2019年7月24日水曜日

「金属粉末を乾燥するとタップ密度が上がる」から感じたこと

袋から取り出す粉末は取り扱いやすいのに
真空乾燥(200℃)すると微細粉末が舞い上がるほど「サラサラ・パラパラ」になる。この結果、流動性が高まり、付着力が低下しタップ密度が向上する。

粉体工学は、「粉体に働く力は二つである」と説明する。
①重力
②付着力

そして、粒径が約10μmを境に、10μmより大きければ重力
小さければ付着力が支配する世界になるそうだ。

MIM粉末の粒径はこの10μm近傍なので取り扱いが難しいようだ。

さらに 付着力は3種類あり、その複合で作用するとのことだ。
①ファンデルワールスの力(分子間力)
②静電気の力
③液架橋力(水分)

金属粉末だと②の静電気は逃げるように感じる、③の液架橋力は真空乾燥すると舞い上がることに関係しているようだ。①は粒子間に働く相互作用で引力のようなものであろうが、金属の密度が大きので重力が有意になる範囲(境)が、数μm小さい方にシフトするかもしれない。

MIM粉末は奥が深い・・・・
「砂糖」でこんな説明がある。上白糖はしっとりでスプーンに付着しやすい、グラニュー糖はさらさらしている。この理由:上白糖は約200μmの結晶、グラニュー糖はその3~5倍の大きさの結晶、原料のショ糖は吸湿性があるが、比表面積の大きな上白糖の方が吸湿されやすい。(粉の本 山本ら B&Tブックス 日刊工業新聞社¥1400)

2019年7月17日水曜日

金属粉末3D積層装置(金属3Dプリンター)の精度向上について考える

MIMと関係ないが、3D金属プリンターはMIMの相棒である。
その相棒の精度を向上させる方法を考えてみる(妄想)。
ここで考える装置は
「バインダージェット方式、パウダーベットを有するタイプ」に絞る。

問題提起:
なぜZ方向(積層高さ)の精度が悪いのか

仮説:パウダーベットに敷く金属粉末の見掛け密度が小さいため、
バインダーが数%であっても粉末間の距離が離れている。脱脂・焼結過程で粉末が重力で移動するため変形する。

◆「雷おこし」を「おにぎり」にする必要がある。◆

対策:パウダーベットに敷く金属粉末の見掛け密度を最大化させる。臨界タッピング密度が目標値である。

具体策: 粉体の見掛け密度を向上させる方法は3つ
 ①圧力を掛ける(例:ラバー容器を使ったCIP)
 ②タッピングする(例:タッピング密度測定器)
 ③振動を与える

【珈琲ブレイ句】
①を志向していると思われるローラー加圧は現存する。
ただ圧力はどのくらいかけられるのか?
ローラーだと線接触なので課題があるかも・・・
面接触にした方がよい。スキー板の様な・・・
②パウダーベット全体をタッピングする方法はあるかも。
課題は、重量が数十Kgになろう。振動音発生、タクトタイムが伸びる。
③パウダーベット全体を振動させる(超音波、衝撃波、固有振動共振法)。
振動体でパウダー表面を一層づつ圧縮する。課題は、やはり音か。

相棒、金属3Dプリンター。さらなる高精度化を期待する。
2019/07/17

粉末の流動性と焼結精度

仮説: 
粉末のタップ密度が高く・流動性が高い方が、バインダ量を減らせるので、収縮率を最小化でき焼結精度が最大化できる。 しかし、逆に保形能力が低くなるので脱脂工程とネッキング前工程で粉末が流動し変形が発生する。

粉体の流動性は、MIM焼結精度に対して「両刃の剣」として作用する。


精度を縦軸に、流動性を横軸にすると
上凸の非線形が成り立てば、その頂上の流動性が最適解である。

探検が始まる。