MIM metaalpoeder begrijpen

MIM Metaalpoeder (MIM) is een efficiënt productieproces dat de ontwerpflexibiliteit van kunststof spuitgieten combineert met de sterkte en eigenschappen van machinaal bewerkte metalen onderdelen. Het belangrijkste materiaal voor MIM is metaalpoeder, speciaal ontwikkeld voor dit proces. Deze gids geeft een uitgebreid overzicht van MIM metaalpoeder, inclusief samenstelling, productie, eigenschappen, toepassingen en meer.

Overzicht van MIM metaalpoeder

MIM metaalpoeder verwijst naar fijne metaalpoeders die gebruikt worden als grondstof voor het metaalspuitgietproces. Het is een mengsel van fijn metaalpoeder en bindmiddel dat in mallen wordt geïnjecteerd om complexe, netvormige groene onderdelen te vormen.

De belangrijkste kenmerken van MIM-poeder zijn:

• Ultrafijn bolvormig poeder met een grootte van 10-20 micron
• Poederbelasting van 55-65% per volume in bindmiddel
• Uitstekende vloeibaarheid voor vormvulling
• Consistente deeltjesgrootteverdeling
• Samenstelling legering geoptimaliseerd voor MIM
• Breed scala aan materiaalopties zoals staal, roestvrij staal, titaniumlegeringen, zware wolfraamlegeringen, enz.
• Rendabele productie van complexe metalen componenten met nauwe toleranties

De wereldwijde MIM-poedermarkt bedroeg meer dan $350 miljoen in 2020. De industrie zal naar verwachting gestaag groeien met meer dan 8% CAGR, gedreven door de vraag in diverse sectoren.

Soorten MIM metaalpoeder

Verschillende metaalpoedersamenstellingen worden gebruikt als grondstof voor MIM. De meest voorkomende types zijn:

Materiaal	Belangrijkste eigenschappen	Toepassingen
Roestvrij staal	Corrosiebestendigheid, sterkte	Medisch, auto's, consumentenproducten
Gereedschapsstaal	Hoge hardheid, slijtvastheid	Snijgereedschappen, matrijzen, tandwielen
Laaggelegeerd staal	Magnetische eigenschappen, bewerkbaarheid	Elektromechanische onderdelen
Titanium legeringen	Hoge sterkte-gewichtsverhouding	Ruimtevaart, militair, biomedisch
Wolfraam zware legeringen	Dichtheid, trillingsdemping	Auto's, sportuitrusting
Superlegeringen	Sterkte bij hoge temperaturen	Turbine- en raketonderdelen

Door de juiste poedermetaallegeringen te kiezen, kunnen onderdelen worden gemaakt met eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen.

Productie van MIM metaalpoeder

Verschillende methoden worden commercieel gebruikt om fijne metaalpoeders voor MIM-grondstoffen te produceren:

Gasverstuiving - Inerte gasstralen met hoge snelheid breken een dunne stroom gesmolten metaal op in fijne druppeltjes die stollen tot bolvormige poeders die ideaal zijn voor MIM. Gebruikelijk voor staal, superlegeringen en non-ferro legeringen.

Waterverneveling - Vergelijkbaar met gasverstuiving, maar een lagere koelsnelheid produceert meer onregelmatige poedervormen die geschikt zijn voor sommige toepassingen. Goedkoper proces dat wordt gebruikt voor gewone legeringen zoals ijzer en koper.

Plasma-verneveling - Plasmaboog op extreem hoge temperatuur die wordt gebruikt om fijnere sferische poeders te genereren uit reactieve legeringen zoals titanium, niobium en tantaal.

Mechanische slijtage - Kogelmalen wordt gebruikt om de deeltjesgrootte van metaalpoedermengsels te verkleinen tot het MIM-bereik. Efficiënt droog proces.

Carbonylproces - IJzer- en nikkelcarbonyls worden ontleed tot zeer zuivere sferische poeders met een deeltjesgrootte van 1-5 micron.

De methode om poeder te maken bepaalt de uiteindelijke poederkenmerken zoals vloeibaarheid, tapdichtheid en onzuiverheden.

Eigenschappen van MIM metaalpoeder

De belangrijkste eigenschappen van MIM-grondstofpoeder zijn onder andere:

Deeltjesgrootte - Tussen 1 en 20 micron, meestal rond 10 micron voor optimale vulling. Hoge opbrengsten in dit bereik.

Deeltjesvorm - De overwegend bolvormige morfologie zorgt voor een soepele vloei in complexe mallen. Enige onregelmatigheid is acceptabel.

Deeltjesgrootteverdeling - Smalle verdeling verbetert uniform sinteren. Over het algemeen 80-90% deeltjes binnen een bereik van 10 +/- 5 micron.

Tik op dichtheid - Geeft de uiteindelijke dichtheid van het onderdeel aan. Hogere tapdichtheid boven 3 g/cc nodig voor hoge mechanische eigenschappen.

Stroomsnelheid - Gemeten in seconden/50g. Kritisch voor een soepele vulling van de mal zonder gaten. Minder dan 40 s/50 g is wenselijk.

Schijnbare dichtheid - In grondstof, meestal 40-50% van de uiteindelijke gesinterde dichtheid die poeder laden fractie aangeeft.

Pyknometrische dichtheid - Werkelijke dichtheid van de vaste deeltjes van de legering. Overeenstemming met de dichtheid van het uiteindelijke onderdeel duidt op zuiverheid.

Specifiek oppervlak - Hoge waarden duiden op een fijnere deeltjesgrootteverdeling die wenselijk is voor MIM. Bereikt van 0,1 tot 1 m2/g.

Legeringsopties voor MIM metaalpoeder

Er is een breed scala aan legeringen beschikbaar als grondstof voor MIM-poeder, waaronder:

Legering	Samenstelling	Eigenschappen	Toepassingen
Roestvrij staal 316L	Cr, Ni, Mo	Uitstekende corrosieweerstand	Medisch, contact met voedingsmiddelen
Roestvrij staal 17-4PH	Cr, Ni, Cu	Hoge sterkte, hardheid	Lucht- en ruimtevaartcomponenten
Gereedschapsstaal H13	Cr, Mo, V	Hete hardheid, weerstand tegen thermische vermoeidheid	Spuitgieten
Maragingstaal	Ni, Co, Mo, Ti	Ultrahoge sterkte	Ruimtevaart, gereedschap
Gelegeerd staal	Cr, Mo, C	Warmtebehandelbaar, magnetisch	Structurele onderdelen
Nikkellegering 718	Nikkel, Fe, Nb, Mo	Sterkte bij hoge temperaturen	Lucht- en ruimtevaart
Titaan Ti-6Al-4V	Ti, Al, V	Lichtgewicht, biocompatibiliteit	Medische implantaten
Wolfraam zware legering	W, Ni, Fe	Hoge dichtheid, stralingsafscherming	Militair, motorsport

Met een breed scala aan beschikbare legeringen biedt MIM flexibiliteit in het bereiken van de gewenste materiaaleigenschappen en prestaties.

Toepassingen van MIM metaalpoeder

De belangrijkste toepassingsgebieden die MIM-technologie en grondstofpoeder gebruiken, zijn onder andere:

Medische en tandheelkundige implantaten

MIM is ideaal voor de productie in grote volumes van kleine, complexe roestvrijstalen en titanium implantaatcomponenten zoals gewrichten, fixatieschroeven en instrumenten. Biedt biocompatibiliteit, corrosiebestendigheid, sterkte en productieprecisie.

Auto-onderdelen

Kleine precisieonderdelen zoals turbocompressorrotors, injectorverstuivers en klepvergrendelingskapjes van MIM leveren prestatievoordelen op in moderne motoren en aandrijflijnen.

Consumentenelektronica

Miniatuuronderdelen zoals horlogetandwielen, decoratieve fittingen, verbindingspennen enz. worden via MIM vervaardigd uit roestvrij staal, koperlegeringen en gereedschapsstaal.

Ruimtevaart en defensie

Lichtgewicht, hoogsterkte MIM-onderdelen van Ti en Ni legeringen verminderen het gewicht in turbines en vliegtuigrompen. Wolfraamlegeringen bieden stralingsafscherming voor gebruik in de ruimte en bij defensie.

Vuurwapens

Kleine, complexe onderdelen van vuurwapens, zoals trekkers, hamers, beveiligingen en uitwerpers kunnen in grote volumes MIM-gefabriceerd worden van roestvrij staal en legeringen van gereedschapsstaal.

Horloge-industrie

MIM maakt economische productie mogelijk van ingewikkeld gevormde roestvrijstalen horlogekasten, armbanden, gespen en miniatuur bewegende onderdelen zoals tandwielen en veren.

Dankzij de flexibiliteit in het ontwerp vindt MIM nog steeds toepassingen in diverse sectoren, van consumentenproducten tot kritieke industriële componenten.

Hoe te kiezen MIM metaalpoeder

Belangrijke overwegingen bij de selectie van MIM-grondstofpoeder:

• Samenstelling van de legering - Stem de poederlegering af op de vereisten van de eindtoepassing, zoals corrosiebestendigheid, sterkte, slijtage-eigenschappen enz.
• Deeltjesgrootte en vorm - Geef de voorkeur aan een bolvormige morfologie met een smalle verdeling rond 10 micron voor een optimale stroming en verpakking.
• Zuiverheid poeder - Hoge zuiverheidsgraad boven 99% nodig voor gespecialiseerde toepassingen zoals medisch om contaminatie te voorkomen.
• Tik op dichtheid - Een hogere dichtheid dan 3 g/cc verbetert de vulling van de matrijs en de dichtheid van het uiteindelijke onderdeel na sinteren.
• Laden van poeder - Bindmiddelgehalte tussen 30-50 vol% is gebruikelijk. Beïnvloedt de viscositeit en de sterkte bij het gieten.
• Producent van poeder - Gerenommeerde poedermakers zoals Sandvik, BASF en Kymera met gevalideerde processen.
• Kavel-tot-kavel consistentie - Consistente eigenschappen van de grondstof maken stabiele vormparameters mogelijk bij lange productieruns.
• Technische hulp - Gedetailleerde toepassingsgegevens en hulp van de poederleverancier tijdens ontwikkelingstests.

Toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn onder andere Sandvik Osprey, BASF Ultraform, Kymera International en Epson Atmix, die tijdens de product- en procesontwikkeling samenwerken met eindgebruikers voor optimale resultaten.

Vergelijking tussen verstoven en gemalen MIM-poeders

Parameter	Verstoven poeders	Mechanisch gemalen poeders
Deeltjesvorm	Bolvormig	Onregelmatig, hoekig
Maatbereik	1 - 20 micron	10 - 100+ micron
Grootteverdeling	Zeer smal	Breed
Tik op dichtheid	Hoger ~3-4 g/cc	Lager ~2-3 g/cc
Stroomsnelheid	Uitstekend	Gematigd
Puurheid	Hoog	Lager
Kosten	Hoger	Lager
Beschikbare legeringen	De meeste standaard- en speciale legeringen	Beperkte legeringen
Toepassingen	De meeste MIM componenten	Grotere, minder kritische MIM-onderdelen

Verstoven poeders maken complexere MIM-componenten met hogere prestaties mogelijk. Gefreesde poeders bieden een kostenbesparende optie voor sommige toepassingen.

Installatie van een MIM poederproductie-installatie

Belangrijkste stappen bij het installeren van een MIM-poederfabriek:

• Locatie kiezen - Voldoende ruimte, nutsvoorzieningen, afvalverwerking, toegangswegen en laadperrons.
• Gebouw en indeling - Ontwerp de lay-out van de fabriek voor materiaal- en mensenstromen, veiligheid, productiezones en toekomstige uitbreiding.
• Nutsaansluitingen - Elektrische voeding met hoge capaciteit, gezuiverd water, persluchtleidingen, vloeibare stikstof.
• Machinefunderingen - Sterke funderingen van gewapend beton voor verstuivers, molens, ovens. Trillingsdemping.
• Installatie van apparatuur - Stel handschoenkasten, verstuivers, zeven, transportbanden, trechters en bedieningselementen in volgens de instructies van de leverancier.
• Hulpsystemen - Leidingen, ventilatie, luchtfiltratie, brandveiligheid, materiaalverwerking, afvalwaterbehandeling.
• Controlesystemen - Sensoren, actuatoren en HMI's installeren. Procescontrolesystemen integreren en programmeren.
• Inbedrijfstelling - Testproductieruns om de poederkwaliteit, veiligheid en naleving van milieuvoorschriften te controleren voordat er op grote schaal wordt geproduceerd.

De installatie van een MIM-poederfabriek vereist uitgebreide planning en aandacht voor voorzieningen, besturing, veiligheid en wettelijke vereisten.

Bediening en onderhoud van MIM-poederapparatuur

Betrouwbare werking van MIM-poederproductieapparatuur vereist:

• Preventief onderhoud - Plan periodiek onderhoud van verstuivers, ovens, molens, transportbanden volgens OEM-aanbevelingen .
• Controle van apparatuur - Continue bewaking van procesparameters zoals debiet, druk, temperatuur en stroomverbruik.
• Inspecties - Dagelijkse visuele inspecties op lekken, abnormale geluiden of trillingen, veiligheidsproblemen.
• Diensten en reparaties - Plan jaarlijkse onderhoudscontracten voor stikstofgeneratoren, koelmachines, elektrische systemen.
• Onderdelen - Houd een voorraad aan van gewone reserveonderdelen zoals verwarmingselementen, motoren en lagers om stilstand tot een minimum te beperken.
• Apparatuur logboeken - Logboeken bijhouden voor productiesnelheid, reparaties, defecten om het gebruik van bedrijfsmiddelen te optimaliseren.
• Huishouden - Dagelijkse schoonmaak om de apparatuur schoon en ordelijk te houden en ontstekingsrisico's te vermijden in gebieden waar met poeder wordt gewerkt.
• Opleiding van personeel - Praktijkgerichte apparatuurtraining geven om de operationele efficiëntie en de vaardigheden voor probleemoplossing te verbeteren.

Met uitstekend onderhoud kan apparatuur voor het maken van MIM-poeder jarenlang veilig en betrouwbaar produceren.

Hoe een leverancier van MIM-poeder selecteren

Belangrijke factoren bij het kiezen van een leverancier van MIM-poeder:

• Technische expertise in poeders - Ervaring met het optimaliseren van poedereigenschappen en bindmiddelsamenstelling voor MIM.
• Gamma legeringen - Beschikbaarheid van een grote verscheidenheid aan legeringen, van roestvrij staal tot titanium, gereedschapsstaal enz.
• Kwaliteitssystemen - ISO 9001-certificering. Interne kwaliteitscontrole van poedereigenschappen.
• Samenhang - De poedereigenschappen blijven consistent van batch tot batch, wat een stabiel vormproces mogelijk maakt.
• R&D-competentie - Voortdurend onderzoek om nieuwe op maat gemaakte legeringen en bindmiddelen te ontwikkelen voor veeleisende toepassingen.
• Klantenservice - Responsieve technische en verkoopondersteuning. Assistentie op locatie tijdens testen en opstarten.
• Logistiek vermogen - Systemen voor efficiënte, tijdige poederleveringen in verschillende regio's.

Toonaangevende wereldwijde leveranciers zijn onder andere Sandvik Osprey, BASF, Kymera International en Epson Atmix, die zich sterk richten op MIM-poedertechnologie.

Voor- en nadelen van MIM-poeder

Pluspunten

• Complexe, netvormige onderdelen in hoge volumes tegen lage kosten
• Brede reeks legeringen beschikbaar, waaronder moeilijk te bewerken metalen
• Goede mechanische eigenschappen in de buurt van gesmeed materiaal
• Hoge nauwkeurigheid en herhaalbaarheid
• Minimaal afvalverlies vergeleken met machinale bewerking
• Beperkte nabewerking vereist op gesinterde onderdelen
• Milieuvriendelijker proces met minder afval dan machinale bewerking

Nadelen

• Hogere onderdeelkosten voor lagere productievolumes
• Grootte beperkt tot kleinere onderdelen, meestal minder dan 500 g
• Beperkt tot legeringen die beschikbaar zijn als MIM-poedermengsels
• Gesinterde onderdelen hebben een lagere taaiheid dan gesmede metalen
• Speciale apparatuur en expertise nodig
• Extra ontbinding en sinterstappen

MIM-poeder versus metaalpoeders voor andere toepassingen

Parameter	MIM-poeder	Additief productiepoeder	Pers en sinterpoeder
Legeringen	Breed assortiment roestvast staal, gereedschapsstaal, ti-legeringen	Beperkte legeringen zoals 17-4PH, Ti-6Al-4V, CoCr	Laaggelegeerd en roestvast staal
Deeltjesvorm	Overwegend bolvormig	Zeer bolvormig	Onregelmatig aanvaardbaar
Maatbereik	1-20 micron	15-45 micron	Tot 150 micron
Grootteverdeling	Zeer smal	Smal	Breder aanvaardbaar
Puurheid	Gemiddeld tot hoog	Hoog	Medium
Kosten	Medium	Hoog	Laag
Typische productiemethode	Gas- of waterverstuiving	Gas- of plasmaverneveling	Waterverstuiving, mechanisch frezen

FAQ

V: Wat is de typische grootteverdeling van MIM-poeder?

A: Ongeveer 80-90% van de MIM-poederdeeltjes vallen binnen 10 +/- 5 micron voor optimale verpakkingsdichtheid en stroming.

V: Welke factoren beïnvloeden de poederlading in het bindmiddel?

A: Sleutelfactoren die de poederlading % bepalen zijn de deeltjesgrootteverdeling, vorm, tapdichtheid en poeder-bindmiddelinteractie.

V: Hoe is de sterkte van MIM-onderdelen bij hoge temperaturen vergeleken met die van smeedlegeringen?

A: Met optimaal sinteren bereiken MIM-onderdelen in legeringen zoals roestvast staal 316L en 17-4PH een smeedsterkte van meer dan 90%.

V: Wat veroorzaakt onvolledige vormvulling bij MIM?

A: Onjuiste poederlading, brede deeltjesverdeling, slechte poederstroom en lage injectiesnelheid kunnen vulfouten veroorzaken.

V: Hoe is MIM qua spuitgietdruk te vergelijken met kunststof spuitgieten?

A: De injectiedruk bij MIM varieert van 70-140 MPa, wat hoger is dan de typische druk bij kunststof spuitgieten van 15-60 MPa.

V: Welke veiligheidsmaatregelen zijn vereist bij het werken met MIM-poeders?

A: MIM-poeders kunnen ontvlambaar zijn. Gebruik handschoenkasten met inert gas, vermijd vonkbronnen, aard apparatuur en gebruik stofafzuiging.

Conclusie

MIM blijft groeien als een bijna-netto vormtechnologie om hoogwaardige, complexe metalen onderdelen te maken tegen lage kosten en in grote volumes. MIM-poeders zijn kritieke grondstoffen die speciaal voor dit proces zijn samengesteld met behulp van geavanceerde poedermetallurgietechnieken. Met verbeterde legeringen en poeders zal het gebruik van MIM blijven toenemen in verschillende industrieën om machinaal bewerkte en gegoten componenten te vervangen met verbeterde kosten en doorlooptijd.

ken meer 3D-printprocessen