設計自由度を高めるMIM材料のカスタマイズ

メーカーに対する期待は、かつてないほど高まっています。顧客企業は、より高い強度と密度、より耐久性の高い製品、そして自分向けに最適化された独自性を求める消費者に対応しています。金属粉末射出成形（MIM）を手がける企業は、どのように時代の変化に対応できるのでしょうか。

メーカーが過去に直面していた限られた設計自由度は、どのように解決できるのでしょうか。その鍵は、 MIMプロセスの基盤であるフィードストックにあります。OptiMIMは、最適な材料配合により、最高水準の性能を発揮する個別仕様の部品を製造することを目指しています。 

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フィードストックとは

では、フィードストックとは具体的に何でしょうか。基本的には、粉末冶金とプラスチック射出成形を組み合わせた技術です。粉じんに近いほど微細な球状金属粉末を、プラスチックとパラフィンワックス、すなわち「バインダー」システムと混合します。バインダーシステムの目的は、部品を必要な形状に成形することであり、金属粉末はその形状を保持します。

最終的なフィードストックは、体積比で約40%のバインダーと60%の金属から成り、粉末粒子のサイズは10～25ミクロンです。1ミクロンは1メートルの100万分の1であり、比較のために言えば、40ミクロンは人の目で見える最小の粒子です。平均的な人の髪の毛の幅が100ミクロンであることをご存じでしょうか。これら3種類の材料を混合し、独自の混練システムで押し出してペレット化します。

次に、ペレットを射出成形機に供給し、部品の初期段階である「グリーン体」に成形します。最終的なネットシェイプ部品を製造するためには多くの後工程が必要ですが、フィードストックはその基盤となります。

フィードストックの工程管理

合金をカスタム配合することにより、プロセスの複雑さが増します。機械的性能と特性を最適な状態で一貫させるためには、サプライヤーが適切で均一かつ再現性のあるフィードストック混合物を確保することが重要です。フィードストックに複数の材料を取り入れる際には、厳格な管理のもと、冶金技術者の知識と専門性を正確に反映する必要があります。一貫した寸法管理は、部品間だけでなく、ロット間でも必要です。これによりOptiMIMは、焼結段階における部品の収縮を毎回予測可能かつ再現性の高いものにしています。

一貫した寸法管理に重点を置くことで、他のプロセスに伴う従来の制約を受けずに、性能を最大化する設計へ必要な時間と投資を充てることができます。

金属粉末射出成形による設計自由度

製品性能は最重要事項です。MIMフィードストックをカスタマイズすることで、他のいかなる方法でも実現できない技術や最終部品を設計できます。 部品に合わせて材料を単に選ぶのではなく、最適な性能を実現するために最適な組合せを作り出す必要があります。

自社でフィードストックを製造できる能力により、OptiMIMは多くの複雑な設計課題を解決しています。プラスチック射出成形と粉末冶金の組合せにより、設計エンジニアは、ステンレス鋼、ニッケル鉄、銅、チタン、その他の金属を成形する際の従来の制約から解放されます。また、他のサプライヤーとは異なり、エンジニアはプロジェクトの性能要件を損なう既製材料に制約されることもありません。

どのプロセスにおいても、不適切な材料の使用は部品性能に影響を及ぼす可能性があります。そのため、特定の材料特性を選定し、より細かく調整することで、より優れた部品性能を実現できます。金属、ワックス、プラスチックポリマーの独自の組合せに加え、その他の工程管理により、他の金属射出成形方式と比べて、より厳しい公差、高密度、滑らかな表面仕上げを実現しながら、精密で複雑な部品を大量生産できます。OptiMIMは、フィードストック開発および生産プロセスのすべての変数を管理しているため、より高い工程能力により、部品間およびロット間でより高度な公差管理を実現しています。この垂直統合は、MIM業界における当社独自の強みです。

性能を重視した金属部品設計

設計エンジニアは、MIMプロセスを自由な発想で設計を始められる手法として捉えることができます。MIMは、機能と強度に必要な箇所にのみ材料を配置して部品形状を構築します。複数の部品を 単一のMIM部品に統合でき、その結果得られる形状は、複数部品を組み立てる場合よりも強度が高く、コスト効率に優れ、通常は当初の設計意図により近いものとなります。部品を統合することで、部品故障の可能性が低減され、リスクを軽減できます。

すべての形状要素は金型に組み込まれるため、部品の複雑さがコストを左右することはありません。プレス部品のバリ取りや面取りなど、従来の設計手法では、複雑さを加えることで部品価格が上昇することがよくあります。

MIMは、複雑さ、精度、数量、性能が求められる領域で優位性を発揮します。そして、そのすべてはカスタム配合されたフィードストックから始まります。選択する材料は、部品がどれほど複雑であっても、高性能な部品を実現する必要があります。