Fallstudie zur Nutzung des Partikelbildanalysegeräts Morphologi 4 und des Pulverrheometers FT4: Interview mit Prof. Yanagiya von der Universität Hyogo

Anlässlich eines Interviews mit Professor Yanagiya vom Forschungszentrum für Metallmaterialien an der Universität Hyogo nutzten wir die Gelegenheit, über seine aktuellen Forschungsarbeiten sowie den Einsatz des Partikelbildanalysegeräts Morphologi 4 und des Pulverflussanalysetools Powder Rheometer FT4 zu sprechen. Außerdem ging es um die Aktivitäten des Hyogo Metal Belt Konsortiums.

Wir fragten Professor Yanagiya nach seinen aktuellen Forschungsinhalten.

In der 3D-Drucktechnologie wird häufig das Laserpulverbettenverfahrens genutzt. Hierbei forsche ich an Metallpulvermaterialien. Das Laserpulverbettenverfahren verwendet hauptsächlich pulverisierte Materialien, die im Gas-Automeyes-Verfahren hergestellt werden. Der Grund dafür ist, dass diese Materialien kugelförmig sind und eine gute Fließfähigkeit besitzen. Zudem haben sie sich auch in anderen Anwendungen als 3D-Druck bewährt. Daher verwenden 3D-Druckerhersteller diese Materialien als Standardmaterialien beim Druckerentwicklung.

Interessanterweise sind Materialien, die im Wasser-Automyseverfahren hergestellt werden, günstiger als solche aus dem Gas-Automyseverfahren. Dies liegt daran, dass pulveriges Wasser im Sinterbereich in der Vergangenheit eingesetzt wurde, was eine gute Produktivität ermöglicht. Für die zukünftige Verbreitung des 3D-Drucks ist entscheidend, dass die verwendeten Materialien erschwinglich sind.

Als wir zufällig die Pulver der Epson Atomics Corporation untersuchten, stellten wir fest, dass sie genauso saubere kugelförmige Pulver wie jene des Gas-Automyses waren. Daher empfand ich es als geeignet für den 3D-Druck. Im Vergleich zu den derzeit verwendeten Gas-Automysepulvern bemerkte ich, dass die Pulver der Epson Atomics Corporation sehr ähnlich waren. Daher startete ich mit der Vermutung, dass sie für den 3D-Druck verwendet werden könnten, und testete dies im Laserpulvacebook. Tatsächlich funktionierte es gut, was den Anfang bedeutete.

Bei der Untersuchung wurde festgestellt, dass die Materialien der Wasserautomation hauptsächlich für MIM (Metallpulverspritzguss) produziert wurden und darauf abzielen, das Ausgangsmaterial bestmöglich in eine Kugelform zu verarbeiten, um hervorragende Produkte mit Oberflächenbeschaffenheit zu erhalten. Dies führte dazu, dass das Laserpulverbettenverfahren eingesetzt werden konnte.

Wir hatten die Gelegenheit, eine Struktur aus Wasserautomysepulver zu sehen. Das Beispiel eines Planetengetriebemodells besteht aus sechs Zahnrädern, die sich beim Drehen um die eigene Achse drehen. Diese Zahnräder wurden von Anfang an in vertikaler Richtung geformt, was ihre Entkopplung unmöglich macht – eine Besonderheit im 3D-Druck.

Wie verwenden Sie die Geräte von Malvern Panalytical in Verbindung mit Ihrer Forschung?

Das Partikelbildanalysegerät Morphologi 4 hatten wir zuvor die Gelegenheit zu verwenden. Da wir wussten, dass damit Partikelformmessungen möglich waren, entschlossen wir uns, es zu nutzen, um die Partikelform der Wasser-Automiesverfahrensmaterialien im Bild zu visualisieren.

Darüber hinaus ergab sich durch die Aktivitäten des Hyogo Metal Belt Konsortiums die Notwendigkeit, die physikalischen Eigenschaften anderer Pulvermateralien zu messen. Es gibt beispielsweise Materialien, die im Plasma-Fusionsverfahren hergestellt werden. Mit dieser Methode kann auch ein Verbundwerkstoff aus Metall und Keramik hergestellt werden, der im Vergleich herkömmlich hergestellt sehr kugelförmig ist. Dazu wird detaillierte Partikelformdaten wie die Rundheit benötigt, die wir mit Morphologi messen.

Ein weiterer Grund, das Pulverflussanalysesystem FT4 zu verwenden, war, die Fließfähigkeiten von Wasserautomysepulver zu bewerten. Wasserautomysepulver ist im Allgemeinen kleiner als Gasautomysepulver und besitzt eine schlechte Fließfähigkeit, sodass es nicht gemäß JIS-Standard bewertet werden kann. FT4 erlaubt jedoch die quantitative Messung von Scherkräften und Viskositätswiderstand, um die Fließfähigkeit zu beurteilen. Diese Stärke des Geräts lässt uns den Fließfähigkeitsgrad ermitteln. Nach der Einführung wurde es auch von Unternehmen, die gemeinsame Forschung im Konsortium durchführen, angefordert.

Lassen Sie uns einen Einblick in Ihre Erfahrungen mit unserem Gerät gewinnen.

Geräte zur Bildanalyse, wie das Morphologi 4, hinterließen bei mir früher den Eindruck, dass die Messung lange dauert, insbesondere im Vergleich zur Laserbeugung. Durch die Höherentwicklung von Computerprozessoren hat sich jedoch die Messgeschwindigkeit dramatisch verbessert. Die einfache Zielerfassung ist dank der Erweiterung mit Mikroskopen auch sehr gut gelungen. Wir erhalten eine Vielzahl von Messdaten und detaillierte Bildanalysen, was sie für die Aktivitäten im Konsortium sehr geeignet macht. Einige Unternehmen forderten es sofort nach der Einführung an. Entscheidend wenig Materialverbrauch ist ein weiterer wichtiger Punkt. Dank der Möglichkeit, Messungen mit der Menge eines Spatels zu tätigen, wird das kostbare Material geschont.

Bei Materialien des Laserpulverbettenverfahrens sind Daten zur Fließfähigkeit und Partikelform sehr wichtig. Mit FT4 kann die Fließfähigkeit quantitativ erfasst und umfassend analysiert werden. FT4 bietet einzigartige Parameter, sodass Daten im Vergleich zu anderen Pulvern gesammelt werden können. Dies ermöglicht eine relative Überprüfung der Daten. Wir sind der Meinung, dass FT4 umfassende Informationen zur Partikelform bereitstellt. Die Messdaten des Morphologi 4 aus Partikelformmessungen können mit den Daten des FT4 verknüpft werden, was beide Geräte sehr interessant macht. Forschungsergebnisse, die mit diesen Geräten erzielt werden, präsentieren wir teilweise bei der World PM2024 (Yokohama) und bei formnext2024 (Frankfurt) im Rahmen eines Gemeinschaftsstandes des Hyogo Metal Belt Konsortiums.

Bitte erzählen Sie uns von den zukünftigen Forschungsinhalten und den Aktivitäten des Hyogo Metal Belt Konsortiums.

Wir wollen die Forschung zum Wasserautomyesverfahren im Laserpulverbettenverfahren vertiefen. Auch die Konsortiumsaktivitäten begannen in der Überzeugung, dass die Forschung in der Universität nicht nur im Formgebungsbereich, sondern auch bei der Untersuchung von Pulvern fortschreiten sollte. Derzeit arbeiten wir an verschiedenen Materialien, darunter Gas-Atomisierung, Wasser-Atomisierung und Plasma-Schmelzverfahren.

Beim Plasma-Schmelzverfahren gibt es Unternehmen, mit denen wir in Verbindung stehen, und wir haben teilweise mit neuen Pulvern im 3D-Druck experimentiert. In Zukunft wird es notwendig sein, neue Materialeigenschaften wie Rundheit oder Fließfähigkeit zu untersuchen.

Um die Möglichkeiten zu erweitern, ist es wichtig, neue Legierungskompositionen zu erforschen und ihre Eigenschaften zu verstehen.

Über das Hyogo Metal Belt Konsortium

An den Ufern des Seto-Binnenmeers hat sich Technik zur Herstellung und Verarbeitung von Metallmaterialien landesweit angesiedelt und den „Hyogo Metal Belt“ geformt. Um den Avalisiertechnologien dieser Industrien zu steigern, wurde das „Forschungszentrum für neue Metallmaterialien“ als Basis für die Forschung und Entwicklung von Materialien eingerichtet.
Hier konzentriert sich die Arbeit auf die Verbreitung und Etablierung von Metallpulvern und 3D-Drucktechnologien, die für die nächste Generation von Industriesektoren erforderlich sind: Härtung, Hitzebeständigkeit und Präzisionsfertigung. Um insbesondere KMUs im Bereich des Metall-3D-Drucks zu unterstützen, kooperiert das Konsortium mit Unternehmen, die über fortschrittliche Technologien verfügen, und übernimmt technologische Unterstützung in enger Zusammenarbeit zwischen Industrie und Hochschulen.
Mit dem Konsortium werden technische Beratungsdienste, Managementberatungen, gemeinsame Forschung, Seminare und praktische Schulungen geboten, sowie Vorträge für das Matching von Ideen und Bedürfnissen organisiert. Dies wird von den Unternehmen als gute Gelegenheit zur Selbstdarstellung ihrer Technologie und als Lernplattform für andere Technologie des Unternehmens sehr geschätzt. Auch Mitglieder ohne Niederlassung in der Präfektur Hyogo können natürlich teilnehmen und sind bei Interesse herzlich willkommen.

Hyogo Metal Belt Konsortium Webseite

Anfragen: kinzoku@eng.u-hyogo.ac.jp

Der interviewte Professor

Hyogo Metal Konsortium
Universität Hyogo, Forschungszentrum für neue Metallmaterialien
Stellvertretender Direktor und Gastprofessor
Prof. Akihiko Yanagiya

Profil
1981 Eintritt bei Sanyo Special Steel Co., von Beginn an an Metallpulverprojekten beteiligt, 2018 Gastprofessor an der Universität Hyogo, 2019 Gastprofessor an der Universität Osaka. Arbeit an Metallpulverforschung, Produktentwicklung und -umsetzung. Stopgap-Director von TRAFAM von 2016-2021. 2019 Gründung des Hyogo Metal Belt Konsortiums, aktuell stellvertretender Direktor am Forschungszentrum für neue Materialien der Universität Hyogo, gleichzeitig stellvertretender Vorsitzender des Konsortiums, Förderung der Forschung und Verbreitung der additiven Metallfertigung. 2020 Sekretär des 3D-Metall-Additive Manufacturing-Komitees der Japanischen Gesellschaft für Pulvermetallurgie. 2010 Japanische Gesellschaft für Metalltechnologie Preis, weitere Auszeichnungen 2022.