はじめに
選択的レーザー焼結（SLS）は、一般的に機能部品のラピッドプロトタイピングや少量生産に用いられる積層造形技術である。このプロセスでは、レーザービームを使用して粉末材料を焼結し、結合させて固体構造を形成する。レーザーは、必要な部品の3Dデジタル描写から生成された断面をスキャンすることで、粉末層のあらかじめ定義された領域を選択的に融合させる。各断面がスキャンされた後、材料の新しい層が上に適用され、部品が完成するまでプロセスが繰り返される。
粉末層の生成は精密なプロセスであり、供給システムによって確実に分配され、凝集物や空隙のない一貫した方法で製造ベッドに堆積される供給原料が必要です。断続的な流れやバルク内の凝集物は、不均一な堆積を引き起こし、プロセスの効率や最終製品の特性に悪影響を及ぼします。均一で再現性のある層の形成に寄与する粉体特性を特定することで、適合性を評価するために材料をプロセスに通すことに伴う多大な金銭的・時間的オーバーヘッドを負うことなく、新しい配合を最適化し、適切な原料を特定することができる。このアプローチはまた、規格外の最終製品の発生を抑えるのにも役立つ。
さまざまな添加物の効果
ポリオキシメチレン(POM)の3つのサンプル、そのうちの2つは異なる添加剤(顔料と潤滑剤)を含み、SLS装置で使用された。3種類の配合は、貯蔵ホッパーから機械への流れが異なるため、最終製品の特性と品質にばらつきが生じることが観察された。様々な伝統的な特性評価技術が用いられたが、サンプル間の差別化はできなかった。そこで、FT4パウダーレオメーターを用いて3種類の配合を分析したところ、工程内性能を合理化する明確で再現性のある違いが明らかになりました。
テスト結果
動的試験基本的な流動性エネルギー
流動性添加剤を含むサンプルは、他の2つのサンプルよりも高い基本流動性エネルギー（BFE）を生成し、粉末層を通してFT4ブレードを移動させるためにより多くのエネルギーを必要とした。この場合、高いBFEはバルク内により効率的な充填の指標であり、流動添加剤の添加により、より自由に流動する材料になったことを示唆している。
バルク試験透水性
流動添加剤を含む試料は、低い圧密応力で最も高い圧損を発生させ、これは透過性の低下を示し、この自由流動性材料の高密度充填状態を反映している。圧密が進むにつれて、3つのサンプルの圧力損失はすべて上昇しましたが、純粋なPOMと顔料を含むサンプルは、流動添加剤を含むサンプルよりもはるかに大きな変化を示しました。
圧密度の変化に対する感度が低いことは、バルクがより効率的に充填されている、すなわち外力を受けたときに粒子が移動する空隙が少ないことを示すさらなる指標である。顔料を含むサンプルの透過性が最も大きく変化したことから、バルク内の巻き込まれた空気の体積が大きく、凝集性が高いことが示唆される。
剪断セル試験
測定されたせん断応力値に関しては、サンプル間の差別化は限定的であった。このことから、シェアセル試験は、SLS用途で一般的な低応力で動的なプロセスにおける流動特性の評価に最も適した手法ではないことが示唆される。
結論
FT4は、プロセスにおいて異なる挙動を示すことが知られている3つのサンプル間の明確かつ再現可能な差異を定量化しました。また、この結果は、（シェアセル試験のような）単一の技術では、様々な応力および流動レジームにおける粉体の挙動を完全に説明するには不十分であることを示しています。
粉体の流動性は材料固有の性質ではなく、特定の装置内で粉体が望ましい形で流動する能力のことである。加工を成功させるには、粉末とプロセスがうまく適合していることが必要であり、同じ粉末でもあるプロセスではうまくいっても、別のプロセスではうまくいかないことは珍しくない。このことは、複数の特性評価手法が必要であることを意味し、その結果をプロセスランキングと相関させることで、許容可能なプロセス挙動に対応するパラメーターの設計空間を作り出すことができる。FT4の多変量解析アプローチは、すべてのプロセスにおける挙動を単一の数値による特性評価に頼るのではなく、さまざまな単位操作をシミュレートすることで、さまざまなプロセスや環境条件に対する粉末の反応を直接調べることができます。
