Ejemplo de uso del analizador de imágenes de partículas Morphologi 4 y el reómetro de polvos FT4: Entrevista con el profesor Yanagiya de la Universidad Prefectural de Hyogo

Entrevistamos al profesor Yanagiya del Centro de Investigación de Materiales Metálicos de la Universidad Prefectural de Hyogo. En el Centro de Investigación de Materiales Metálicos han implementado el analizador de imágenes de partículas Morphologi 4 y el analizador de fluidez de polvos FT4. En este artículo, hablamos con el profesor sobre los temas en los que está trabajando actualmente, cómo utiliza estos dispositivos y las actividades del Consorcio Hyogo Metal Belt.

Le preguntamos al profesor Yanagiya sobre la investigación en la que está participando principalmente en este momento.

En la tecnología de impresión 3D, se utiliza mucho el método de lecho de polvo láser. Estamos investigando los materiales de polvo metálico que se usan en ese proceso. La mayoría de los materiales utilizados en el método de lecho de polvo láser son polvo producido por atomización de gas. La razón de esto es que el material producido por atomización de gas tiene una forma esférica y buena fluidez. Además, antes de la impresión 3D, ya se había utilizado en muchas aplicaciones. Gracias a esto, los fabricantes de impresoras 3D han usado tradicionalmente materiales producidos por atomización de gas al desarrollar dispositivos de impresión.

Sin embargo, los materiales producidos por atomización de agua son más baratos de producir que los de atomización de gas. Esto se debe al buen rendimiento y la larga historia del uso de polvo atomizado con agua en el campo de la sinterización. Pensaba que para que la impresión 3D se volviera más popular, era importante que los materiales utilizados fueran baratos.

Por casualidad, al observar el polvo de Epson Atmix, descubrí que también tenía una forma esférica similar a la de la atomización de gas. Pensé que esto podría ser útil para la impresión 3D. Al comparar el material de polvo atomizado con gas que estamos usando actualmente, descubrí que el polvo de Epson Atmix es muy similar. Entonces, pensé que podría usarse para la impresión 3D, y cuando lo intenté con el lecho de polvo láser, funcionó. Y así comenzó todo.

La investigación mostró que el material producido por atomización de agua se produce principalmente para su uso en MIM (Moldeo por Inyección de Metales), y se procesa para ser esférico, buscando un producto de excelente calidad superficial. Esto resulta en un material que puede utilizarse en el lecho de polvo láser.

Se nos mostró la formación utilizando polvo atomizado con agua. Un ejemplo de formación de engranaje planetario donde los seis engranajes rotan sobre sí mismos y a la vez orbitan. Los seis engranajes fueron formados desde el inicio del proceso en la dirección del grosor y no fueron ensamblados después, lo que es una característica de la impresión 3D.

¿Cómo se utilizan los instrumentos de Malvern Panalytical en su investigación?

Tuve la oportunidad de usar el analizador de imágenes de partículas Morphologi 4 anteriormente. Sabía que permitía medir la forma de las partículas, así que decidí usarlo. Al adoptar materiales producidos por atomización de agua, era necesario ver la forma de las partículas en imágenes, y fue entonces cuando decidimos usar el Morphologi 4.

Además, a través de las actividades del Consorcio Hyogo Metal Belt, surgió la necesidad de medir las propiedades de otros materiales en polvo. Por ejemplo, existen materiales creados por el método de fusión por plasma. Este método permite crear materiales compuestos de metal y cerámica y, en comparación con otros métodos, puede resultar en formas casi esféricas. Por lo tanto, es necesario medir información detallada de la forma de las partículas, como la redondez, utilizando el Morphologi.

La razón por la cual decidí usar el analizador de fluidez de polvos FT4 fue porque quería evaluar la fluidez del polvo atomizado con agua. El polvo atomizado con agua generalmente tiene un tamaño de partícula más pequeño y peor fluidez que el polvo atomizado con gas, lo que no puede evaluarse con el ensayo de fluidez estándar JIS. Con el FT4 se pueden medir cuantitativamente la fuerza de cizalla y la resistencia viscosa, lo que permite evaluar la fluidez. Creo que esta es una fortaleza de este dispositivo. Utilizo el FT4 para confirmar el nivel de fluidez. Después de su introducción, las empresas involucradas en la investigación conjunta del consorcio también han expresado interés en usarlo.

¿Podría compartir sus impresiones al usar nuestros dispositivos?

Para ser honesto, tenía la impresión de que las unidades de análisis de imágenes como el Morphologi 4 tomaban mucho tiempo para medir en el pasado. En particular, al compararlo con el método de difracción láser, sentía que el tiempo de medición era más largo. Sin embargo, recientemente, gracias a la mejora en el rendimiento de las computadoras, el tiempo de medición se ha reducido drásticamente, lo cual fue una agradable sorpresa. Además, como se trata de una aplicación del microscopio, la operación es fácil de entender. Se pueden obtener muchos datos de medición, y el análisis de imágenes detallado es posible, lo que creo que es muy adecuado para las actividades de este consorcio. Justo después de su introducción, ya hubo empresas que querían usar este dispositivo. Además, es crucial que se requiera una pequeña cantidad de polvo para realizar las mediciones. Como es posible medir utilizando solo una pequeña cantidad del tamaño de una espátula, se agradece poder ahorrar materiales valiosos.

En los materiales de lecho de polvo láser, la información sobre la fluidez y la forma del polvo es importante. Con el FT4 es posible cuantificar la fluidez, lo que permite un análisis exhaustivo. El FT4 es un dispositivo con parámetros únicos y permite obtener datos comparando el polvo con otros polvos. Esto permite verificar los datos de manera relativa. Creo que gracias al FT4, también se pueden obtener datos relacionados con las características de la superficie de las partículas. Al vincular los datos de forma de partículas medidos por el Morphologi 4 con los datos medidos por el FT4, siento que es un dispositivo muy interesante que puede ser utilizado en conjunto. Parte de los resultados de la investigación obtenidos mediante este dispositivo se presentarán en World PM2024 (Yokohama). Además, en formnext2024 (Frankfurt) en noviembre, presentaremos los resultados de la investigación en el stand de exhibición conjunto del Consorcio Hyogo Metal Belt.

Por favor, infórmenos sobre sus futuras investigaciones y sobre las actividades del Consorcio Hyogo Metal Belt.

Deseo continuar investigando el método de atomización de agua en el contexto del proceso de lecho de polvo láser. Además, las actividades de este consorcio comenzaron con la idea de investigar no solo la formato sino también el polvo en la universidad. Actualmente, estamos investigando varios materiales, incluidos los métodos de atomización de gas, atomización de agua y fusión por plasma.

Por ejemplo, en el método de fusión por plasma es posible crear materiales compuestos. Hemos recibido consultas de empresas que manejan materiales de fusión por plasma y estamos utilizando nuevos polvos para realizar impresión 3D. En el futuro, será necesario examinar las propiedades físicas de estos nuevos materiales, como la redondez y la fluidez.

Es importante explorar composiciones de aleación nunca antes vistas en este laboratorio e comprender sus propiedades físicas. Al hacerlo, creo que se ampliarán varias posibilidades.

Acerca del Consorcio Hyogo Metal Belt

En la región costera del Mar Interior de Seto, se han aglomerado técnicas avanzadas de fabricación y procesamiento de materiales metálicos, formando el «Cinturón Metálico de Hyogo». Para agregar valor a estas industrias, se ha establecido el «Centro de Investigación de Nuevos Materiales Metálicos» como base para la investigación y el desarrollo de materiales.
En este centro, buscamos establecer y popularizar la tecnología de formación de metales en polvo de la próxima generación que ofrece alta dureza, resistencia al calor y excelente capacidad de procesamiento micro. Estamos comprometidos con la tecnología de soporte académico-industrial, especialmente para ayudar a las pequeñas y medianas empresas que están interesadas en adoptar e integrar impresoras 3D de metal, colaborando con empresas que poseen tecnología avanzada.
En el consorcio, además de consultas técnicas, consultas de gestión, investigaciones conjuntas, seminarios y entrenamientos, también llevamos a cabo presentaciones denominadas «emparejamiento de necesidades y ofertas,» las cuales son altamente valoradas por las empresas como un lugar para hacer promoción y aprender de la tecnología de otras empresas. Incluso los miembros que no tienen oficinas en la prefectura de Hyogo, por supuesto, pueden unirse y participar, así que si está interesado, no dude en contactarnos.

Sitio web del Consorcio Hyogo Metal Belt

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

Profesor entrevistado

Consorcio Hyogo Metal
Centro de Investigación de Nuevos Materiales Metálicos
Subdirector, Profesor Titular
Profesor Akihiko Yanagiya

Perfil
En 1981, se unió a Sanyo Special Steel Co., Ltd. Desde el inicio estuvo involucrado en el establecimiento del negocio de polvos metálicos y se convirtió en profesor titular en la Universidad Prefectural de Hyogo en 2018 y profesor invitado en la Universidad de Osaka en 2019. Ha estado involucrado en investigación metalúrgica de polvos, desarrollo de productos y comercialización. De 2016 a 2021 fue director de TRAFAM. En 2019, fundó el Consorcio Hyogo Metal Belt y actualmente se desempeña como subdirector del Centro de Investigación de Nuevos Materiales Metálicos de la Universidad Prefectural de Hyogo y subcomisionado del consorcio, liderando actividades de investigación y difusión para la fabricación aditiva de metales 3D. Desde 2020 es secretario del Comité de Fabricación Aditiva de Metales 3D de la Asociación de Polvos y Metalurgia. Ha recibido premios como el Premio de Tecnología de la Sociedad Japonesa de Metales en 2010 y el Premio al Logro Tecnológico de la Asociación de Polvos y Metalurgia en 2022, entre otros.