Výroba MIM: Kompletní průvodce

Přehled o Výroba MIM

Vstřikování kovů (MIM) je výrobní proces práškové metalurgie, který se používá k výrobě malých, složitých kovových dílů ve velkých objemech.

Mezi klíčové kroky MIM patří:

• Míchání jemného kovového prášku s pojivem za účelem vytvoření vstupní suroviny
• Vstřikování vstupní suroviny do formy pomocí vstřikování plastů.
• odstranění pojiva a ponechání pouze kovového prášku.
• Spékání za účelem zhutnění prášku na pevnou kovovou součást.

MIM kombinuje konstrukční flexibilitu vstřikování plastů s pevností a výkonem obráběných kovů. Jedná se o nákladově efektivní proces pro komplexní velkosériovou výrobu malých dílů.

Jak funguje výroba MIM

Výrobní proces MIM zahrnuje:

1. Formulování vstupní suroviny smícháním a peletizaci jemného kovového prášku s polymerními pojivy
2. Zahřívání vstupní suroviny a její vstřikování do požadovaného tvaru.
3. Chemické odstranění pojiva pomocí rozpouštědla nebo tepelného odstranění pojiva
4. Spékání odleželé kovové součásti v peci, aby vznikl plně hutný díl.
5. Volitelné sekundární dokončovací operace jako obrábění, vrtání, pokovování

MIM umožňuje hospodárnou výrobu součástí se složitou geometrií, přísnými tolerancemi a vynikajícími mechanickými vlastnostmi.

Typy kovů používaných v MIM

Technologií MIM lze zpracovávat širokou škálu kovů:

• Nerezové oceli - 316L, 17-4PH, 410, 420
• Nástrojové oceli - H13, P20, A2, D2
• Magnetické slitiny - měkké a tvrdé ferity
• Slitiny mědi - mosaz, bronz
• Nízkolegované oceli - 4100, 4600
• Superslitiny - Inconel 625, 718
• Těžké slitiny wolframu
• Slitiny titanu - Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI

MIM je obecně vhodný pro jakýkoli materiál, který lze slinout na vysokou hustotu. Upřednostňují se kovy s teplotou tání nižší než 1000 °C.

Parametry výrobního procesu MIM

Mezi kritické parametry procesu MIM patří:

Vývoj surovin:

• Morfologie prášku, distribuce velikosti
• Složení pojiva
• Náplň prášku - obvykle 60-65 obj.%
• Proces míchání - teplota, čas, atmosféra

Formování:

• Materiál formy - preferovaná nástrojová ocel P20
• Vstřikovací teplota, tlak, rychlost
• Konstrukce brány
• Konstrukce chladicího systému

Debinding:

• Rozpouštědlové, tepelné nebo katalytické odstraňování vazby
• Teplota, čas, atmosféra

Spékání:

• Teplotní profil - odvápňování, spékání
• Rychlost ohřevu, doba spékání, atmosféra
• Spékací teplota a tlak

Konstrukce MIM a úvahy o součástech

Proces MIM umožňuje volnost konstrukce, je však třeba dodržovat některé zásady:

• Tloušťka stěny: možnost rozsahu 0,3 - 4 mm
• Povrchová úprava: Ra 1,5 μm.
• Rozměrové tolerance: ±0,5% je standard, ale ±0,1% je možné dosáhnout.
• Zamezení zachycení prášku: Žádné zcela uzavřené vnitřní dutiny
• Návrh úhlů pohledu: Přednostní úhel ponoru: > 1°
• Smrštění při spékání: Přibližně 20% objemové smrštění
• Snížení počtu závad: Velkorysé poloměry rohů minimalizují trhliny.

Pokročilé simulační nástroje umožňují virtuální optimalizaci procesu MIM během návrhu, čímž se snižuje počet pokusů a omylů.

Výhody Výroba MIM

Mezi hlavní výhody využití MIM patří:

• Složité geometrie a přísné tolerance
• Vynikající mechanické vlastnosti
• Široká nabídka materiálů
• Vysoké výrobní množství při nízkých nákladech
• Minimalizace odpadu - proces blízký čistému tvaru
• Zkrácené obrábění a dokončovací práce
• Integrace součástí a konsolidace dílů
• Automatizovaný proces vhodný pro provoz při zhasnutém světle
• Šetrnější k životnímu prostředí než obrábění
• Škálovatelnost od prototypů po plnou výrobu

Díky těmto výhodám je MIM vhodný pro nákladově efektivní výrobu přesných kovových součástí ve velkých objemech v různých průmyslových odvětvích.

Omezení a výzvy MIM

Některá omezení spojená s MIM:

• Omezená velikost - obvykle <45 g hotové hmotnosti na díl
• Omezeno na kovy schopné spékání na vysokou hustotu
• Rozsáhlé odborné znalosti potřebné pro formulaci vstupních surovin
• Počáteční náklady na vývoj forem a procesů
• Rovné úseky a ostré rohy náchylné k praskání
• Delší doba realizace ve srovnání s jinými procesy
• K dosažení konečných vlastností je často nutné následné zpracování
• Nedostatek volnosti při navrhování některých funkcí, například vláken.
• Sekundární obrábění může být u slinutých kovů náročné.

Tyto problémy lze překonat vhodnou surovinou a návrhem procesu přizpůsobeným dané aplikaci, a využít tak plný potenciál technologie MIM.

Aplikace dílů vyrobených metodou MIM

MIM nachází široké uplatnění v následujících odvětvích:

Automobilový průmysl: Zámkové kování, snímače, palivový systém a součásti motoru

Aerospace: Oběžné kolo, trysky, ventily, spojovací materiál

Lékařský: Zubní implantáty, rukojeti skalpelů, ortopedické nástroje.

Střelné zbraně: Spouště, zásobníky, sklíčka, kladiva

Hodinky: Pouzdra, články náramků, spony a přezky

Elektrické: Konektory a přívodní rámečky pro spolehlivost

Typické velikosti dílů se pohybují od 0,1 gramu do 110 gramů, přičemž největší komerční objemy výroby se týkají konektorů, spojovacích prvků, chirurgických nástrojů a ortodontických rovnátek.

Analýza nákladů na výrobu MIM

Výrobní náklady MIM zahrnují:

• Vývoj surovin - Formulace, míchání, charakterizace
• Výroba forem - Vysoce přesné obrábění forem
• Stroj MIM - Velké investice do kapitálového vybavení
• Úkon - Práce, služby, spotřební materiál
• Sekundární operace - Odvápňování, spékání, dokončovací práce
• Využití materiálu - Kovový prášek představuje přibližně 60% celkových nákladů.
• Spotřební nářadí - Více dutin formy umožňujících velký objem
• Objem výroby - Náklady na zřízení amortizované v rámci celkového objemu
• Poměr nákupů a letů - Pouze 2-4x ve srovnání s jinými procesy PM
• Optimalizace designu - Jednoduché geometrie s minimem obrábění

Při velkých objemech výroby přináší MIM velmi příznivé náklady při vysokých výrobních rychlostech s vynikajícím využitím materiálu a možností téměř čistého tvaru.

Výběr Výroba MIM Partner

Klíčové faktory při výběru dodavatele MIM:

• Prokázané odborné znalosti a dlouholeté zkušenosti s MIM
• Portfolio materiálů - řada nerezových ocelí, nástrojových ocelí a superslitin
• Certifikace kvality - nejlépe ISO 9001, ISO 13485
• Možnosti sekundárního zpracování - obrábění, tepelné zpracování, povrchová úprava
• Přísné postupy kontroly kvality procesů a výrobků
• Výzkumné a vývojové kapacity pro formulaci surovin a vývoj procesů
• Simulace proudění ve formě a další odborné znalosti v oblasti konstrukční analýzy
• Dovednosti v oblasti řízení programů pro podporu zákaznických projektů
• Škálovatelná kapacita schopná růst s potřebami výroby
• Konkurenční ceny s víceletými smlouvami
• Umístění umožňující úzkou spolupráci a ochranu duševního vlastnictví

Výběr zavedeného výrobce MIM se zaměřením na MIM poskytne nejlepší výsledky na rozdíl od obecné dílny pro CNC obrábění kovů.

Výhody a nevýhody MIM vs. CNC obrábění

Výhody MIM:

• Vynikající rozměrová přesnost a opakovatelnost
• Složité geometrie nedosažitelné obráběním
• Téměř čistý tvar s minimálním odpadem materiálu
• Efektivní škálování na velmi vysoké objemy výroby
• Automatizovaný proces umožňuje nepřetržitý provoz
• Kratší dodací lhůty po nastavení
• Výrazně nižší náklady na díly při velkých objemech
• Vlastnosti odpovídají nebo převyšují vlastnosti obráběných kovů

Nevýhody MIM:

• Vysoké počáteční náklady na vstupní suroviny a formy
• Omezené možnosti velikosti
• Omezená volnost návrhu některých funkcí
• Nižší počáteční výrobní množství neefektivní
• Rozsáhlé odborné znalosti potřebné pro formulaci vstupních surovin
• Mohou být ještě nutné sekundární dokončovací operace
• Delší dodací lhůty a nižší kvalita prvních prototypů

Pro malé složité kovové díly vyráběné ve velmi velkých objemech se MIM stává časově i finančně nejefektivnější výrobní metodou.

Srovnání 3D tisku MIM a 3D tisku kovů

Hlavní rozdíly mezi MIM a 3D tiskem:

FAQ

Jaká je typická tolerance pro výrobu MIM?

MIM dokáže spolehlivě dosáhnout rozměrových tolerancí ±0,5%, přičemž pokročilé procesy jsou schopny dosáhnout tolerance ±0,1% u malých přesných součástí.

Jaká jsou běžná složení vstupních surovin pro MIM?

Typické vstupní suroviny pro MIM se skládají z 60-65% kovového prášku s 35-40% pojiva obsahujícího polymery, jako je polypropylen, polyethylen a polystyren. Vosky pomáhají zlepšit tok prášku.

Lze pomocí MIM vyrábět díly z více materiálů?

Ano, MIM může vyrábět kompozitní a odstupňované struktury vstřikováním různých vstupních surovin do každé dutiny formy nebo použitím pojiv s různými body tání.

Jaké velikosti výlisku lze dosáhnout pomocí MIM?

Výlisky MIM jsou obvykle omezeny na díly s hmotností menší než 45 gramů a rozměry menšími než 50 mm. Větší nebo těžší součásti je obtížné dostatečně naplnit a zhutnit.

Jak si MIM vede v porovnání s tlakovým litím malých kovových dílů?

MIM poskytuje vyšší rozměrovou přesnost a pevnost materiálu, ale tlakové lití má rychlejší časy cyklů. MIM je vhodnější pro složité geometrie, zatímco tlakové lití je vhodnější pro jednodušší tvary.

znát více procesů 3D tisku