バインダージェット「EX-ONE」による工具鋼M２を使った積層実験論文（2024年）をまとめました。工具鋼として必要な焼結体組織の健全性という切り口で深く研究されています。たいへん勉強になるすばらしい研究論文です。
参考文献：「Additive manufacturing of AISI M2 tool steel by binder jetting (BJ): Investigation of microstructural and mechanical properties」、Journal of Manufacturing Processes 132 (2024) 686–711 、Amit Choudhari 、Mechanical Engineering Department, Cleveland State University, Cleveland, OH, USA、他
粉末：SANDVIK社（米国）ガスアトマイズ法、AISI M2 HSS粉末、平均粒径10μm
バインダー：Aquafuse (BA005) 水性バインダー
BJT：EX-ONE
1. 積層（印刷）プロセスの最適条件
• Layer Thickness（積層厚み）: 50μm
• Binder Saturation（バインダー飽和度）: 70%
• Oscillator Speed（オシレーター速度）: 2,700 rpm
• The recoating speed（リコート速度）: 24 mm/s
• Roller Rotation Speed（ローラー回転速度）: 250 rpm
• Roller transverse speed（ローラー移動速度）: 24 mm/s（リコート速度と同期）
• Binder Set Time（定着時間）: 5 sec
• Drying Time（乾燥時間）: 15 sec
2. 脱脂（Debinding）プロセスの条件
• 第1ステップ（溶媒除去）: 150 °C まで 1.0 °C/min で昇温、60 min 保持
• 第2ステップ（ポリマー分解）: 400 °C まで 0.5 °C/min で緩慢昇温、120 min 保持
• 雰囲気: アルゴン（Ar）ガス流量 2 L/min の不活性雰囲気
3. 焼結（Sintering）プロセスの最適値
• 焼結温度（Sintering Temperature）: 1,280 °C
• 保持時間（Holding Time）: 60 min
• 雰囲気（Atmosphere）: 高真空10-4～10-5Torrまたは アルゴン＋水素（Ar + 5%H2）混合気流
• 冷却速度（Cooling Rate）: 空冷（Air Cooling）
＊1,280 °C × 60 min ＋ 空冷の組み合わせが、過度な液相による自重変形を起こさず、最も高い圧縮強度（3,580 MPa）と健全な微細組織（微細に分散した炭化物組織）を得られる。
【珈琲ブレイ句】実験では、平均粒径5μmの粉末も用意されましたが、予備実験の不良率が80％と高いため本実験には使用されていません。やはり微細粉末は流動性が悪いので、EX-ONEの標準仕様では使えないということですね。
粉体の流動性を高めるために、「乾燥環境の管理」の重要性が説かれています。また裏技として、「湿った粉末の復活法」が２つ紹介されています。①180～200℃のオーブンで2-3H焼成する。②1～10torrの真空状態で10～15分間放置する。
論文の結論は、焼結後に空冷（Air Cooling）が良いとのことですが、この実験はおそらく管状焼結炉を使っているので試験片を、焼結直後に空冷できたのではないかと思われます。量産炉であれば、密度の大きなアルゴンガスを使って炉内の水冷クーラー（熱交換器）を回す方法になるのでしょうか？ 工具鋼は組織の課題があるので難しいところです。
