積層造形法に基づく粉体流動特性試験方法に関するASTM規格の研究進捗状況の分析

この投稿は、Little Soft Bear によって 2017-4-6 15:31 に最後に編集されました。

金属粉末は、金属 3D プリント技術、特に粉末床溶融結合 (焼結) 積層造形の開発にとって重要な基盤です。現在、金属粉末の研究は主にチタン合金、ステンレス鋼、ニッケル基高温合金に焦点を当てています。金属粉末の開発レベルは、金属積層造形技術の開発をある程度制限します。

せん断、動的流動性、ゆるみ<br /> 粉末は、固体 (固体粒子)、液相 (粒子の表面または構造内に存在する水)、および気相 (粒子間の空気) という、異なる材料成分で構成されています。したがって、粉末は、さまざまな組み合わせとその組み合わせによってもたらされるさまざまな特性を持つ材料の複雑な組み合わせであり、単純な単一のパラメータでは説明できません。
粉末が積層造形の原料となり、製造プロセス全体に組み込まれると、そのさまざまな特性と性能が積層造形プロセスの効率と最終製品の性能と品質に重要な影響を及ぼします。設備オペレーターは、設備とプロセスに適合する粉末を選択したり、粉末の特性に応じて設備パラメータとプロセスパラメータを調整したりして、生産効率と製品品質を最適化する必要があります。

積層造形プロセスでは、業界で通常使用される個々の粒子の物理的特性測定では、粉末の性能を完全かつ包括的に特徴付けることはできません。特定のプロセス条件下では、同じ粒度分布の粉末でも、成形後の部品の性能がまったく異なることがよくあります。同時に、既存の試験技術では、プロセス環境において粉末が受ける応力や流動性の変化が考慮されていません。

現在、ISO 17296-3 に規定されている積層造形用粉末原料の技術要件には、化学組成、粒度と分布、形態、比表面積、流動性、嵩密度、タップ密度などが含まれます。同国では関連する国家規格の策定も進められており、基本的な考え方は、ISO規格を変革し、参照規格を可能な限り国内規格に置き換えるというものである。一方、積層造形における粉末流動性に関しては、中国で依然としてGB/T 1482-2010「金属粉末流動性測定用標準漏斗法（ホールレオメーター）」が一般的に使用されていますが、この方法を実際に適用すると、その感度、識別性、データの再現性が理想的ではなく、粉末が積層造形プロセスで実際に使用される環境や条件が考慮されていません。

ASTM WK55610 ワーキンググループは現在、積層造形プロセスのパフォーマンスに関連する粉末パフォーマンス特性とテスト方法の標準を開発しており、反復可能で再現可能なテスト手順と方法を提供し、これらの特性のテスト感度とテスト精度を定量化することを目指しています。

粉体性能は複雑であるため、多数の性能パラメータが粉体性能に影響します。標準策定の過程で、作業グループは現在、粉体性能を予備的に 4 つの側面に分類しています。

1. 粉末は静的から動的にどのようにして変化するのでしょうか?
2. 運動中の粉体の挙動はどのようなものですか?
3. 粉末は圧密応力を受けるとどのように変化しますか?
4. 粉体層内のルースパウダーを空気がどれだけ容易に通過するか?

これら 4 つの性能側面を定量化することで、粉末製造者とユーザーは、あらゆる付加製造プロセス環境における粉末の性能を総合的に評価し、提供することができます。粉末の性能のこれら 4 つの側面は、次の 3 つのグループの性能テストによって特徴付けられます。

1. せん断性能（粉末が静的から動的に変化する様子を特徴づける）
2. 動的流動特性（運動中の粉体の挙動）
3. バルク特性（粉末に対する圧密荷重の影響と粉末内の空気の移動方法）。

この規格では、これら 3 つの特性グループの試験要件に基づいて、主にせん断性能試験 (粉末間および粉末と容器壁の間)、動的流動性能試験、および緩み性能 (緩み密度、圧密、通気性) 試験などのいくつかの種類の試験方法と、対応する推奨機器および装置について検討しています。

この規格の作成、発行、および将来の実装を通じて、積層造形における粉体流動特性の評価に関するガイドラインが提示され、粉体メーカー、サプライヤー、装置メーカー、およびエンドユーザー向けに、完全かつ包括的な粉体流動特性試験ソリューションが提供されます。

著者: 李暁飛博士 (中国航天統合技術研究所)
出典: 3D Science Valley 詳しい情報:
付加製造に関する ASTM 国際規格は、業界の発展に大きな恩恵をもたらします。 ISOはASTMと協力して3Dプリント標準開発システムを開発している。

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