分程度である。成形温度は、流動性を得るためにバインダーの軟化点より高い。
これは通常50〜200°C（122〜392°F）である。 温度が低すぎるとショートショット（不完全な金型充填）になり、温度が高すぎるとバインダーが劣化し、また、フラッシング（バリ）や粉末
とバインダーの分離が起こり、長時間の冷却が必要になる。 成形圧力は金型充填率に影響する。 射出圧力の上限は、噴射の開始、部品の固着、フラッシング、そして金型を固定する型締力によって決まる。射出圧力が低すぎると、熱収縮を補填するための金型内圧力（保圧）が不十分となり、表面にヒケ（surface cavities form）が発生する。 逆に高すぎると成形品が金型に密着して剥がれなくなる。
計量
成形サイクルの開始時に、金型が閉じてエジェクタピンが引っ込められている間に、スクリュー速度とバレル圧力が確立される。成形品が突出せなかったり、金型が正しく閉じられなかったりした場合は、安全停止機構が必要である。これで噴射プロセスは、良好なシールを達成するのに十分な力でスプルーブッシュに対してノズルチップを配置することから始まる。代替案は、ホットスプルーおよびランナーシステムを使用することであり、そこではノズルは決して離れないが、圧力は金型充填を制御するために変えることができる。この時点で、実際の射出成形サイクルが始まる。金型キャビティを満たすのに十分なフィードストックがバレルの前にあるとき、スクリューは回転を停止する。充填操作を緩和するために、わずかに過剰の計量フィードストックが必要とされる。スクリューがバレル内で前方に動かされると（往復運動すると）射出が完了する。スクリュー先端のチェックリングバルブは、直ちに閉じ、それによって加圧された原料がバレルから金型内に射出させる。この圧力は、キャビティおよびフィードストックと共に変化する流動プロファイルを維持するように制御される。
射出工程(Filling)
圧力、温度、およびスクリューの前進は成形機によって調整され、それぞれの動きは図6.19の関係である。 充填は、スクリューが前進してフィードストックを加圧する成形サイクルの部分に対応する。 加熱されたフィードストックは、金型キャビティ内のフィードストック流の先端位置に相当する射出速度を制御しながらスクリューの射出運動によって金型キャビティを充填する。 これはほんの一瞬である。 最も望ましいのは、溶融フィードストックが金型内壁と接触したまま進む漸進的充填である。 厚い部分が充填されるにつれて、より速いスクリュー変位速度が発生し、そして薄い部分についてはより遅い速度が使用される。 成分が大きすぎて一回の計量供給を用いて注入することができない場合、注入工程が始まる直前にスクリュー回転を作動させることができる。 これにより、射出圧力が加えられたときに追加のフィードストックが金型キャビティに押し出される。
ジェッティングは、高い射出速度でキャビティ―内を横切って打ち出されたフィードストックである。 ジェッティングから生じる欠陥は、閉じ込められたエアポケット、不完全な充填（空気が逃げることができない）、および多くのウェルドラインである。 ジェッティングをもたらす高圧、低粘性、および高い射出速度の組み合わせは避けるべきである。 しかし、逆に射出速度が遅すぎるとフィードストックの凝固が早すぎて充填不良を招く。 これはショートショット（short shot）と呼ばれる。 金型の充填中に部分的な凝固が起こり、ジェッティングと凝固が繰り返されるため、不適切なフィードストック温度制御でも同様の問題が発生する。 図6.20の写真で示すような累積充填テスト（Progressive mold filling）を推奨する。 この写真は、セラミックカッターブレードの製造における金型充填を捉えたものである。
通常、金型キャビティ空間Ｑへの体積流量は、以下のように印加圧力Ｐに依存する。
ここでηは混合物の粘度で、Kは金型抵抗（mold resistance）である。 金型抵抗は金型のサイズによって異なる。 厚さH、幅ｗ、長さLの長方形の金型の場合、金型抵抗は次のように計算される。
単純な細管形状を充填するための、金型抵抗は以下のように直径ｄおよび長さＬとして表される。
実際の流路は細管または長方形よりも複雑であるが、そのような関係は成形において生じる圧力および流れ勾配を理解するための基礎を提供する。
より複雑な形状を小さなセルに細分化して、一連のセルの金型抵抗を計算することができる。 これは金型充填のコンピュータシミュレーションにおける一般的な手順である。
成形温度、圧力、材料粘度、および成形剪断速度は、成形品質に大きな影響を与える。さらに、金型キャビティ内の圧力は、部品断面の厚さとスプルーとランナーの設計に依存する。キャビティ圧力制御は安定した成形品質を保証することができる。温度は成形サイクル毎にわずかに変動する。この変動を補償するために、キャビティ圧力変換器（ピエゾ圧力センサー）が最終充填部位に配置される。キャビティ圧力制御では、固定金型容積を用いる。閉ループ制御では、原料温度変動を補償するために微妙な圧力変動を使用する。パリの発生は成形条件の情報を提供してくれるので、最終的な寸法と重量データは重要な手がかりになる。金型表面と同一平面上に取り付けられた圧電変換器は、成形機に迅速な応答信号を与えるのに最も効果的であることが実証されている。図6.21は、充填時の金型キャビティ圧力制御の有無で成形されたワックス - ポリマー系バインダーに混合されたタングステン粉末の50ショットのキャビティ圧力のトレースを比較したものである。圧力制御なしのデータはバラツキが広いことが分かる、これは最終重量および焼結寸法の大きなバラツキを生み出す。 そのため、厳密な寸法制御が必要とされる製品には、金型キャビティ内の圧力変換器からの閉ループフィードバック制御の採用が重要である。
保圧工程（Packing）
充填段階は、速度制御から圧力制御への変更から始まる。 保圧工程は、金型キャビティ内のフィードストックを機械で制御する最後の側面である。 キャビティ内の圧力が増加するにつれて流速は低下する。 フィードストックが金型内で冷えると充填は終了する。 ゲートがシールされる過程で、キャビティからの余分な材料が逆流する可能性があるが一般的に望ましくない。 最後に、ゲートシール点から、射出圧力は、保圧効果がなくなるので、射出圧力が取り除かれる。 冷却に伴う体積収縮のために初期冷却中にフィードストックを加圧下に維持することが必要であり、そうでなければ成形品に密度勾配やひけマーク（表面のくぼみ）が発生する。 冷却速度は、混合物の熱容量と次式で与えられる熱流量qに依存する。
ここで、Ωは熱伝導率、Aは断面積、dT / dxは温度勾配である。 混合物が金型内で硬化するのにかかる時間は、厚さの二乗によって変わる。 その結果、部品が厚くなるにつれて成形は遅くなる。 非常に薄い部分を成形することは、急な冷却と狭い部位の流動不良のため難しい。 1つの提案は、細部の充填を補助するために、100 MPa（14 ksi）までのパルス圧力を印加させることである。 しかし、これはより大きな金型摩耗を与えそしてゲートシールを非常に遅くする欠点がある。 充填および冷却中のプロセス変数間の関係を理解するには、状態方程式を知ることが望ましい。 通常、圧力P、温度T、および体積Vは次のように関連付けられる。
ここで、C、P0、V0は材料定数である。 密度が一定の場合、成形時の温度と圧力は図6.22のようにプロットできる。 充填中、フィードストックが冷たい金型キャビティに接触すると温度が低下する。 温度が下がり続ける間、充填圧は上昇する。 ゲートがシールすると、式6.6のように圧力と温度の間にある線形の関係に従う。 その場合、応力下の成形体は射出するのが困難であることがわかっているので、型開き温度はゲートシール条件に依存する。
実際には、容積は金型によって固定されているので、充填圧力が成形密度を上下に変動させる。図6.23に、カルボニル鉄粉から形成された成形体密度と充填圧力の関係を示す。 より高い充填圧力で、より高い成形重量（または成形密度）が得られる。
充填後ゲートがシールすると、バレル内の圧力が解放され、スクリューが次の成形チャージの準備を始める。
可塑化は、金型キャビティが充填後に行われる。 スクリューの前方の圧力は、フィードストックをスクリュー先端方向へ計量供給しながら、スクリューはバレル内で回転・後退する。
このプロセスは、フィードストック中の空気を排除するのに重要である。 金型が開く直前に、スクリューの回転を止め、スクリューを戻して計量供給フィードストックに背圧を掛けノズルからの垂れ落ちを回避する。
バレル本体は金型から離されており、冷却は構成要素が射出の準備ができるまで続く。 ノズルからの溶融フィードストックの垂れ落ちは、スプルーブッシュとの接触を維持することによって回避することができる。
突出し工程（Ejection）
成形作業の最終段階は部品の突出しである。 部品の大きさと形状によって冷却凝固時間が異なるのでそれぞれに合ったタイミングが必要である。
また、状況によっては、計量が完了する前に突出をする必要があるかもしれない。 そのような場合には、ノズル内に逆流防止弁を設置することでより多くのフィードストックの可塑化ができる。
しかし、その弁により流動抵抗は増加するので、型充填に必要な圧力を増加させる必要がある。
型が開く温度は、原料が固くなることに依存する。型開きのための部品温度は、部品が射出時に形状を保持するための臨界値Ｔ
maxより低い。型開きのための最低温度Ｔ ｍｉｎは、型冷却システムによって設定される。実際には、この温度を超えると射出が起こります。同様に、金型キャビティ圧力は、金型に固着することなく部品を射出するのに必要な最大値Ｐ
ｍａｘ未満でなければならない。
そのため、図6.24に示すように、ひずみ（distortion）、スティッキング（sticking）、スコアリング（die scoring）、またはヒケやくぼみの形成（formation of sink
marks and cavities）なしに金型を開くことができる圧力と温度には幅がある。上の線は、最大の保圧とバインダー設定温度に対応する温度との間の交点を通る等密度線である。
キャビティがより高い保圧または温度条件であると、成形品は金型に密着するか歪が残る。下の線は、最小の保圧（キャビティの劣化防止のため）と金型温度との交点を通る一定密度条件に対応する。収縮によるヒケが発生するので、より低いキャビティ圧力で金型を開くのは望ましくない。また成形できる低温側温度には限界がある。これらの領域間には許容される型開き条件が存在する。この領域では、成形品は最小限の抵抗と最小適切な突出し量で突出され落下する
代替成形プロセス
１９６０年代に開発された代替成形法のひとつは、フィードストックを空圧ピストンで成形するものであった。これは、スクリューおよびバレルがないので、はるかに単純な成形機として利点があるが、制御性や圧力が少ないという欠点もある。低い成形圧力を補うために、供給フィードストックの粘度は固形分を減らすことによって下げられた。圧力は通常0.3 MPa（45 psi）である。経験によると、低圧成形は、より小型の部品またはより精密でない部品形状に最も適している。装置のコストが安いため、たくさんのPIM部品はこの方法で形成された。 いくつかの例では15〜20 kgの範囲である。確かに、1960年代にまでさかのぼる最も古いセラミック射出成形操作のいくつかは、低圧成形装置で操作されている。同様に、最初の超硬合金の多くは、エポキシベースのバインダーと油圧プランジャー機を使用して成形された。
成形プロセスの上記説明は熱可塑性バインダーの事例である。 代替バインダーとしては、熱硬化性、ゲル化、凍結水、および無機バインダーが挙げられる。
これらの成形サイクルはあまり知られていない。 金型キャビティ内で凍結する水性バインダーは1960年代から使用されており、これらは遅いサイクルを使用して非常に低い圧力で成形されている。
熱硬化性バインダーを用いると、成形前の加熱期間は短く、そして供給フィードストックはノズルにおいて又は別のステーションにおいて臨界温度以上に加熱される。 成形サイクルは金型内での熱硬化反応時間で決まり成形時間は長かった。
この機械は金型充填時にプランジャーとして作動し、より低いレベルの制御を行っていた。
成形不良対策
基本的なPIM成形サイクルについて十分な知見があっても、実際にはいくつかの不良が発生する。工程を管理するには、いくつかのパラメータを同時に制御する必要がある。
この章では、成形サイクルに関連する一般的な不良を説明する。 これらの不良は下表の通りである。 多くの場合、成形サイクルの時間、温度、圧力の関係を調整することでこれらを解消することができる。
この温度は供給原料の軟化点より低くなければならない。表6.4に、PIMの代表的な成形条件の例を示す。ほとんどのPIMフィードストックでは、作業温度は100〜180°C（212〜356°F）である。ノズルはこの値よりも高温であることが多く、金型温度は最大40°C（104°F）まで可能である。ノズル温度が高すぎると許容できないほどの低粘度をもたらし垂れが発生する。これは成形サイクルの間のノズルからの原料の損失をもたらす。この問題は、ホットノズル方式にすることで解消される。２００ＭＰａ（２９ｋｓｉ）までの油圧成形圧力が報告されているが、一般的な値は１５〜３０ＭＰａ（２，１７５〜４，３５０ｐｓｉ）である。より高い圧力は成形品の密度にわずかな影響を及ぼす。充填密度はわずかに増加するが、より高い圧力ではバインダーが分離しそしてパーティングラインに染み出す現象が増加する。保圧が大きすぎるとゲート領域に応力を発生させ、部品の歪みを招く。中程度の射出速度は金型キャビティの均一な充填を確実にする。高い成形速度はジェッティングによる欠陥を招く。 成形では、温度と圧力の制御が最も重要なパラメータである。
圧力、温度、金型の形状が組み合わさってせん断速度が決定される。 そして、温度および剪断速度は成形サイクルの結果を左右する。 バレル内の供給原料の温度は、キャビティを充填する前に凝固することが無いように円滑な流れを提供するのに十分高くなければならない。
他方、特に高い充填速度および低い充填圧力では、高すぎる温度は欠陥を発生させる。 混合物の粘度に決定的な上限はないが、最良の成形は一般に、１００Ｐａ・ｓ未満の原料粘度を与えるように温度および剪断速度が調整されたときである。
金型壁面の急速な凝固およびそれに伴う割れの問題を防ぐために、金型の加熱がしばしば必要になる。
低分子のバインダーを使用する主な理由は、成形中に配向が生じることである。この配向は、不均一な収縮のために冷却中に亀裂を生じさせる可能性があり、脱バインダーまたは焼結中に部品に反りを発生させる可能性がある。配向に影響を与える要因は2つである。「配向を発生させる成形時の剪断」と、「配向を破壊する成形後の分子緩和」である。一旦ポリマーが配向されると、それが加熱されたままであればそれはブラウン運動によって弛緩する。成形において、冷たい金型壁が金型充填中に局所的な凝固を引き起こすために、配向およびそれに関連する応力が生じる。初期表面層は急速に凝固し、ポリマー分子を配向させることができない。凝固表面層を通過するフィードストックの剪断は分子配向および構造における表皮 と芯の差をもたらす。時々、PIM圧縮はこの表皮 と芯の境界面で割れが発生する。成形品の中心では、より冷却が遅いため、より少ない残留配向で応力緩和が行われている。
冷却サイクルの早い時期にゲートが凝固（ゲートシール）されると保圧がきかなくなるので成形品にヒケが形成される。温度勾配のため、図6.25に示すような成形品の相対位置に対する残留応力が現れる。単純な形状でも複雑な応力パターンが存在することに注意する必要がある。ここで、複雑さと金型の充填、断面の厚さ、形状の温度勾配の組み合わせを考えれば、最終寸法を非常に正確に予測することの難しさを理解できる。残留応力および分子配向の全体的な大きさは成形条件およびポリマー鎖長に依存する。成形温度、金型温度、またはキャビティ厚さが増加するにつれて、応力（bulk stress）および配向は減少する。対照的に、より小さなゲート、より高い圧力、およびより長い充填時間は、成形品に配向および形状変形を生じさせる。特にゲート付近で発生する。また、冷却水路の配置による影響もある。
PIMの一般的な問題は、最終寸法が不適合になることである。 この補正対策のひとつとして、フィードストックの粉末率で調整することである。 図6.26は、焼結密度を一定に保ちながら寸法を調整するために粉末重量の微小シフトを想定したものである。 寸法平均値を大きくしなければならない場合、より多くの粉末をフィードストックに添加すれば焼結時の収縮が少なくなり、最終寸法が大きくなる。 逆に最終寸法が大きすぎるときは、微小量のバインダーを添加し、焼結収縮を微増させ、最終寸法を微小させる。 これは、臨界粉末量以下の粉末量であることが前提であり、かつ微小量の調整だけに有効である。したがって初期の大きな金型設計不良を補正することはできない。
その他の不良はウェルドライン、ジェッティング、または閉じ込められた空気による気泡欠陥である。
金型の厚さが厚く、ゲートが比較的小さい場合、ジェッティングが発生します。 1つの解決策は、サイドゲートにすること、一もサイド側にする方が良い。
あるいは、金型充填中の部分的凝固のために複数のジェッティングが形成される場合、より高い射出温度を高く設定すること。 気泡対策は金型を排気することによって避けられる（ガス逃げ）。
ウェルドラインは金型内のコアによって形成され、金型の充填時にフィードストックの流れを分割あせる。 その結果、いくつかのフィードストックは粉体分離を示し、流動表面の粉体が減少する。焼結中にその面に沿って亀裂か進行するものである。
この対策は、材料温度を高めウェルドラインの密着を補助することである。
製造品質（Embedded
Quality）
PIM部品は、目視検査やロボットによる検査によっていくつかの欠陥が検出される。 図6.27に、PIM品質問題を特性要因図形式で示す。 要因は５つ、バリ、組織、形状、突き出し、表面品質である。 この章では、これらの問題の原因と対策法について簡単に報告する。
今後の取り組みは、超音波検査や射出圧力曲線分析を通じて、成形機に品質チェックを組み込んでい行く方向に進む。
超音波検査は、従来の横波と導波の両方がまだ金型キャビティ内にある間に成形品の欠陥を調べることができる新しいテーマである。検査が期待されるものとして、不完全充填、残留応力、バリ、ボイドまたは気泡、層欠陥（ラミネーション：亀裂、および粉末 - バインダーの分離）である。
一般に、成形中の圧力勾配はわずかな密度勾配をもたらし、それは焼結中の歪みをもたらす。
特に充填サイクルが不適切に設計されている場合、これらの密度勾配はゲート付近で最大になる。 臨界レベルを超えると、粉末量における構成要素の破損の傾向が非常に高くなる。
図6.28は、サブミクロンアルミナ粉末のこの挙動をプロットしたもので、部品の破損頻度と粉末量の関係を示している。
部品の品質を管理するには、プロセスを変更するための自由度が必要である。
パーティングラインに発生するバリは、金型に貼り付き残ることがある。 これは成形サイクル中の金型洗浄が必要であることであり、非常に生産性を低下させる。 バリ対策は、非常に高い平面度で金型を製作すること、また、より高い粉末量のフィードストックを使用すること、さらに保圧を下げることである。 一方、ヒケは、冷却時の収縮を相殺するのに足る充填圧力が不足しているときに発生する。この両立を可能にした最適圧力を見つける必要がある。
成形体の厚さに応じて最適な成形サイクルがある。 厚い部分はゆっくり冷却し、より速い硬化速度が必要である。
したがって、バインダーの特性は、部品の厚さによって異なる。 部品が厚い部分と薄い部分とを組み合わせるとき、均一な充填は、脱脂と焼結での割れや反りを減らすために重要である。
高い射出速度は金型充填には有利である。しかし、フィードストックは粘性がありそして密度が高いので、必要な速度を実際に達成することは困難である。
スプルー、ランナー、ゲートを大きくすることで流路に沿った過剰な抵抗が減少する。 また、流れ方向の変化を減らすように流路を設計すると、流れ抵抗を減らすのに効果がある。
流動方向の変化は流動抵抗の増加による問題を提示するだけでなく、バインダーと粉末の分離も引き起こす。 粉末とバインダーとの間に大きな密度差が生まれ分離する。 流れの方向が変わると、より高い運動量の粒子は直線状の経路に沿って続き、キャビティ内に不均一に蓄積していく。
その結果、成形方案内に局所的な摩耗や成形密度勾配が発生する。
フィードストックの流れの途中に障害物あるとその周りを流れて合流する。その合流面がウエルドである。
このウエルド面を完全恒久的に一体化させるためには、流動性を確保するために十分な低い粘度が必要である。フィードストックの温度が低すぎるとウエルドを完治させることはできない。
バインダーと粉末との間の熱膨張係数の差は、冷却応力に起因し、成形体の肉厚部位に欠陥を発生させる。
同様に、流路を横切って変化する剪断応力は、金型流路壁での粉末とバインダーの分離を招く可能性がある。 従って、特にバインダーが長鎖ポリマーを含有する場合、積層亀裂が生じる。
このような亀裂は、より高い成形温度およびより速い射出速度にすること、さらにフィードストック中の粉末量を増大させることにより除去することができる。
成形を容易にするために、低い軟化温度、低い粘度、成形条件での粘度変動が少なく、そして高い降伏強度を有するバインダー系を得ることが最も望ましい。
しかし、そのような組み合わせは達成するのは非常に難しい。成形体（グリーン）は強度および延性が低いので、成形体の応力亀裂はダ金型温度を上昇させることによって担保できるが、副作用として、高すぎる温度は成形体の突き出し不良を発生させる。
成形体内の残留応力は、成形中に作用する剪断および熱条件で決まる。
いくつかのバインダーでは、応力緩和時間は成形中の冷却時間よりはるかに長く、かなりの残留応力が生じる。 金型充填において残留応力を発生させるあらゆる状況は、反りの原因となる可能性がある。
成形体は脆いため、突き出し時に割れが発生しやすい。 パーティングラインに沿って金型に貼り付いたバリ片は、型閉め時に金型に圧痕を残し恒久的な欠陥を引き起こす。 金型内壁への固着は冷却サイクルが不適切により発生する。 これは、固着の原因となる金型面傷がないことを前提とする。 １つの対策案は離型剤を使用することである。
最新の成形機の制御機能は、スクリュー位置、圧力、ひずみ速度、温度、計量、および冷却サイクルを制御することによって成形工程を制御できる。高速コンピュータシステムでは、温度、圧力、および超音波センサーを使用して、成形サイクルと部品の品質を継続的に評価することができる。さらに、高速応答コントローラはこの情報を使用して、部品の均一性を高めるためのフィードバック補正を行うことができる。 高速応答成形機では、油圧システム、ノズル、および金型キャビティ内の成形圧力が連続的に監視される。最初は、速度制御下で充填が行われる。ここでは、コンポーネント内のさまざまな断面の変化に対応するために、時間に対してスクリュー位置がプログラムされる。充填が完了すると、3つの圧力に移行する。圧力状態に応じて、各成形サイクルでの充填圧力の調整が計算される。したがって、均一な充填圧力を確保するためにシステム上にわずかな油圧変化を強いることによって、より高い均一性が達成される。これらの新しい制御手順は、問題、欠陥の原因、さらには将来のメンテナンスの必要性についての現場情報を提供するために、ニューラルネットワークコントローラで補完されている。
現在の実施例では、ＰＩＭ成形体の２２個の特性を予測するために約８秒間（金型充填中および早期充填中）に４０回の計算サイクルが実行されている。
成形サイクル
ここでは、射出成形サイクルを説明するために、PIMコンポーネントに適用可能な成形条件について説明する。 表6.4は、PIMで採用されている成形条件の範囲を示している。 最大の変動因子は、バインダー用のポリマーに依存とその温度である。 ポリマーの化学的性質が同じであっても、分子量が違えば補正する温度は異なる。
事例研究で選択された部品は、ライフルの引き金ガード、電気ケーブル用二股ボルト、窒化ケイ素ターボチャージャー、アルミナ切断刃と5段階厚さの試験片である。 これらの構成要素のスケッチを図6.29に示す。
次に、表6.5はそれぞれの成形に関連する変数をまとめたものである。
引き金ガードは、カルボニル鉄粉末と、パラフィンワックス、ポリプロピレン、およびステアリン酸をベースとしたバインダーを使用して形成されている。 当初、電気コネクタは銅で形成されていたが、その後強度を向上させるために鋼にシフトされた。バインダーは、５０％ポリプロピレン、４５％パラフィンワックス、および５％ステアリン酸の混合物である。 アルミナカッターブレードは、ポリエチレン、パラフィンワックス、およびステアリン酸の同様のバインダーを使用して粉砕したサブミクロン粉末で製造されている。 窒化ケイ素ターボチャージャーは、パラフィンワックスに富むバインダーと、ポリエチレンとステアリン酸とで成形されている。 最後に、５段厚さ試験片は、ポリエチレングリコールとポリビニルブチラールの混合物を使用してステンレス鋼粉末から形成されている。 この試験片は、粉体とバインダーの結合力が弱いことで起こる流れの剥離を知るのに有利な形状である、キャビティ充填時間は１秒間かけている。
これらは、バレルに沿って複数の加熱ゾーンを有する往復スクリュー成形機が使用された。
成形サイクルのいくつかの側面は同じ条件であるが、成形時の部品サイズ、材料、バインダー、および機械の影響を考慮して個々に設定を変えている。 これは、薄い部分で細くなった鋼製の引き金で特に大きく変えている。
薄く細い部位は金型充填が困難でありより高い温度を必要とした。 結果サイクル時間が長くなった。金型キャビティから手動で取り出す時間を含んでいる。 設定温度はノズルを一番高く設定し、成金型射出温度を溶融温度より高くした。
成形体は加熱脱脂を行った、最終焼結温度は鋼については１２００〜１３５０℃（約２２００〜２４５０°Ｆ）、セラミックについては１６５０℃（３０００°Ｆ）近くである。
窒化ケイ素は焼結用の添加剤を必要とするので、実際の組成はＳｉ ２ Ｎ ４ −Ａｌ
２ Ｏ ３ −Ｙ ２ Ｏ ３ である。
最適化
PIMの最適化は通常、経済性が考慮される。
概念的には、部品の製造コストは生産量が大きくなるにつれて低下する。 図6.30に部品単価と生産量の概念図を示す。
この関係は、大量生産に有利であることを示している。 ストローク当たりまたは単位時間当たりの成形体の数が増加する間、成形機のコストを一定に保つために複数のキャビティツールセット（多数個取金型）を使用することができる。
しかし、多数個取の数が多くなるとプロセス制御がより難しくなるので注意が必要である。
ＰＩＭ固有の複雑さのために、コンピュータを使った分析の必要性がある。概念としては、部品の収縮、流れのパターン、起こり得る欠陥の場所、材料特性、コストの最適化、成形サイクルの最適化、熱流動、さらには金型設計に関する情報が必要である。コンピュータシミュレーションには、粘度モデル、部品形状の説明、ゲート選択ルーチン、金型収縮計算、金型コスト計算、熱流計算、金型充填ルーチン、メンテナンス頻度の見積もり、さらには生産スケジューリングのオプションが含まれる。大部分のコンピュータは、成形中の流路について絶えず解くために有限要素または有限差分分析を使用する。しかし、これらはまだPIM分野では実績がなく研究段階である。希望は、ゲート配置、サイクルタイム、原料温度、および圧力に対して短いショットを分析することによって、シミュレーションが金型設計を援助し試行錯誤を排除する条件を提起することである。
実際の分析のフローチャートを、図6.31に示す。 解析は、材料データ、構成要素の要件（最終形状を含む）、および機器データの少なくとも3つのデータベースが使われる。 表6.6にデータベースに必要ないくつかの特性を示す。フィードストックの粉末量および収縮率から、グリーン成形幾何学形状を計算することができる。 実際の成形条件は、金型充填計算と最適化手順に基づいて選択される。 さらに、金型セット内のキャビティの数は、コストの観点から最適化することができる。 次に、金型構造設計段階で金型部品の機械加工NCデータを生成する。 最後に、成形サイクルに最適な機械操作変数を提案する流れである。
まとめ
この章では、PIMの成形機に関連する多くの要因について説明した。
内容は熱可塑性バインダーと往復スクリュー射出成形機に力点を置いている。 ここには多くの変数と問題がある。 最新の成形機は、成形サイクル中の連続プロセス調整ができる閉ループフィードバック制御が可能である。
これは高品質のPIMコンポーネントを確保するために必要である。 目標は、粉末粒子を金型キャビティ形状に正確に転写させることである。
不均一な充填は、焼結中に寸法変化にバラツキを発生させる。 粉末からのポリマーの分離もまた最終製品の品質にとって有害である。 したがって、構成要素の欠陥は成形時に大きく発生するが、それは後工程までわからないことが多い。
成形における重要な使命は、欠陥のない成形体を造りこむことである。
- Chapter One Introduction はじめに P11～24
- Chapter Two Feedstock 成形材料・流動学 P25~54
- Chapter Three Powder 粉末 P55~82
- Chapter Four Binder バインダー P83~98
- Chapter Five Tooling 金型 P99~132
- Chapter Six Molding 成形 P133~174
- Chapter Seven Debinding 脱脂 P175~218
- Chapter Eight Sintering 焼結 P219~264
- Chapter Nine Final Processing 最終仕上 P265~280
- Chapter Ten Design Guide 設計の心得 P281~303
- l Processing 最終仕上 P265~280