研究の進歩は低エネルギーの可能性を示しています

2023 年 4 月 14 日

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低圧粉末射出成形 (LPIM) と高圧粉末射出成形 (HPIM) は、本質的に類似した製造プロセスです。 ただし、LPIM プロセスでは、1 MPa 未満の低い射出圧力を利用するために、1.5 ～ 4.0 Pa・秒の低粘度の原料を使用する必要があります。 HPIM 射出圧力は通常、20 ～ 200 MPa の範囲であり、たとえば複雑な油圧ユニット、ピストン、スピンドルを備えた成形機を使用して、粘度が 100 ～ 1000 Pa・秒の範囲の原料を処理します。

対照的に、LPIM 成形機は単純な油圧機構を使用する傾向があり、一般にサイズが小さいため、設備コストが低くなり、エネルギー消費が少なく、金型の摩耗が少なく、スピンドルやピストンの摩耗による原料の汚染が少なく、金型への混合物の付着が最小限に抑えられます。金属粉末から原料バインダーが分離しないこと。

LPIM は数十年にわたり、少量から大量のセラミック部品の生産に使用されて成功してきましたが、HPIM は過去 30 ～ 40 年にわたり、合金、硬質材料を含む幅広い材料の大量生産に主に焦点を当ててきました。比較的小型で非常に複雑な形状の部品には金属、およびセラミックが使用されます。 しかし、LPIM は、低コストで小型の射出成形機の使用、低分子量ポリマーを使用した流動性の改善された原料バインダーの開発、および必要な部品の除去による潜在的な節約の可能性のため、HPIM の製造業者と部品ユーザーの注目を集めています。最近の研究では、LPIM が、複雑で付加価値の高いニアネットシェイプの金属ベース部品のプロトタイピングや少量生産においても費用対効果の高いプロセスとなり得ることが示されています。航空宇宙および医療用途。 ただし、LPIM を採用する際の主な課題は原料の組成であり、これは射出成形とその後の脱脂に関連する問題に影響します。

LPIM の将来の可能性を確認するために、オーストリアのレオーベン モンタ大学の研究者グループ (V モメニ、M フフナーグル、Z シャルーディ、S シュシュニッグ、C ククラ、C ホルツァー) とルクセンブルク科学技術大学 ( J Gonzalez-Gutierrez) は、使用される金属およびセラミック粉末、結合剤、成形、脱結合剤および焼結の特性を含む、LPIM のすべての処理ステップの特性に関する公開研究の包括的な調査を作成しました。 学術研究と産業研究の両方からの 226 件の参考文献を含む 44 ページの調査は、2022 年 12 月 23 日付けの Materials, 16, 379 にオンラインで掲載されました。

レビューの著者らは、研究グループが LPIM を使用して、鉄、316L ステンレス鋼、インコネル 718 超合金、セラミックや超硬合金などのさまざまな金属合金から 100 ～ 10,000 個の部品を製造したと報告しました。 現在の研究努力は、LPIM中の金属粉末と結合剤の偏析に対する粉末の特性、射出パラメータ、原料の特性/特徴の影響を調べるための実験方法と数値シミュレーションの開発に焦点を当てていることが判明した。

原料に関しては、LPIM で通常使用される低粘度の多成分バインダーは主にパラフィンワックス (PW) をベースにしており、優れた成形能力を確保し、粉末とバインダーの相互作用と原料の安定性を促進し、結果として偏析がほとんどないと述べられています。 このような低粘度のワックスベースのバインダー系は、分子量が高いためポリマーを排除するといわれています。

LPIM 原料に高い粉末負荷を使用することは、凝集、原料の不均質性、各ステップでのさまざまな欠陥などのプロセス関連の問題や複雑さが発生する可能性があるため、通常は望ましくないことが述べられています。 さらに、高温での形状保持を助ける元素がバインダー中に存在しないことは、正確な脱バインダーと焼結を特別な注意を払って実行する必要があることを示しています。 また、LPIM 原料では HPIM 原料に比べて粉末の配合量が少ないため、優れた機械的特性を達成することも困難な場合があります。