2023年1月8日日曜日

MIM用射出成形シミュレーションについて

 10年ほど前にMIMで使える射出成形シミュレーションが存在していた。それは、SIGMASOFTの3D射出成形シミュレーションである。これは、従来の樹脂成形の射出成形シミュレーションで使うCross WLFモデルではなく、Herschel-Bulkleyで拡張させたSIGMASOFT独自のCross WLFモデルを採用している。このポイントは、せん断速度が低速2(1/s)以下で大きく粘度が高くなる二つのせん断粘度直線の傾きをモデルにしているところである。”Sigma Soft”

【珈琲ブレイ句】一般に射出成形ではせん断速度は高速であり、低速2(1/s)以下になることはありません。しかし、射出成形された金型キャビティの流れの中には低速になる部位があるのです。この部位で正確にシミュレーションすることがポイントなのです。逆に、ゲート領域ではせん断速度勾配が大きくなるので体積当たりの粒子濃度(粉末濃度)が増加します(シワが発生する)。すでに世界では実用化されているソフトですね。国内ではTS工業さんが別のソフト(MoldeX 3D)で2014年頃から実用化研究を始めているという発表があります。すばらしいです。これを使えば金型方案設計の確認を半日で完了させることができます。

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2023年1月4日水曜日

新AM技術「MoldJet」を深堀する

概要:Mold Jet という新しいMIM Like AM技術

《造形手順》step1:型造形、ワックス積層(25~200μm)にて型を造形  Step2:成形、金属ペースト(セラミックペースト)を型キャビティに充填  Step3:乾燥、水溶性バインダーを乾燥させる  Step4:硬化、グリーン体を硬化させる(真空) Step5:検査、光学検査を行い基準未達の場合は、その層を削り取り造形をやり直す

《後工程》ビルドプレート全体をオーブンでワックス(型に相当)を溶かす(120℃×2~5時間)。残ったグリーン体を溶媒脱脂溶媒再循環タンク内で溶媒脱脂(MAX3時間)する。オーブンで30分間乾燥させる。MIM脱脂焼結炉で焼結する。

《造形寸法》Dominant機:400*240*120mm、Dim機:220*120*90mm 

《材種》ステンレス4種、工具鋼2種、低炭素鋼2種、超合金、Ti64、銅、セラミック2種

《コンパウンド設計》Powder load paste:60-63%、グリーン体強度:20MPa、最小厚さ:200-250μm、印刷精度:150-300μm

《焼結体品質》相対密度:95%以上、収縮率:11-15%、表面粗さ:1.5-3.5Ra

【珈琲ブレイ句】Tritone社のMoldJetで造られた焼結体の品質(相対密度、収縮率、表面粗さ)は、ほぼMIMですね。これはペースト状のフィードストックを使っているところに優位性があると思われます。一般的なMIMでは不可能な肉厚200-250μmが造形できる。ペーストは流動性が大変良いのでBJTより微細な粉末が使える、そのため焼結密度も高くでき精度も高い。MEXと比較するとフィードストック設計の自由度が相対的に高い、つまりフィラメントにする必要がないので粉末量を高く(60-63%)でき、しかも柔軟性を考慮した樹脂バインダー設計も不要になるのです。

ところで、乾燥工程の「真空」が気になります。具体的な情報がないのですが、もし積層工程も真空中であれば気泡が混入しないので積層体の品質は最強ですね。今後の調査テーマにします。

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2023年1月1日日曜日

MIMフィードストック設計事例2

複合HA/Ti6Al4Vにパウダースペースホルダーとして塩NaClを使った研究の結果を記録する(とても高いCSLの事例)。

《粉末》Ti6Al4V(19.6μm、4.43g/cm3)、Hydroxyapatite(5.3μm、3.13g/cm3)、NaCl(381.4μm、2.17g/cm3)

《粉末配合比》Ti6Al4V:HA=9:1 with 20%スペースホルダー(NaCl)

《バインダー》パームステアリン(融点54℃)60wt%、ポリエチレン(融点125℃)40wt%

《臨界粉末量》CSLCPVP)=82vol%

資料:”Determination of Critical Powder Loading of Titanium-Hydroxyapatite with Powder Space Holder for Powder Injection Molding Feedstocks” Mohd Yusuf Zakaria Abu Bakar Sulong Mohd Ikram RamliJournal of Mechanical Engineering Vol. SI 3 (1), 11-21, 2017

【珈琲ブレイ句】この実験報告では臨界粉末量CSL82vol%を叩き出しています。信じられません。これは、配合比が三峰分布になっているためだと考えられます。粉末配合比 Ti6Al4V:HA:NaCl=72:8:20Vol%のときです。ただしグリーン体の顕微鏡写真を観るとスペースホルダーの塩が破砕している?ように見えるので混錬条件の管理が必要になるでしょう。

ところで、多孔質の複合チタン合金を造ることを目的としている研究ですが、スペースホルダーの塩(NaCl)をどのように除去(脱脂?)するのでしょうか? 考えられる方法は2つですね。ひとつはブラウン体の塩を融点801℃でウイッキング等により抜く方法。ふたつめはグリーン体の塩を水中で溶かす方法(シャチハタスタンプ方式)。

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