MIM 제조: 완전한 가이드

개요 MIM 제조

금속 사출 성형(MIM)은 작고 복잡한 금속 부품을 대량으로 생산하는 데 사용되는 분말 야금 제조 공정입니다.

MIM의 주요 단계는 다음과 같습니다:

• 미세 금속 분말과 바인더를 혼합하여 공급원료 만들기
• 플라스틱 사출 성형을 사용하여 금형에 원료 주입하기
• 금속 가루만 남기고 바인더를 제거하기 위한 디 바인딩
• 분말을 고체 금속 성분으로 농축하는 소결 처리

MIM은 플라스틱 사출 성형의 설계 유연성과 가공 금속의 강도 및 성능을 결합한 공정입니다. 소형 부품의 복잡한 대량 생산을 위한 비용 효율적인 공정입니다.

MIM 제조의 작동 방식

MIM 제조 프로세스에는 다음이 포함됩니다:

1. 미세 금속 분말을 폴리머 바인더와 혼합 및 펠릿화하여 공급 원료 제조
2. 원료를 가열하여 원하는 모양으로 사출 성형하기
3. 용매 또는 열 디바인딩을 통해 바인더를 화학적으로 제거합니다.
4. 디바운드 금속 부품을 용광로에서 소결하여 완전 밀도 부품을 생산합니다.
5. 가공, 드릴링, 도금과 같은 2차 마감 작업(옵션)

MIM을 사용하면 복잡한 형상, 엄격한 공차, 우수한 기계적 특성을 가진 부품을 경제적으로 생산할 수 있습니다.

MIM에 사용되는 금속의 종류

MIM 기술로 다양한 금속을 가공할 수 있습니다:

• 스테인리스강 - 316L, 17-4PH, 410, 420
• 공구강 - H13, P20, A2, D2
• 자성 합금 - 소프트 및 하드 페라이트
• 구리 합금 - 황동, 청동
• 저합금강 - 4100, 4600
• 초합금 - 인코넬 625, 718
• 텅스텐 중합금
• 티타늄 합금 - Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI

MIM은 일반적으로 고밀도로 소결할 수 있는 모든 재료에 적합합니다. 녹는점이 1000°C 미만인 금속이 선호됩니다.

MIM 제조 공정 파라미터

MIM의 중요한 프로세스 매개변수에는 다음이 포함됩니다:

피드스톡 개발:

• 분말 형태, 크기 분포
• 바인더 구성
• 파우더 로딩 - 일반적으로 60-65 vol%
• 혼합 프로세스 - 온도, 시간, 분위기

몰딩:

• 금형 재료 - P20 공구강 선호
• 사출 온도, 압력, 속도
• 게이트 디자인
• 냉각 시스템 설계

디바인딩:

• 용매, 열 또는 촉매 디바인딩
• 디바인딩 온도, 시간, 대기

소결:

• 온도 프로파일 - 디바인딩, 소결 단계
• 가열 속도, 소결 시간, 분위기
• 소결 온도 및 압력

MIM 설계 및 부품 고려 사항

MIM 프로세스를 사용하면 자유롭게 설계할 수 있지만 몇 가지 지침을 따라야 합니다:

• 벽 두께: 0.3~4mm 범위 가능
• 표면 마감: 소결 상태: Ra 1.5μm 내외
• 치수 허용 오차: ±0.5%가 표준이지만 ±0.1% 달성 가능
• 갇힌 가루 방지: 완전히 밀폐된 내부 공간 없음
• 구배 각도: > 1° 구배 각도 선호
• 소결 수축: 약 20%의 체적 수축
• 결함 감소: 넉넉한 코너 반경으로 균열 최소화

고급 시뮬레이션 툴을 사용하면 설계 중에 MIM 프로세스를 가상으로 최적화하여 시행착오를 줄일 수 있습니다.

장점 MIM 제조

MIM 활용의 주요 이점은 다음과 같습니다:

• 복잡한 형상과 엄격한 허용 오차
• 우수한 기계적 성질
• 다양한 소재 옵션
• 저렴한 비용으로 대량 생산
• 낭비 최소화 - 그물 모양에 가까운 공정
• 가공 및 마감 작업 감소
• 구성 요소 통합 및 부품 통합
• 소등 작업에 적합한 자동화 프로세스
• 기계 가공보다 환경 친화적
• 프로토타입에서 전체 생산까지 확장 가능

이러한 장점 덕분에 MIM은 산업 전반에 걸쳐 정밀 금속 부품을 대량으로 비용 효율적으로 제조하는 데 적합합니다.

MIM의 한계와 과제

MIM과 관련된 몇 가지 제한 사항:

• 제한된 크기 - 일반적으로 부품당 완제품 질량 45g 미만
• 고밀도로 소결할 수 있는 금속으로 제한됩니다.
• 원료 배합에 필요한 광범위한 전문성
• 금형 및 프로세스 개발을 위한 초기 비용
• 균열이 생기기 쉬운 직선 부분과 날카로운 모서리
• 다른 프로세스에 비해 더 긴 리드 타임
• 최종 속성을 얻기 위해 종종 필요한 포스트 프로세싱
• 스레드와 같은 일부 기능의 디자인 자유도 부족
• 소결 금속의 2차 가공은 까다로울 수 있습니다.

애플리케이션에 맞는 적절한 공급 원료와 공정 설계를 통해 이러한 문제를 극복하고 MIM 기술의 잠재력을 최대한 활용할 수 있습니다.

MIM 제조 부품의 응용 분야

MIM은 다음 분야에서 광범위하게 사용되고 있습니다:

자동차: 잠금 하드웨어, 센서, 연료 시스템 및 엔진 부품

항공우주: 임펠러, 노즐, 밸브, 패스너

의료: 치과 임플란트, 메스 손잡이, 정형외과 기구

총기류: 방아쇠, 매거진, 슬라이드, 망치

시계: 케이스, 팔찌 링크, 걸쇠 및 버클

전기: 신뢰성을 위한 커넥터 및 리드프레임

일반적인 부품 크기는 0.1그램에서 110그램까지 다양하며 커넥터, 패스너, 수술용 기구, 교정기 등에서 상업적 생산량이 가장 많은 제품군입니다.

MIM 제조 비용 분석

MIM 제조 비용에는 다음이 포함됩니다:

• 피드스톡 개발 - 제형, 혼합, 특성화
• 금형 제작 - 고정밀 금형 가공
• MIM 머신 - 대규모 설비 투자
• 운영 - 인건비, 유틸리티, 소모품
• 보조 작업 - 디바인딩, 소결, 마감
• 자료 활용 - 금속 분말은 총 비용의 약 60%를 차지합니다.
• 소모품 툴링 - 여러 개의 몰드 캐비티로 대량 생산 가능
• 생산량 - 총 볼륨에 걸쳐 상각되는 설치 비용
• 구매 대 비행 비율 - 다른 PM 프로세스에 비해 2~4배에 불과
• 디자인 최적화 - 최소한의 가공으로 간단한 형상

대량 생산의 경우, MIM은 뛰어난 재료 활용도와 그물 모양에 가까운 기능으로 높은 제조 속도로 매우 유리한 비용을 제공합니다.

선택 MIM 제조 파트너

MIM 공급업체를 선택할 때 고려해야 할 주요 요소:

• MIM에 대한 전문성과 다년간의 경험 입증
• 소재 포트폴리오 - 다양한 스테인리스 스틸, 공구강, 초합금 옵션
• 품질 인증 - ISO 9001, ISO 13485가 바람직합니다.
• 2차 가공 기능 - 가공, 열처리, 표면 처리
• 엄격한 프로세스 및 제품 품질 관리 절차
• 원료 배합 및 공정 개발을 위한 R&D 역량
• 금형 흐름 시뮬레이션 및 기타 설계 분석 전문성
• 고객 프로젝트를 지원하는 프로그램 관리 기술
• 생산 요구 사항에 따라 확장 가능한 용량
• 다년 계약을 통한 경쟁력 있는 가격 책정
• 긴밀한 협업과 IP 보호를 가능하게 하는 위치

MIM에 중점을 두고 틈새 시장을 공략하는 기존 MIM 생산업체를 선택하면 일반 CNC 금속 가공소와 달리 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.

MIM과 CNC 가공의 장단점

MIM의 장점:

• 뛰어난 치수 정확도 및 반복성
• 가공을 통해 얻을 수 없는 복잡한 형상
• 재료 낭비를 최소화한 그물 모양에 가까운 형태
• 매우 많은 생산량으로 효율적으로 확장 가능
• 자동화된 프로세스로 연중무휴 24시간 운영 가능
• 설정 후 리드 타임 단축
• 대량 생산 시 부품 비용 대폭 절감
• 가공된 금속과 일치하거나 그 이상의 속성

MIM의 단점:

• 공급 원료 및 금형에 대한 높은 초기 설정 비용
• 제한된 크기 기능
• 일부 기능의 디자인 자유도 제한
• 비효율적인 초기 생산량 감소
• 원료 배합에 필요한 광범위한 전문성
• 2차 마무리 작업이 여전히 필요할 수 있습니다.
• 초기 프로토타입의 경우 리드 타임이 길어지고 품질이 저하됩니다.

대량으로 생산되는 복잡한 소형 금속 부품의 경우 MIM이 가장 시간 및 비용 효율적인 제조 방법이 됩니다.

MIM과 금속 3D 프린팅의 비교

MIM과 3D 프린팅의 주요 차이점:

자주 묻는 질문

MIM 제조의 일반적인 허용 오차 범위는 어떻게 되나요?

MIM은 소형 정밀 부품에 대해 ±0.1%의 공차를 허용하는 고급 공정을 통해 ±0.5%의 치수 공차를 안정적으로 달성할 수 있습니다.

일반적인 MIM 공급 원료 구성은 무엇인가요?

일반적인 MIM 공급 원료는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, 폴리스티렌과 같은 폴리머로 구성된 35-40% 바인더와 60-65% 금속 분말 로딩으로 구성됩니다. 왁스는 파우더 흐름을 개선하는 데 도움이 됩니다.

MIM으로 여러 재료로 부품을 제조할 수 있나요?

예, MIM은 각 금형 캐비티에 서로 다른 공급 원료를 사출 성형하거나 융점이 다른 바인더를 사용하여 복합 및 등급 구조물을 생산할 수 있습니다.

MIM으로 어떤 성형 부품 크기를 구현할 수 있나요?

MIM 몰딩은 일반적으로 질량이 45g 미만이고 치수가 50mm 미만인 부품으로 제한됩니다. 더 크거나 무거운 부품은 충분히 채우고 조밀화하기가 어렵습니다.

MIM은 소형 금속 부품의 다이캐스팅과 어떻게 다릅니까?

MIM은 더 높은 치수 정확도와 재료 강도를 제공하지만 다이캐스팅은 사이클 시간이 더 빠릅니다. MIM은 복잡한 형상에 더 적합하지만 다이캐스팅은 단순한 형태에 더 적합합니다.

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