2023年1月31日火曜日

流動解析を使ったタグチメソッド・パラメータ設計事例

 実験規模L16(5因子4水準)の実験を流動解析シュミレーションを使って行った研究論文があったので概要を記録しておく。

《成形体モデル》歯列矯正ブレース、ピンポイントゲート

《成形材料)粉体(SUS、7.9g/cc、10μm、60VOL%)、結合剤(PP,0.91g/cc、40VOL%)

《特性値》粉体粒子濃度のバラツキ(望小特性)

《ソフト》Moldex3D-CAE

《因子と水準および結果(要因効果図、寄与率)》

充填時間(速度):0.15,0.2,0.25,0.3s(左肩上がり、42%)**

保圧:14,16,18,20MPa(下凸、12%)

溶融温度:200,210,220,230℃(右肩上がり、35%)**

型温度:30,40,50,60℃(緩い傾斜で左が高い、7%)

ゲートサイズ:0.2,0.25,0.3,0.35mm(緩い上凸、4%)

《確認実験》SN比がイニシャル-0.3455dbから0.1466dbに改善された。

文献:”Processing Optimization for Metal Injection Molding of Orthodontic Braces Considering Powder Concentration Distribution of Feedstock” , Chao-Ming Lin,Jhih-Jyun Wu, Chung-Ming Tan , Received: 21 October 2020; Accepted: 6 November 2020; Published: 10 November 2020

【珈琲ブレイ句】流動解析を使ったタグチメソッドによるパラメータ設計は素晴らしい研究です。特性値に「粉体粒子濃度」を採用しているところも驚きです。なぜなら通常実験なら成形体の平均密度(アルキメデス法)しか測定できません。本研究の結果は、充填時間と溶融温度の2因子が支配的であることが分かりました。これは、どちらも粘度を低下させる方向に最適解があると言う事です。粉体粒子濃度がばらつく現象は、粉末粒子と結合剤の相分離であり、これは過剰なせん断速度が原因です。粘度が下がれば流動壁面摩擦領域との境界で発生するせん断速度による粒子の回転が減少し相分離が減少するためです。この研究には気になるところがひとつあります。それは、バインダーがPPの一種類で、現実的なMIMフィードストックではないところです。これは実際のMIMフィードストックのキャピラリーフローとPVT曲線を測定してシミュレーションに学習(合わせこみ)させれば解決するでしょう。それにしても、シミュレーションを使ったパラメータ設計の可能性を示す素晴らしい研究論文です。

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2023年1月29日日曜日

Ti-6Al-4Vの焼結実験論文

 タグチメソッドを使った実験論文を共有する。規模は小さいが3水準の実験L9(3水準、4因子)である。

粉末:Ti-6Al-4V(平均粒径18μm)ドイツTLS Technik製、粉末量65Vol%

バインダー:パームステアリン60wt%、PE40wt%

一次脱脂:ヘプタン60℃×6時間  二次脱脂:550℃×4時間

焼結:真空9.5×10^-6 mbar(9.5×10^-2 Pa)

《特性値》引張強度(望大特性)、L67×t2.7の引張試験片

《因子と水準と結果(特性要因図)》

 焼結温度:1200、1250,1300 ℃(上凸、左肩上がり)

 保持時間:60,120,180 分(左肩上がり)

 昇温速度:3,4,5 ℃/分(下凸、右肩上がり)

 冷却時間:180,240,300 分(上凸、右肩上がり)

《結果、分散分析》F検定で有意なものは 焼結温度のみ。(本来、田口メソッドではF検定は行わない要因効果図だけでOK、ANOVAも不要!と田口博士本人がおっしゃっていました。)

《確認実験》すべての最適値、焼結温度1200℃、保持時間60分、昇温速度5℃/分、冷却時間240分における結果は、引張強度934.33MPa、密度4.36(97.75%)、収縮率12.27%、伸び12.14%、酸素0.00302%、炭素0.056%、窒素0.00004%

文献:“Sintering Parameter Optimization of Ti-6Al-4V Metal Injection Molding for Highest Strength Using Palm Stearin Binder” ,N.H. Mohamad Nora , N. Muhamadb , A.K.A Mohd Ihsanb , K.R. Jamaludin,Malaysian International Tribology Conference 2013 (MITC2013)

【珈琲ブレイ句】この実験からの気づき。焼結温度が高すぎると引張強度が低下すること。さらに保持時間も長いと良くない。たぶんミクロ・マクロ組織の研究があれば考察できたでしょう。残念ながら二次脱脂と焼結の詳細な条件が不明でした、おそらく不活性ガスで二次脱脂、焼結は油拡散ポンプ仕様だと思われます。すばらしいことにASTM B348-02の規格をすべてクリアーしています。それと収縮率が12.27%というのは凄いですね。

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2023年1月28日土曜日

SUS316Lの焼結実験論文

 4因子3水準のL9直交実験論文があったので記録しておく。 

材質:水アトSUS316L(D50:7.157μm)、粉末重量?% 、

バインダー:PEG:73wt%、PMMA:25wt%。SA:2wt%、

脱脂:不明?(たぶん水脱脂)、焼結:真空、9.5×10^-6 mbar

《特性値》焼結体密度

《因子と水準、結果(特性要因図、*最良)》

 焼結温度:1340、1360*、1380℃ (真ん中上凸)

 保持時間:60、120、240*分 (右肩上がり)

 昇温速度:6*,8,10℃/分 (左肩上がり)

 冷却速度:6,8*,10℃/分 (真ん中上凸)

《結果(寄与率)》すべての因子で有意となった。実験の範囲内での最適値は、焼結温度1360℃(32%)、保持時間240分(11%)、昇温速度6℃/分(41%)、冷却速度8℃/分(11%)

《確認実験結果》密度98.52g/cm^3

文献:"SINTERING PARAMETER OPTIMISATION OF THE SS316L METAL INJECTION MOLDING (MIM) COMPACTS FOR FINAL DENSITY USING TAGUCHI METHOD"、K. R. Jamaludin, N. Muhamad, M. N. Ab. Rahman, S. Y. M. Amin, S. Ahmad, M.H.I. Ibrahim、Malaysia

【珈琲ブレイ句】L9直交配列実験です。田口メソッドと記載がありますが数理統計学の実験計画法でした。F検定と寄与率の計算まで行っています。学びは、一番寄与率の高い昇温速度が一番小さな水準の6℃/分が焼結密度を向上させる効果が大きいこと、次に焼結温度は、中間の水準である1360℃が焼結密度が高くなっていることです。焼結温度は高すぎても焼結密度を向上させることができないようです。3水準実験の要因効果が上凸の場合、中間水準近傍は「最適値」とみなすことができるのです。

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