2021年11月3日水曜日

和訳：ジャーマン先生の本「Chapter Ten Design Guide 」

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英語版 | Randall M. German、 Animesh Bose | 1997/6/1

MIM布教活動の一環として、MIMのバイブルであるジャーマン先生の本を和訳（意訳）しました。上記本を紐解く際の一助になれば幸いです

Chapter Ten  Design Guide  設計の心得  P281~303

前書き

特定のコンポーネント特性は、PIMに最適である。これらの特性との一致を早期に特定することで、技術的および経済的な成功が保証される。考慮事項には、材料、特性、コンポーネントのサイズと形状、公差、製造コスト、製造数量、および納品スケジュールが含まれる。簡単に言うと、PIMは、複雑で小さなコンポーネント、特に代替の生産ルートで複数の組み立てまたは成形操作を必要とするコンポーネントの製造に最適である。材料が高価であるか、代替技術で処理するのが難しい場合、さらなる利点が生じる。ただし、生成できる形状の複雑さには限界がある。 PIMでも、さまざまな形状には二次加工や複雑な工具が必要であり、製造コストが高くなる。公差は別の懸念事項である。正確な公差は困難であり、特殊なケースでは±0.1％、一般的なケースでは±0.3％の寸法での典型的な生産変動がある。一部のメーカーでは、さらに均一な寸法が報告されており、場合によっては標準偏差0.05％まで変動する。さらに、寸法のばらつきに加えて、PIMコンポーネントの設計を成功させるには、パーティングライン、エジェクタピンマーク、およびゲートの重要でない配置を可能にする必要がある。金型からの排出を助けるために、0.5〜2°のわずかなドラフトまたはテーパーを含めることも望ましい。経済的な観点から、精密工具は高価であるため、生産量は初期の工具コストを正当化する必要がある。これらの要因は、実現可能性を確保するために早期に評価する必要がある。最大の成功は、PIM処理を支援する機能を組み込むための製造アプローチに関する初期の議論によって達成される。

現代の製造範囲を強調するために、表10.1は、特性に対する最小、最大、代表値をまとめたものである。ただし、説明は順不同である。コンポーネントは、最大寸法や壁の厚さなど、幾何学的な側面によって特徴付けられる。 PIMの場合、壁の厚さは通常薄く、最大寸法の10％未満になる場合がある。さらに、通常、パーツ全体の厚さの変動は小さいである。はさみの刃は、長さが厚さよりもはるかに長く、厚さが大きく変化しない例である。脱バインダー時間を決定するのは厚さであり、PIMの主な制限である。前述のように、PIM処理では、寸法公差は数パーセントに抑えられる。 PIM候補を測定する別の方法は、情報コンテンツを使用することである。これは、設計図のコールアウトまたは寸法の数に似ている。ボルトの平ワッシャーのような単純な形状には、いくつかの機能しかないが、マイクロコンピューター回路には数百万の機能がある。どちらもPIMのアプリケーションとしては不十分である。一般的なPIMの成功には、いくつかの側面がある。腕時計のケースは、テクノロジーとよく一致する1つの例である。典型的な質量は低く、同様の属性は、電子パッケージング、コンピュータディスクドライブ、手術器具、および銃器のコンポーネントで明らかである。一方、金属、セラミック、カーバイドのボディは、質量が数kg、最大長が1mまで製造されている。これらは、電力タービン、製鉄所、および炉の建設で使用されるやや精度の低い構造である。精密部品の一般的な生産限界は250g（0.25 lb）であるが、1 kg（2.2 lb）もの精密部品を製造するためにいくつかの特別なプロセスが進化している。 PIMによって生成される材料は、通常、単純な化学とはほど遠いものである。ニッケル、鉄、銅などの単純な元素の例はいくつかあるが、より一般的なのは合金または化合物（ステンレス鋼、変態強化ジルコニア、超硬合金）の製造であり、複合材料（MoSi2-SiC、 SiC-Al、Al203-Zr02、およびNiAl-Al203）。ジュエリーや腕時計のケースなど、機械的または物理的特性が重要でない場合はごくわずかである。より一般的には、目標は、選択した資料のハンドブックに近いプロパティを達成することである。同様に、プロパティがマテリアルの限界に押し上げられることはめったにない。このような場合、最大の特性を確保するために、二次熱間静水圧プレスまたはその他の処理が採用される場合がある。コストを考慮すると、通常の価格は中程度であるが、ツールの構築コストと固有のプロセスの変動性と互換性のある寸法公差を正当化するために、大量生産を想定している。したがって、最も実行可能であることが証明される一般的な処理ウィンドウが存在する。典型的な部品は手に持つのに十分小さいであるが、鉛筆の先と同じくらい小さい場合がある。これは、他の成形技術とは対照的に、非常に大きなオブジェクトをPIMで製造するのが難しいか、高価であることを意味する。主なマイナス要因は、他の処理ルートと比較した場合の原料コストである。 5 gの範囲の多くのコンポーネントの場合、原材料は製造コストのささいな側面である。金のように材料が非常に高価でない限り、原材料は製造コストのマイナーな要素であるが、より大きなコンポーネントの場合、粉末の価格が要因になる。一部の金属システムでは、物体の質量が約100 g（0.2 lb）を超えると、粉末のコストプレミアムが不利になる。また、セクションサイズが厚くなると処理速度が遅くなり、経済的なデメリットが増す。表10.1は、この章に続く議論に焦点を当てている。


幾何学的考察

簡単に言えば、プラスチックで形状を形成できれば、PIMは実行可能である。表10.1および10.2は、一般的な定量的および定性的コンポーネントの設計ガイドラインを示している。これらには、壁の厚さ、コンポーネント全体のサイズ、コンポーネントの重量、および内部キャビティの形状に関する基準が含まれる。粒子サイズは、最小断面厚さを決定する。粉末のサイズは、最小の厚さの10分の1未満である必要がある。このステートメントの正当性は、粒子サイズに対するセクションの厚さの比率で焼結収縮の変化をプロットした図10.1で明らかである。

相対的な断面の厚さが非常に薄い場合、粉末はより低い密度にパックされ、より高い焼結収縮を生み出する。これにより、非常に薄いセクションが厚いセクションに接続されているコンポーネントに歪みが生じる。その結果、厚いフィーチャと薄いフィーチャが結合する場所で角度精度が失われ、ツールの設計が困難になる。最小粒子半径はエッジ半径であるため、粒子サイズはすべてのコーナーのシャープネスを制限するが、より一般的には、寸法を埋めるためにいくつかの粒子が必要である。エッジ半径の概念上の制限は0.05mm（0.002インチ）で、コーナー半径は0.1 mm（0.004インチ）である。表10.2には、PIMコンパクトの設計または製造におけるオプションもリストされている。これらのオプションには、四角い穴、平底の穴、ぎざぎざのある表面、ねじれ、カール、らせん形状、およびおねじまたはめねじが含まれる。これらの機能は、PIMコンパクトを実行可能にするために必要ではないが、可能であり、設計の柔軟性を高めます。コンポーネントのサイズや質量などの特定の属性は、経験と製造の最適化が行われるにつれて増加する。すでに最大10kg（22 lb）および最大長さ1,000 mm（39 in）のコンポーネントがPIMによって製造されている。これらは特別な努力を必要とし、日常的な製品ではない。セクションの厚さの変化に関しては、2の比率が一般的である。

ただし、図10.2に示すように、コンパクトは100：1の厚さの変化で正常に製造されている。このセラミック射出成形された5段階の形状は、段階的な3倍のセクション厚さの減少を経て、上部で0.2mmの最終的な厚さを形成する。同様の規則がコンポーネントの厚さに適用され、通常の値は10mmに近くなる。それにもかかわらず、より大きな厚さが使用されているが、デバインドが遅いという問題がある。

コンポーネントの設計は、PIMの成功に大きな影響を与える。設計段階で射出成形を製造プロセスとして特定することで、変更が容易になり、製造コストが削減される。本質的に同じ機能を提供する可能性のある設計シフトを図10.3に示す。それぞれの場合に2つの選択肢が示されている。どちらの選択肢も同じ設計目標を達成するが、一方はPIMアプローチの詳細とよりよく一致している。ケースaとbの場合、コアリングはより均一なセクションの厚さを維持し、歪みを最小限に抑え、デバインドを高速化する。ケースcの場合、成形応力を排除するために、厚いセクションから薄いセクションへのスムーズな移行が推奨される。ケースdの場合、穴の下の厚い部分の厚さを避けるために、止まり穴が延長される。ケースeは、鋭い角を丸い角に置き換えることをお勧めする。ケースfは、均一な断面の厚さを維持するために、細い支柱のサイズを拡大することを示している。ケースgとhの貫通穴は、再設計によって回避できる厚く薄い領域を作成する。最後に、ケースiは、曲線断面の変更によって厚く薄い接合部が回避され、目的の均一な壁の厚さが作成される例である。

PIMを使用して可能な形状の複雑さを理解するために、図10.4は、いくつかの実行可能な形状と機能の組み合わせを示している。このコレクションは、穴、ピン、フィン、スロット、溝、アームなどの可能な組み合わせを示している。利用可能な幅広い材料と特性と組み合わせると、この形状の多様性は、可能なPIM製品の大きなマトリックスを提供する。

　PIMは、必要なコンポーネントの形状とサイズを提供するだけでなく、寸法公差も満たさなければなりません。ショット間の成形のばらつきと焼結の反りは、寸法のばらつきの大きな原因である。前述のように、これらの問題のほとんどは、金型充填、パッキング密度勾配、または成形時の残留応力の微妙な変動に起因する。前に図8.17に示したように、PIMの寸法関係にはわずかな異方性がある。この図では、高さから長さへの分布が、グリーン、溶剤デバウンド、および焼結ステンレス鋼コンポーネントについて示されている。脱バインダー中の歪みは最小であるが、粒子充填の微妙な違いが異方性焼結収縮につながります。これは、残留成形応力、バインダーの軟化、および重力によって引き起こされる成形体のクリープに関連している。熱脱バインダーは歪みの最大の原因であるため、現代の多くの取り組みは溶媒または触媒脱バインダーに移行している。ほとんどの寸法管理の問題は、処理条件の管理を目的とした実験を通じて到達した適切な統計的処理によって修正できる。

表10.3は、二次加工なしのPIM処理で可能な最小および一般的な許容誤差をまとめたものである。一般に、公差を保持する能力は、生産経験とともに増加する。わずかな労力で、寸法公差を0.5％（1標準偏差）以内に抑えることができる。剤、ウィッキング、または接触脱バインダーを使用した制御されたプロセスにより、0.3％以下の偏差で寸法を保持でき、限界寸法を0.1％以内に保持できる。新しいバインダーシステムと統合されたプロセス制御により、これらの値は次のようになる。0.05％に改善されました。ジェットエンジンのセラミック鋳造コアの製造では、質量は10〜1200 g（0.02〜2.6 lbs）の範囲で、部品の長さは2〜50cmの範囲である。これらのコアは、1週間あたり50,000を超える生産量で、長さに対して±0.05％の最終寸法分散（1標準偏差、参考：CIM　±3σ＝±0.15％、±4σ＝±0.2％）で生産される。寸法が大きいほど、散乱が大きくなる。幸い、図10.5にプロットされているように、コンポーネント密度は±1％以内に、重量変動は±0.1％以内に抑えることができる。これらのプロットは、ステンレス鋼（51.22 g）、ジルコニア（33.35 g）、およびアルミナ（25.60 g）から形成されたスプリットボルト形状の重量分布を示している。これらの3つの例では、0.1％未満の重量の標準偏差が1つ生成される。

　粉末射出成形はほぼ等方性であり、すべての方向でほぼ均一な寸法変化を生み出する。異方性効果は二次的で微妙であり、寸法変化をシフトする弱い力を反映している。これらの弱い力には、金型充填中のダイへの粘性抵抗、重力によるバインダー粉末の分離、および焼結収縮中の基板摩擦が含まれる。したがって、限界寸法の工具設計にはわずかな歪みを含める必要がある。これは、垂直方向の寸法変化が0.5％大きいか小さい可能性があることを意味する。たとえば、ステンレス鋼の原料を使用した場合、成形後の長さ対厚さの比率は21.36であるが、焼結後のこの比率は21.47（焼結収縮は約17％）であり、アスペクト比の0.5％の変化を反映している。別の方法として、延性のある材料の場合、焼結後のコイニング処理により、最終的な寸法調整が可能になる。異方性効果と相まって、他の機能が最大寸法に沿った寸法散乱に寄与する。 

 

材料

成形に必要な特性に一致する小さな粉末の入手可能性によって、PIMで使用される製造材料が決まります。一般的なエンジニアリング材料のほとんどは、微粉末として入手できる。ただし、材料の入手可能性は、多くの新しいアプリケーションに対する制限である。さらに、他の成形技術はより競争力があり、PIMを介してより低い溶融温度の材料を魅力のないものにする。

表10.4に、PIMを使用して製造された金属、合金、セラミック、化合物、サーメット、および複合材料のリストを示する。アルミニウム、ガラス、鉛、スズを除いて、ほとんどの古典的なエンジニアリング材料が利用可能である。通常、鉄合金とアルミナベースのセラミックが最も頻繁に使用される。各カテゴリーには、いくつかの構成上の可能性がある。たとえば、ステンレス鋼の場合、316L組成物は、強度と耐食性を兼ね備えているため、頻繁に使用される。より多くのクロムを含む他の組成物が利用可能であり、より容易な焼結のために、高レベルのモリブデン（最大6％）、クロム（最大22％）、またはシリコン（最大3％）を有する二相組成物が好ましい。これらは、二相最終微細構造のために二相ステンレス鋼と呼ばれることもある。

図10.6に示す棒グラフは、最も一般的な材料の相対的な使用法を示している。ステンレス鋼、鉄ニッケル組成物、およびアルミナが最大のセグメントを表すことに注意してください。材料の選択は、主要な機能特性（強度、磁気応答、耐摩耗性、耐食性、電気伝導率、または熱的挙動）によって異なる。

表10.4には、いくつかの一般的なエンジニアリング資料がない。最も注目すべきは、マグネシウムおよびアルミニウム合金がないことである。これらの反応性金属では、粉末酸化物コーティングや表面汚染の問題があり、焼結が困難になる。セリウム添加物を使用して形成できるアルミニウム製品の緻密化には液相が必要である。これらの合金を直接射出またはダイカストするための新しい成形技術が開発されました。刺激的な新しい技術の1つは、合金の溶融部分がバインダーとして機能するため、ポリマーバインダーを必要としない半固体スラリーのチキソトロピー成形に基づいている。

　PIMの新しい機会は、ウィスカーとして知られる粒子とセラミック繊維の混合物を使用した複合材料の製造である。低コストの製造に加えて、成形段階でウィスカの位置合わせを実現することにも関心がある。図10.7にスケッチされているように、ウィスカーは流れの方向に平行に整列する。 PIMの機会は、ウィスカーまたは繊維を小さな粒子に組み込んで、成形と整列を同時に行うための高固形分混合物を形成することである。最終的な緻密化はウィスカーによって抑制されるが、これも圧力支援焼結が必要である。

　最後に、バインダーが最終的な複合マトリックスの一部になるように、いくつかのシステムが設計されている。たとえば、ポリカルボシランバインダーと組み合わせた炭化ケイ素ウィスカーは、バインダーを熱分解して炭化ケイ素を形成することにより、SiC-SiC複合材料を生成する。調査中の他の複合システムには、炭化ケイ素強化窒化ケイ素、炭化ケイ素強化アルミニウム、アルミナ強化ニッケルアルミナイド、および炭化ケイ素強化二ケイ化モリブデンが含まれる。時間と労力をかけて、これらの開発はPIMに新しい次元を追加することができる。 

 

プロパティ

PIMで達成できる特性は、一般に、他の製造技術で得られる特性と同等である。多くのPIMコンポーネントが熱、光学、または摩耗の用途に選択されているが、特性評価の大部分は機械的特性に焦点を合わせている。このセクションでは、人気のある素材の特性を要約する。

PIM材料の公称機械的特性の要約を表10.5および10.6に示す。

延性材料を表10.5に示す。これには、焼結密度、降伏強度、極限強度、伸び、および硬度が含まれている。降伏強度は永久変形の開始を反映し、通常は最大の有用な強度であるが、引張強度は破損に必要な最大応力を反映する。伸びは、破損までの全体的な伸びである。焼結後熱処理の効果は、多くの鉄合金にとってかなりのものである。したがって、焼結後の状態を制御することは、望ましい特性を再現するために重要である。

脆性材料の場合、破損は変形せずに発生するため、表10.6は平均破壊強度とワイブル係数のみを示している。この後者のパラメータは、累積破壊分布を次のように示している。 

 

ここで、P（a）はaの応力での破壊確率であり、aoは特徴的な材料強度、Mはワイブル係数である。この係数は、破損分布の幅を効果的に測定する。特性強度とワイブル係数の両方に高い値が望ましい。特性は、焼結密度、粒径、細孔径、細孔形状、不純物、および熱処理によって異なる。したがって、特定の材料の単一の値を引用することは困難である。通常、ワイブル係数は8〜14であるが、特別な努力を払えば、20〜25まで可能である。 

 

図10.8は、射出成形されたアルミナ、窒化ケイ素、および炭化ケイ素の破壊強度分布の例をプロットしたものである。密度98％に加工された炭化ケイ素の場合、室温での平均強度は445 MPa（65 ksi）で、ワイブル係数は約12である。窒化ケイ素と炭化ケイ素の両方で、高温での強度保持が優れている。 1200°C（2192°F）で400 MPa（58 ksi）の強度が、PIM窒化ケイ素で測定されている。 1000°C（1832°F）では、PIMを使用して製造された炭化ケイ素の強度は通常400〜500 MPa（58〜72 ksi）である。処理感度の別の例として、PIMによって形成された316Lステンレス鋼に関するいくつかのレポートを検討してください。焼結密度は理論値の93〜100％の範囲であり、平均降伏強度は220 MPa（32 ksi）でしたが、170〜345 MPa（約25〜50 ksi）の範囲でした。最も低い強度は、最も低い密度で発生する。同様に、18〜81％の伸びが報告されており、平均は45％、標準偏差は17％である。 PIM処理ルート間のばらつきを強調するために、図10.9に、これらのさまざまな研究の強度と伸びの散布図を示する。ばらつきは、特に炭素、酸素、窒素などの不純物の制御におけるベンダー間のばらつきを反映している。これらの同じ不純物は耐食性を低下させる。

繰り返しになるが、炭素管理はPIMで成功するために重要である。 17-4 PHステンレス鋼の溶剤と熱脱バインダーを直接比較すると、微妙な変化に対する処理の感度がわかる。溶媒脱バインダールートは、2倍の延性と半分の腐食速度を生み出するが、強度は同じである（1140MPaまたは165ksi）。 Fe-2Ni鋼では、炭素レベルがほぼゼロの場合、焼結降伏強度は約190 MPa（28 ksi）であり、破壊伸びは約30％である。炭素レベルが0.5％に増加すると、熱処理された材料の降伏強度は1230 MPa（175 ksi）で、破壊伸びは1％である。これは、保持された炭素によって可能な強度と延性の劇的な変化である。 

 

低合金鋼の図10.10に示すように、衝撃靭性にも同じ挙動の変化が見られる。測定された靭性は2倍異なる。同様に、PIMセラミック材料にはさらにさまざまな特性がある。たとえば、PIMを使用して製造された窒化ケイ素の室温強度は、300〜800 MPa（40〜115 ksi）の範囲である。このような変動は、製造中に導入された欠陥に対する感度を反映している。欠陥感度は、PIMセラミックの主要な問題である。製造ルートの違いにより、強度が50％変動する可能性がある。 1回のPIM操作内で、プロパティのばらつきは通常小さいである。延性システムの場合、強度の標準偏差は通常20 MPa（3 ksi）で、伸びの標準偏差は約1％である。疲労や衝撃靭性などの動的特性は、細孔構造に依存する。最終的な細孔が小さく球形の場合、亀裂の伝播に対して競争力のある抵抗がある。残念ながら、動的プロパティは一般的にテストされていません。初期の報告によると、疲労耐久強度は、Fe-7Niで219 MPa（32 ksi）、Fe-7Ni-0.5Cで237 MPa（34 ksi）、4640鋼で575 MPa（83 ksi）、517 MPa（75 ksi）である。 17-4PHステンレス鋼。肌焼きにより疲労強度の向上が可能である。 PIM 316Lステンレス鋼で熱間引張試験が実施され、温度が上昇するにつれて強度が着実に低下し、180、300、500、700、および900の温度で降伏強度が258、177、121、71、および62MPaであることが示されている。 °C。延性はかなり高いままで、900°Cまでそれぞれ25％を超えていた。事前にノッチを付けたサンプルで測定した場合、衝撃靭性は低くなる傾向がある。これは主に、亀裂の伝播を助ける残留気孔率のためである。破壊靭性は、いくつかのPIM材料についてのみ評価されているが、これらは従来の処理ルートに似ている。たとえば、WC-9CoとWC-12Coは、それぞれ10および14 MPa≪m1 / 2のKIc（破壊靭性）値を示す。 PIMによって製造されたジルコニアと窒化ケイ素の組成は、どちらも6 MPa-m1 / 2付近の破壊靭性を示す。

PIMによって成形されたセラミックと金属の熱特性は、他の成形技術と直接比較できる。たとえば、W-10Cuは220W / m /°Cに近い熱伝導率で利用可能であり、A1Nは237W / m /°Cの熱伝導率で製造されている。高出力半導体の場合、これらの材料は、標準のマイクロエレクトロニクスパッケージング材料よりも動作電力が50％増加する。表10.8に、PIMで製造された放熱材料の熱特性に関するデータを示す。通常、熱伝導率を最大化しながら熱膨張係数を下げることが望まれる。この点で、PIMによる窒化アルミニウムが最も魅力的である。経済的な観点から、タングステン銅は最も費用効果が高いが、密度が最も高い。一般に、他のプロパティは、競合する処理ルートの場合と基本的に同じである。

PIMステンレス鋼の耐食性が懸念される。汚染なしに適切に処理された場合、PIM製品は耐食性があり、多くの場合、薄片用の鍛造材料よりも優れている。腐食は、不純物、密度、および最終的な熱サイクルに大きく依存する。ただし、単純な一般化として、焼結腐食特性は、代替の処理ルートで観察される一般的な特性と一致するか、それを超えることがよくある。軟磁気特性は、Fe、Fe-2Ni、Fe-3Si、Fe-0.45P、Fe-0.6P、Fe-50Niなどの鉄系にとって重要である。これらの中で、Fe-50Ni合金は高い磁化と低い強制力の最も魅力的な組み合わせを持っている。表10.7は、PIM組成で達成可能な磁気特性をまとめたものである。残念ながら、経験上、強制力にはかなりのばらつきがある。この変動の一部は、焼結密度の違いに直接起因するが、不純物の制御も主要な要因である。腐食や強度と同様に、磁気特性は成形体の汚染物質に敏感である。

　コストは、PIM生産の実現可能性を決定する上で重要なパラメータである。それは多くの要因に依存するが、特に初期の工具費は生産量に対して償却する必要がある。その他の要因には、ツールセット内のキャビティの数、生産量、粉末コスト、製造ステップの詳細、表面粗さ、パッケージング要件、労働率、および必要な公差が含まれる。 PIMの最適なアプリケーションには、製造が困難な材料から形成された大量の複雑な部品が含まれることを忘れないでください。コンポーネントの製造は競争の激しい世界で行われており、従来の粉末の金型圧縮、プラスチック射出成形、投資またはスリップキャスティング、コールドアイソスタティック圧縮、機械加工など、いくつかの技術がPIMと競合している。粉末射出成形は、最低のコストでエンジニアリング要件を満たす必要がある。その最大の強みは、利用可能なさまざまな材料、コンポーネントの形状の複雑さ、および詳細を複製する機能にある。図10.11に示すように、製造ステップの数が多いため、工具と製造コストの点で最も弱いである。対照的に、他の成形技術は、生産性、精度、またはその他の属性においてより魅力的である可能性があるが、このチャートは、PIMの強みの一般的なプロファイルを示している。

 

　図10.12は、いくつかの成形アプローチにおけるコンポーネントの複雑さと生産量の相互作用の概略図である。実際のパーティションは材料、設計の詳細、およびその他の要因に依存するため、製造アプローチ間のパーティションは説明を目的としている。 PIMは、ダイの圧縮、ねじ加工、スタンピング、スリップキャスティング、またはダイカストが十分なアプローチである、複雑性の低い形状の大量生産には適用しないでください。ただし、コンポーネントの複雑さが増すにつれて、特に代替の製造アプローチで二次仕上げ操作が必要な場合、PIMは実行可能になる。セットアップとツーリングのコストのため、PIMの最小生産量はおそらく年間2000から5000である。一部のセラミック部品は、200という小さな生産ロットで生産される。望ましい生産量は年間50,000以上であるが、年間約100,000を超える数量では、必要な工具の再仕上げのため、コンパクトあたりの工具コストは変わりません。年間25万以上の生産では、複数のキャビティ工具の使用が一般的である。 1日あたり30万から50万の生産率を達成する新製品を見るのはエキサイティングである。

　実際の生産状況に関しては、この扱いは相対的な言葉で話す。原材料は、より大規模なコンポーネントの製造コストの重要な要素を構成する。通常、10 g未満の質量では、粉末のコストはPIMに対する大きな障壁にはなりません。大きなコンポーネントの場合、粉末のコストが要因になる。これに基づいて、アルミナと鉄の低コストは、あらゆる用途での選択に有利である。図10.13の5つの円グラフは、粉末コスト、混合、脱バインダー、焼結などの要因が全体的な生産コストにどのように寄与するかを示している。コンポーネントはさまざまであるが、それでも材料コストの明らかな影響がある。これらの内訳は、提案された生産率によって異なるが、タングステン発射体の年間25,000から100 g（0.2ポンド）の鋼製ウォームギアの1日あたり25,000までの範囲である。ステンレス鋼などの一部の粉末はより高価であるため、PIM製造の実行可能性は選択した材料によって異なる。実際、多くの短期的なPIMアプリケーションは、パウダーコストによって抑制されている。図10.13に示されている円グラフは、コスト分布の代表的なビューを示し、さらにコンポーネントのサイズと材料がどのように重要であるかを示している。

 

不足しているのは生産量であり、大きな影響を及ぼす。その他のパラメータには、エンジニアリング時間、操作能力、成形率、検査方法、および元の機器のコストの考慮事項が含まれる。 PIMと金属のインベストメント鋳造などの代替成形アプローチとは対照的に、粉末のコストは鋳造原料よりも高くなる。 PIMコンポーネントの製造コストは、多くの場合、粉末コストの6〜30倍である。したがって、ほとんどのPIMアプリケーションは、一般的な粉末を使用する小型で高性能のアプリケーションに対応している。セラミックの場合、原材料コストはPIMの場合とコールドアイソスタティックコンパクションまたはその他の成形アプローチの場合と同じである。最も成功しているPIMアプリケーションは、評価プロセスの早い段階で、粉末の可用性と予測可能な焼結収縮を保証する。焼結温度が非常に高い材料の場合、炉の可用性が制限される。

製造コストは、製造操作とコンポーネントによって大きく異なる。最初の見積もりとして、パイロット生産施設の資本設備はおそらく600,000ドルから1,000,000ドルの範囲である。粉末射出成形は、表10.1および10.2に示されているガイドラインに一致する設計、図10.4に示されているような複雑な形状、表10.3に示されているものと同様の公差、および表に示されている値と同様の特性を伴う状況に適している。表10.4に記載されているような材料からの10.5から10.8、および5,000を超えるコンポーネントの年間生産量。初期の成功は、そのようなインスタンスが代替技術と比較して少なくとも30％低い製造コストをもたらすことができることを示している。材料の製造が難しい場合、PIMは機械加工と比較して75％以上のコスト削減を示している。技術が成熟するにつれて、製造コストに寄与する各要素が改善され、その結果、アプリケーションの範囲が広がる。

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