2018年12月3日月曜日

アルミのMIMは存在しないのか?

 この質問を受けると、研究レベルではアルミのMIMはありますが、量産はされていない。と答えている。アルミは活性な金属で、粉末にした時の表面酸化物Al2O3が、焼結を妨げるため、相対密度は80%程度が限界である。(粉末の周りがアルマイト処理されたようなものと考えると焼結しづらいことがイメージできる)
 しかし、シリコンSiを1% あるいは銅Cuを4%添加すると焼結密度が96%以上になる。理由は、SiやCuがAl粉末の酸化被膜を破り焼結を進行させていく「液相焼結法」と呼ばれるものらしい。この実験では純Alの粉末11μmの微細粉末で、溶製材 純度99%「A1100」に匹敵する強度がでる(伸びは若干劣る)。
 ただ、現実的に考えると、アルミなら「金型に直接射出成形できる」アルミダイカスト、金型低圧鋳造など、こちらの方が精度は確実に高いのでメリットが大きいと感じる。

参考文献:MIM‐Alの焼結特性に及ぼす元素粉末添加の効果、産業技術総合研究所 加藤清隆、朝比奈他 概要:MIMアルミニウム成形体の焼結性を改善するために、元素粉末を添加して液相焼結を試みた。1質量%Siまたは4質量%Cu粉末と純Al粉末(平均粒径:35μm、20μm、11μm)からなる混合粉末を出発物質とした。次に、焼結Al-1SiおよびAl-4Cu成形体をMIMで作製した。得られた成形体の密度、微細組織および室温での引張特性を調査した。得られた結果は以下のようにまとめられた。(1)Al粉末のサイズに関係なく、これらの元素粉末を添加すると焼結Al成形体の密度が大幅に向上した。最も粗い35μmのAl粉末を使用した場合、純Al成形体の相対密度はわずか66%であったのに対し、Al-1SiおよびAl-4Cu成形体は両方とも89%まで上昇した。 11μmのAl粉末を用いた場合、Al-1SiおよびAl-4Cu成形体はいずれも相対密度が95%以上であった。(2) Al-1Si成形体の引張特性は、焼鈍処理した鍛造純Alの引張特性に近い値を示した。Al-4Cu成形体はAl-1Si成形体よりも伸びは低かったが、引張強度は高かった。

2018年11月26日月曜日

BASFから3D積層用のフィラメント(MIM粉末)が登場

BASFから「Ultrafuse316LX」というフィラメント(巻き線)が販売されました。すごいことです。どのようになるかというと・・・
①安価な3Dプリンター(熱溶解積層法MEX,FFF,FDM)で、積層できる。
②MIMメーカーが積層装置とフィラメントを購入すれば、自社内で脱脂焼結ができる。
③積層モデルで試作を対応し、量産は正式にMIMで受注する。
というビジネスが簡単にできるようになる。

欠点は精度と機械的性質ですが、この試作品で合格になればMIM化への展開は楽勝です(MIMの方が高精度、高強度になるため)
(一方、積層品がNGのときMIMもNGとなる懸念があります。
 熱ものに懲りてなますを吹くになっちゃうネガティブ思考が心配・・)

MIMマガジン2018 Vol.12 No.3 P83  によれば
材質 SUS316L
収縮率 X,Y方向 16.5% Z方向 20.5%
引張強度 XY方向 498MPa Z方向 414MPa
     参考MIM 510MPa
伸び  XY方向 43% Z方向 19%
     参考MIM 50%

なぜ、強度がMIMより劣るのでしょうか
これは組織マクロ写真を観るとわかるのですが、やっぱり密度が低くスカスカ感が否めないのです
なぜそうなるのか(以前にも書きましたが)
3D積層は「グリーン体密度が上がらない」からです。
なぜ上がらないのか・・
それはMIM成形(一般成形も同じですが)での「保圧」を掛けられないためです。
「MIMの品質は保圧で決まる」といっても過言ではありません。

でも「3D積層で成形密度を完璧にする方法」はないのでしょうか。
技術的には存在します。そのアイデアは・・
ラバーでコーティングしてCIPを掛ける方法です。
コストとリードタイムが増えるので高機能部品に限定されるでしょう
航空機の部品とか・・

その他に 焼結体にHIPを掛ける方法もありますね。
こちらの方がお手軽化もしれません。
ただし、焼結密度が低すぎてポーラスが閉じていないと
(空孔が独立していないと)HIPが掛からない、
この時は、密閉容器にセラミック粉末と一緒にいれて
等方圧加圧することになり大変です。
【追加】
・仮加熱脱脂でラバーコーティング+CIPという論文もありました。
・実験でちょっと試したいときは、油圧ポンプの出力に圧力容器をつなぐだけで
 「なんちゃってCIP」ができます。注意:温度はワックス軟化点以上が理想。

◆BASFに伺ったときに学ぼうと思ったら◆20190817(mimsen83)
このフィラメントの販売は別会社でした。BASF 3D Printing Solutions 株式会社。それぞれ別々に営業をやっており詳細聞けませんでした。「AMからようこそMIMへ」への道は遠いことを痛感した次第です。もう少し営業の守備範囲を広げればいいのに・・・鉄道だって相互乗り入れが当たり前の時代に・・・大変残念でした。

2018年11月25日日曜日

MIM業界の先駆者「Parmatech社」依然として強い

MIMインターナショナル・マガジン 2010年Vol.4No.2
MIMの元祖パーマテック社の記事を読んだ(英文)
「Parmatech:The MIM industry's first commercial producer, and still going strong」

1973年4人の起業家で創業(カルフォルニア州)、(一人は「ウイテック法」のウイッキーさん)。パーマテック法の基本は溶剤(溶媒)脱脂である。特許(米国第4,197,118号)の概要:①溶剤蒸気は未焼結体にゆっくりと入り込み、結合剤の膨張により過度の応力が掛からないように結合剤を溶解する。②溶媒の中に置き溶剤を結合剤の流動点より高い温度に維持して残りのバインダーを抜く。③水素中で約1150℃まで予備焼結した後 ④真空炉を用いて1300℃以上で焼結する。
・気相中で溶剤脱脂
・続けて溶剤中で脱脂
・水素中で予備焼結(還元反応させるため?)
・真空炉で本焼結
徹底的にバインダーを取り除く基本中の基本ですね。
故意にバインダーを残して焼結体の炭素をコントロールする方法がありますが。個人的には、上記のバインダーは完全に除去する方法を支持しています。なぜかというと
量産設備の能力が安定しないため
《環境温度湿度ばらつき、排気能力の低下(真空ポンプ能力低下、配管つまり)、炉内汚染など》バインダーの残量を管理することは量産現場では相当難しいと思います。