Proces Metal Injection Molding (MIM)

Czym jest Metal Injection Molding?

Proces Metal Injection Molding (MIM) łączy elastyczność projektowania formowania wtryskowego tworzyw sztucznych z wytrzymałością i integralnością metali kutych, oferując opłacalne rozwiązania dla bardzo złożonych geometrii części.

Proces MIM jest zwykle opisywany jako cztery unikalne etapy przetwarzania (mieszanie, formowanie, debinding i spiekanie) w celu wyprodukowania końcowego kształtu.

Mieszanie:

Proces MIM rozpoczyna się od procesu mieszania lub przygotowania surowca. Drobny proszek metalu o wielkości cząstek mniejszej niż 20 µm miesza się w precyzyjnych ilościach ze spoiwami termoplastycznymi i woskowymi. Stosunek objętości proszku metalu do spoiwa wynosi w przybliżeniu 60:40. Mieszankę umieszcza się w specjalnym urządzeniu mieszającym i podgrzewa do temperatury powodującej stopienie spoiw. Masę miesza się mechanicznie aż do równomiernego pokrycia cząstek proszku metalu spoiwem. Masę schładza się, a następnie granuluje (surowiec), aby doprowadzić do formy akceptowalnej dla wtryskarki do metalu.

Formowanie:

Formowanie wtryskowe ma identyczne urządzenia i technikę jak formowanie wtryskowe tworzyw sztucznych. Granulowany surowiec jest podawany do wtryskarki, gdzie jest podgrzewany i wtryskiwany do gniazd formy pod wysokim ciśnieniem. Formowaną część (obecnie nazywaną „częścią zieloną”) pozostawia się do ostygnięcia, a następnie wypycha z formy, aby proces mógł się powtórzyć. Ponieważ topią się tylko spoiwa (w celu dystrybucji proszków metali), cały proces odbywa się w temperaturze około 200° C. Forma wtryskowa może posiadać wiele gniazd, co zapewnia wysoką wydajność produkcji. Gniazdo formy jest o około 20% większe, aby skompensować skurcz występujący podczas spiekania. Zmiana wymiarów podczas skurczu jest dokładnie znana dla każdego materiału.

Debinding:

Po formowaniu wtryskowym wypraska przejdzie do następnego etapu zwanego procesem usuwania spoiwa lub debindingiem. Usuwanie spoiwa to proces, podczas którego materiały wiążące są usuwane z formowanego komponentu MIM. Proces ten zwykle składa się z kilku etapów, przy czym większość jest usuwana przed etapem spiekania, pozostawiając jedynie tyle spoiwa, aby przenieść części do pieca. Usuwanie spoiwa można przeprowadzić wieloma metodami, z których najpopularniejszą jest ekstrakcja rozpuszczalnikiem. Po usunięciu spoiwa część jest teraz półporowata, co pozwala na łatwe usunięcie pozostałego spoiwa podczas procesu spiekania.

Spiekanie:

Części po debindingu umieszcza się na ceramicznych podstawkach, które umieszcza się w piecu do spiekania o wysokiej temperaturze i kontrolowanej atmosferze. „Brązowe” części (po debindingu) powoli podgrzewa się w atmosferze ochronnej w celu usunięcia pozostałych spoiw. Po ich odparowaniu, część metalową podgrzewa się do wysokiej temperatury, w której puste przestrzenie pomiędzy cząstkami zostają wyeliminowane w miarę stapiania się cząstek. Część kurczy się izotropowo do wymaganych wymiarów i przekształca się w gęstą bryłę. W przypadku większości materiałów, gęstość części spiekanej jest zazwyczaj większa niż 97% gęstości teoretycznej. Wysoka gęstość części spiekanej nadaje produktowi właściwości podobne do materiałów kutych.

Wykańczanie:

Procesy wykańczania/obróbki mechanicznej nie są częścią procesu Metal Injection Molding. W zależności od wymagań końcowych, na spiekanej części można wykonać określone operacje wykańczające/obróbkowe. Aby poprawić właściwości fizyczne, można przeprowadzić obróbkę cieplną jak w przypadku dowolnego metalu. Można również wykonać dowolny rodzaj operacji wykańczającej, aby uzyskać bardziej precyzyjne tolerancje niż te, które proces Metal Injection Molding(MIM) jest w stanie zapewnić. Można łatwo galwanizować i nakładać powłoki ze względu na dużą gęstość materiału. Z powodzeniem można zastosować także liczne techniki montażu mechanicznego takie jak spawanie czy obróbka na zimno.