真空焼結炉の経済的な運用において重要な要素は、プロセスガスと電力の経済的な消費です。ガスの種類によっては、焼結プロセスにおけるこれら2つのコスト要素が総コストの50%を占める場合があります。ガス消費量を節約するためには、脱脂・焼結プロセスにおける汚染の防止を確保するために、調整可能なガス流量分圧モードを実装する必要があります。消費電力を削減するために、最適化された加熱素子を用いてホットゾーンを製造し、熱損失を低減します。これらの設計ポイントを実現し、研究開発コストを合理的な範囲に抑えるために、現代の省資源型真空焼結炉は、流体力学計算ツールを使用して最適な気流と熱流モードを見つけます。
さまざまな炉タイプの適用性
カスタマイズや高度に特殊化されたシステムにかかわらず、市場に出回っている焼結炉のほとんどは、周期真空炉と連続雰囲気炉に分けられます。射出成形および触媒脱脂後の茶色の部品には残留ポリマーが含まれています。どちらのタイプの炉も、ポリマーを熱除去する仕組みを備えています。
一方、比較的大型で、完全に均一な量産や形状が類似する部品であれば、連続雰囲気炉をフル活用する方が適しています。この場合、短いサイクルと高い焼結能力により、優れた費用対効果が得られます。しかし、中小規模の生産ラインでは、年間最低150～200tの生産量で、投入コストが高く、生産量が多い連続雰囲気炉は経済的ではありません。さらに、連続雰囲気炉はメンテナンス時に長い停止時間が必要となるため、生産の柔軟性が低下します。
一方、周期的真空焼結炉は、優れた脱脂焼結プロセス制御技術を備えています。MIM部品の形状変形や化学分解といった前述の制約を効果的に解決できます。解決策の一つは、高精度なガス制御システムを用いて層流プロセスガスで揮発性結合材を洗い流すことです。さらに、ホットゾーンの容量を低減することで、真空炉の温度均一性はLKまで非常に良好です。一般的に、真空炉は良好な雰囲気清浄度、高真空焼結炉のプロセスパラメータの調整可能性、部品の振動の少なさなどを備えており、高品質部品（医療機器など）の製造における技術的な選択肢となっています。多くの企業は、受注の変動に直面し、形状や材料が異なる部品を生産する必要があります。真空焼結炉の低入力と高サイクルの柔軟性は、それらにとって有利な条件を作り出します。複数の真空炉を稼働させることで、余剰生産ラインを確保できるだけでなく、異なるプロセス手順を同時に実行することもできます。
しかしながら、上記の技術的利点を持つ一部の業務用真空焼結炉は、利用可能な容量が小さいという制約があります。入出力比の欠点とエネルギー利用率の低さにより、部品の焼結コストが他のMIM製品で節約できるコストを相殺してしまうのです。
投稿日時: 2022年5月7日