「粉末冶金」から粉末押出3D印刷技術がどのように力を発揮するかを見る

出典: サブリメーション 3D

「ものづくり」から「スマートなものづくり」へは、世界中の人々の夢であり追求です。現在、インテリジェント製造システムの進化と先進製造の急速な発展に伴い、主要材料とコア部品は製造業チェーンにおける重要な成長ポイントとなっており、さまざまな先進部品成形技術もこの機会を捉えて活躍しようと努めています。

粉末冶金製造技術は、省エネ、材料節約、環境保護、高効率、高精度などの利点があるため、業界では環境に優しく持続可能な製造プロセス技術として認められています。近年、情報技術と製造業のさらなる融合に伴い、さまざまな最先端の3Dプリント技術も活力を取り戻し、急速な発展を遂げています。

粉末冶金プロセスの主な特徴

粉末冶金技術は、粉末の製造、成形、焼結などの複数のプロセスを統合し、低コスト、高効率、汚染が少ない（ない）という顕著な特徴を備えています。同時に、積層造形（3Dプリント）の重要な成形プロセスとして、「中国製造業2025」の重要な一部となっています。

粉末冶金部品の引張強度は配合に応じて 170 ～ 1200 MPa です。従来の部品製造プロセスと比較すると、次のような特徴があります。
一部の特殊性能材料の唯一の製造方法（現在、粉末冶金でしか処理できない優れた性能を持つ複合材料が多数あります）。
加工工程が短く、シンプルで、制御が容易です（10 以上の機械加工工程を必要とする製品が、粉末金属加工ではわずか数工程で完成することもあります）。
部品は最終サイズに近く、表面が滑らかなので、その後の加工コストが削減されます。
省エネ、高い原材料利用率、高い加工効率（従来の機械加工および切断技術と比較して、粉末冶金は60％のエネルギーを節約し、材料利用率は95％にも達します）。
製品の強度が低く、流動性が悪く、形状が制限されます。
プレス圧力が高く、製品サイズが小さくなります。
金型プレスのコストは高いです。

粉末冶金技術のより広範な応用と発展を促進するために、粉末射出成形（PIM）や3Dプリント技術などのラピッドプロトタイピング技術が登場し、粉末冶金は高密度形成、高性能、統合、低コストの方向に継続的にアップグレードできるようになりました。

顧客の視点から：粉末射出成形の革新

PIM は、高品質の精密部品を製造するためのニアネットシェイプ技術であり、従来の粉末冶金法や機械加工法に比べて比類のない利点を備えています。顧客の観点から見ると、製品処理能力とコスト効率が PIM を選択する主な理由になります。

加工能力の面では、PIM は 3 次元の複雑な部品の成形能力を真に実現し、さまざまな外溝、外ねじ、テーパー外面、十字穴と止まり穴、凹部とキーピン、補強リブ、表面ローレット加工など、複雑な形状の多くの部品を製造できます。材料が流動状態にあるため、金型キャビティに均一に充填されて成形され、金型キャビティ内の各ポイントの圧力と密度が一定であるため、組織構造が均一で機械的特性に優れたニアネットシェイプの部品が得られます。PIM は、異なる材料の部品とコンポーネントの統合製造も実現でき、材料の適応性が広く、自動化の度合いが高いです。

コスト効率の面では、多くの金属材料システムにとって、PIM 粉末は高価ですが、PIM 法では従来の機械加工のように切削を行わないため、コスト削減によって原材料費の差を補うことができることが望ましいです。同時に、PIM のコスト効率は通常、大規模生産に適用されます。生産バッチが十分に大きい場合にのみ、金型コストを償却できます。逆に、生産バッチが少ない場合、PIM は効果を失います。

△PEPプロセス PIMプロセスの制限や障害を打破するために、3Dプリント技術の開発が一般的な傾向になっています。「3D 印刷 + 粉末冶金」を組み合わせた金属/セラミック間接 3D 印刷技術、粉末押し出し印刷技術 (PEP) は、Sublimation 3D によって中国で初めて導入されました。基本的なプロセスは、まず金属/セラミック粉末と有機バインダーを均一に混合して造粒し、次に3Dプリンターで成形し、成形されたブランク（グリーンブランク）内のバインダーを分離し、最後に焼結して緻密化することで、一貫した優れた性能を持つ製品を得るというものです。

△PEPソリューションの3つの特徴
PEP テクノロジーは、成熟した粉末冶金技術を再革新し、3D プリントによる材料制御と成形を革新的に実現し、顧客が求める金属/セラミック部品の個別カスタマイズに対応します。 PEP法は、金型を使わない準備により、金型開発の製造コストと時間コストを節約します。純銅コンフォーマル冷却チャネルの設計と製造、大型で軽量、複雑な構造の炭化ケイ素セラミックの統合準備など、難易度が高く複雑な部品の加工能力を拡大します。直接3D印刷技術よりも優れた成形精度を提供し、印刷装置と材料のコスト効率が高く、3D印刷アプリケーションの推進と普及に役立ちます。

PEP 3D プリントの成功した応用は、次のような利点の組み合わせによるものです。

追記：これらすべてはユーザーのニーズと業界のアプリケーションによって導かれています

良いことは他人から学ぶことができます。伝統的な粉末冶金と新しいPEP 3Dプリントは、代替関係ではなく、相互補完的な利点を持つ反復関係にあります。これは、インテリジェント製造の発展の未来の道であり、粉末冶金とデジタル技術の統合発展の道であり、共生とウィンウィンの結果の道です。

現在、航空、宇宙、造船、原子力などの現代産業で使用される主要な部品と構造は、複雑性、統合性、軽量化、高性能化に向けて発展しています。PEP 3Dテクノロジーも成形要件を満たすことが証明されており、ハイテク分野の主要材料とコアコンポーネントの準備チェーンのリンクになっています。また、粉末冶金に新たな利点をもたらしています。

「エンパワーメント」は概念ではありません。 Sublimation 3Dチームは、この技術を10年近く蓄積し、基盤を築いてきましたが、現在は「次の進歩のステップ」を検討しています。ユーザーのニーズと業界のアプリケーションに導かれ、「3Dプリントのスマート製造の世界を構築する」ために、さらなる探求と実践を重ねていきます。当社は今後も、デジタル技術を活用して粉末冶金を効率的に推進し、粉末冶金の世界のさらなる発展に貢献すべく、着実に前進してまいります。

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