相対密度を考える２（高密度化）

 【珈琲ブレイ句】◆焼結で高密度化させるためには一番何が必要か考えてみました。現在の結論（私見）は「グリーン体密度を大きくすること」これは「粉末の粒子間の接触点数の総和を増やすこと」です。具体的には２つ。「微細粉末を使う」もう一つの方向は「二峰分布配合、多峰分布配合」です。そしてこれらを使うフィードストックは「可能な限りCSLに近いバインダー量」にすることです。焼結体が高密度化するだけでなく高精度化も両立できます。◆数十μmの大きな粉末では焼結密度は上がりません。一方、十µmから数µｍで密度が向上しますが、さらに細かくサブミクロンにしても逆に高密度化に貢献しません。また、微細粉末になるほど必要なバインダー量は増加し（収縮が大きくなり）焼結体の精度を低下させる恐れがあります。「二峰分布配合」「多峰分布配合」はMIMだけでなくMIM-Like AM（Sinter based Metal AM、BJT、MEX）もたぶん同じです。

関連BLOG「二峰分布混合の威力」

関連BLOG「二峰分布混合の威力２（耐変形）」

◆大きめの粉末に微細粉末を混ぜる二峰分布配合はMIMフィードストックで実際に使われています。MIMやMEXはバインダーと混錬するので問題になりませんが、パウダーベッドを使うBJTでは微細粉末の流動性が問題になってきます。粉末床のかさ密度が向上しないので、グリーン体の密度を最大化できない課題があると思われます。

関連BLOG「バインダージェット法に用いる積層造形用金属粉末材料」

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品質工学パラメータ設計事例7 特性値：焼結密度

 最終焼結密度を特性値としたパラメータ設計の論文を記録する。

《実験計画》粉末：SUS316L、OSPREY、d50＝13.0μm、TD＝5.0g/cc　バインダー：PMMA,PEG,PW,SA（65,8,25,2vol%）脱脂：水脱脂＋加熱脱脂（ウイッキング）　試験片：MPIF-50　パラメータ設計：直交表L27,制御因子８種

《結果》寄与率の高いものから、焼結温度：右肩上がり最大1360℃、昇温速度：上凸12℃／min、焼結時間：右肩上がり最大120min、冷却速度：上凸10℃/min、焼結密度：7.6g/cc

参考論文：Praveen Pachauri, Md. Hamiuddin  "THE EFFECT OF SINTERING PROCESS PARAMETRS ON FINAL DENSITY OF SINTRED PARTS PRODUCED BY USING METAL INJECTION MOLDING (MIM)" Noida Insitute of Engineering and Technology, Greater　Noida, AMU, Aligarh, India ,TRANSACTIONS OF PMAI, VOL. 43 (2), DECEMBER 2017

【珈琲ブレイ句】パラメータ設計の醍醐味は、水準の効果が上凸の非線形になった時です。この上凸（山）の頂上が最適水準なのです。この報告では焼結温度と冷却速度が上凸になっています。

本題ではないのですが、結果の一部を図示した「Contour Curve」がすばらしい（下図）。２因子を軸とした焼結密度の高低を山の高さ（地形図）として表現したものです。地図では左上と右下に丘の頂上があることがわかります。直交配列実験をしているので２因子の推定値で図示できるわけです、わかりやすくて素敵です。でも、２因子だと地形図として表現できるのですが、３因子だと四次元、４因子だと五次元空間になるので地形図は図示できません。そこで多次元空間を扱うパラメータ設計の登場となるわけです。

関連実験：品質工学を使ったMIM焼結実験（特性値：衝撃強度）　

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品質工学パラメータ設計事例6 Co-30Cr-6MoマイクロMIM

 マレーシア・ペルリス大学のタグチメソッドの論文(2014)を記録する。

《実験計画》粉末：Co-30Cr-6Mo（20μm、TD＝5.20g/cm3、CPVP＝67Vol％）、バインダー：PS＋PE系、バインダー量は不明（33＋α Vol%）金型：マイクロダンベル（全長９mm、ダンベル径Φ2.6mm、厚さ0.8mm、ゲート厚さ0.32mm）、直交表：L18、特性値：グリーン体密度の望目特性、制御因子：A射出温度（160，170，180℃）、B射出圧（9，10，11bar）、C金型温度（100，110，120℃）、D射出時間（6，7，8ｓ）、E保圧時間（６,7，8ｓ）

《結果》寄与率の高い順。射出温度は一番高い第３水準の180℃、射出圧は第２、３水準の10～11bar、金型温度一番温度の低い第１水準の100℃。確認実験で推定値内にはいることを確認した。密度＝5.222～5.450g/cm3

参考論文：Azizah Wahia, Norhamidi Muhamada, Hafizawati Zakariab ”Optimization of 67% Powder Loading Co-30Cr-6Mo µMIM Part by Taguchi Method ”　Department of Mechanical and Materials Engineering, Faculty of Engineering and Built Environment,University Kebangsaan Malaysia

【珈琲ブレイ句】L18を使った正統派のパラメータ設計です。面白いと思ったのは、20μm（たぶん20μｍアンダー）の粉末でマイクロMIMの金型を使っているところです。金型のゲート厚は0.32mmと極薄ですが立派に成形できるんですね。実験の範囲内で、射出温度の最大180℃がグリーン体密度を高めます。これは流動性が高くなったためでしょう。次に射出圧は高いほど良いのですが10と11barではあまり差がなくなっているので、多分ゲートが小さすぎるためだと思われます。そして金型温度は一番温度の低い100℃が一番高密度に貢献しています、なぜでしょうか？　交互作用の影響は理解できないこともあります。でも確認実験で再現しているので「なぜそうなるのかがわからなくても」技術としては問題はありません。「Why」を後回しにして「How」で進むのが技術道です。

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