2021年3月12日金曜日

対数正規勾配パラメーターSwを勉強する

「対数正規勾配パラメーター」とは、 粉末粒度分布を表すパラメータで「LOG-NORMAL SLOPE PARAMETER」のことである。(注意:私訳なので日本語でググっても出てこない。)ジャーマン先生の本でも紹介されているパラメータである。この値でMIMフィードストックの流動性が評価できる。Swは粉末の粒度分布の巾が狭いか広いかを表しており、Swが大きいと尖った分布、Swが小さいとすそ野が広い分布を表す。使用している粉末のSw値が小さい方が成形性が良い。その定義は次式である。

Sw=2.56/(LOG10(D90/D10))

(事例)90%<10μm(Sw4.7)の粉末と90%<22μm(Sw3.5)の粉末で高粉末充填量領域では明らかに流動性に差が出ている。どちらも同じ65VOL%のフィードストックの比較で、射出圧力が前者は約80MPa、後者が約62MPaである。(Sandvik社の論文、バインダーは触媒脱脂POM系)

【珈琲ブレイ句】Swは粉末スペック選定のひとつの基準になりますね。上の論文では次のことも示唆しています。それは「バインダーをジャブジャブ入れているときは差は無い」ということ。臨界粉末量を狙った高精度MIMフィードストック開発じゃなければSwを気にしなくていいのです。

話しが変わりますが「2.56」はどこから出てきたのか考えたところ、昔習った統計学の知識で解決できました。それは、正規分布の80%の範囲である±1.28σ=2.56σです。図解するとこんな感じです。Swは累計線のほぼ直線部分の傾き(b/a)です。a=LogD90-LogD10=Log(D90/D10)、b=2.56、(α=1)

これは「粉末分布が正規分布である」ことを前提にしているので二峰分布や三峰分布には多少使いづらいかもしれません。 

【日曜MIM知るINDEX】【MIM指南書増補セルフ】

【いつでもオンデマンド講習会】 【MIM技術伝道士HP】

2021年3月10日水曜日

MIMにおけるHIPとCIPの活用法をまとめる

 HIPとは「Hot Isostatic Pressing:熱間等方圧加圧」で、高温不活性ガスで部品を加圧するもの。一方、CIPは「Cold Isostatic Pressing熱間等方圧加圧」は冷たい水(液体)で部品を加圧するものです。

     MIMの世界でどのように活用されているのか

HIP:焼結体に対して行う。内部不良(ウエルド等)を消す。密度を上げる。微細組織のまま密度を100%に上げ、結果として機械的性質を向上させる。高密閉性が必要な部品や航空機部品などのハイスペック部品に利用されている。 

CIP:成形体(脱脂体+ラバーコート)に対して行う。内部不良(ウエルド等)を消し(密着させて)焼結で拡散結合させ一体化させる、内部不良対策に利用されている。 

 

【珈琲ブレイ句】HIPは例えばチタン合金の強度向上策として、結晶が成長する前(ラメラ組織に成長する前)の低焼結温度でブランク品を完了させ、密度不足品をHIPで補うという合わせ技で最高品質を造り出す実施事例があります。HIPの処理温度(約900℃)は焼結温度(1100~1350℃)より低いので結晶を成長させずに密度をほぼ100%にすることができるのです。一方CIPのMIMへの展開実績は、たぶんほとんどないと思います。(私は実施していましたが・・)実はCIPはMIMではなくAMでの活用が増えるような気がしています。なぜかというと、AMの積層体の密度が甘いためです。それは、FDM積層造形(成形)に「保圧」という概念が欠落しているためです。また、バインダージェット方式では粉末嵩密度を向上させる機構が弱い(タップ密度と比較して)ためです。

【BLOG目次】

【MIM指南書】

【MIM技術伝道士HP】

2021年3月2日火曜日

金属粉末利用FDM-3Dプリンターまとめ

MIMの姉妹技術である金属粉末利用FDM-3Dプリンターをまとめる。BASFから市販のFDM装置で積層できる巻線フィラメントが登場。材料と装置のバンドル販売のMetalX、DesktopMetalに加え、MIMペレットそのものを積層する装置が登場している。


【珈琲ブレイ句】「FFF」と「FDM」は何が違うのかを調べていたら上のような系統図ができあがりました。材料が巻線か鉛筆状か、MIMペレットかで技術的に層別できることがわかります。それぞれ長所短所があり、巻線にするためには弾力が必要で、そのためには「バインダーを多めにして」「バインダーの曲げ弾性率をさげる」必要があり二次加熱脱脂での変形が多い欠点が推測されます。その点、鉛筆状とMIMペレットを利用する方が材料を最適化(粉末量最大化・高精度化)できる可能性があります。また、フィラメント溶融積層は、材料押出機構が簡単で安価な装置、小さなものが得意、市販機も使え入門に最適です。ペレット溶融積層の材料押出機構はかなり複雑で高価な装置ですが、メカ的に高精度な押出が期待できることと、大物を高速で積層できる利点がありそうです。

国内の優秀な工作機械メーカーであれば、小型射出成形機とXYZテーブルを組み合わせれば、高精度な3Dプリンターが実現できると思うのですが・・・Made in JAPAN を期待しています。

【日曜MIM知るINDEX】【MIM指南書増補セルフ】

【いつでもオンデマンド講習会】 【MIM技術伝道士HP】