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[解析事例] 粉末射出成形「PIM」のご紹介

粉末射出成形「PIM」のご紹介

微細精密製品を金属やセラミック材料で量産できるソリューション
プラスチックから金属への転換技術

射出成形の主な利点の1つは、複雑な形状の製品を大量生産できることです。様々なプラスチック材料を使った製品が射出成形で製造されています。しかし、プラスチック材で全ての製品設計の要求に応えられるわけではありません。特に金属部品はプラスチックで置換えることが難しく、量産は難しいと言われてきました。
その問題を解決する技術である粉末射出成形(PIM:PowderInjectionMolding)は、微細精密製品を金属やセラミック材料で量産できるソリューションとして、近年急激な発展を遂げています。

概要

本事例では、Moldex3Dの最新ソリューションである「PIM」機能を使用し、粉末射出成形の数々の問題点を粉末濃度や密度の分布から解決する方法をご紹介します。

粉末射出成形の工程

まず、一般的な粉末射出成形の工程を説明します。
工程には下記の4工程があります。

  • 1.金属、もしくはセラミック粉末をバインダーと呼ばれるポリマー混合物に調合し原料を準備する。
  • 2.原料を型に射出し、グリーンパーツ(GreenPart)を成形する。
  • 3.ポリマーバインダーを除去してブラウンパーツ(brownpart)を作成する。(脱脂工程)
  • 4.残った粉末構造部品を焼結し、最終製品を作成する。(焼結工程)

粉末射出成形の成形不良と対策

射出成形工程で発生する顕著な問題は、ゲートマーク、エジェクタピンマークやパーティングラインなどです。また、焼結時には収縮が発生します。これらの一番大事なポイントは、工程1の原料(材料)の選択と準備にあります。脱脂工程の前に製品品質を確かなものにするため、原料の特性を調べることは射出成形工程制御の上で非常に重要です。例えば、反り変形やクラック、外観不良などの欠陥は、バランスの悪いフローパターンや温度制御不足によっても引き起こされる為、ゲート位置の調整だけでなく原料やキャビティ内の粉末濃度や密度の影響を把握することで回避することが可能です。

Moldex3D「PIM」の機能

Moldex3Dのソリューション「PIM(粉末射出成形)」には、充填工程状況の把握機能(図1参照)や、充填工程の粉末濃度の変化を調べる機能(図2)があります。特に、粉末濃度は保圧段階でも変化するため、保圧段階での確認が重要となります。Moldex3Dでは充填段階のみでなく保圧段階でも粉末濃度の確認が可能です。この例では、部品内部をスライスしてその内部の濃度分布を確認しています。また、変形解析では粉末濃度を考慮し変形状況(図3)を3次元で細かく確認する事が可能です。

充填状況 図1. 充填状況(充填時間)

保圧工程での粉末濃度分布 図2. 保圧工程での粉末濃度分布
(部分的に不均等が発生)

変形解析結果 図3. 変形解析結果(総変形)

Moldex3DMaterialLab(材料測定サービス)

Moldex3Dでは、PIMの解析ソリューションと共に、PIM工程の総合的なソリューションとして、原料の材料特性について情報を提供するMoldex3DMaterialLab(材料測定サービス)をご提供しています。原料の低せん断領域におけるレオロジー特性(図4)などをご提供可能です。設計段階にて材料を検討することは、成形条件のコントロールと安定した量産につながります。是非、合わせてご検討ください。

MIM用材料データ 図4. MIM用材料データ(せん断率と粘性)
※せん断率は原料のせん断粘性と反対の傾向を示す

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