Produkcja MIM: Kompletny przewodnik

Przegląd Produkcja MIM

Formowanie wtryskowe metali (MIM) to proces produkcyjny w metalurgii proszków wykorzystywany do wytwarzania małych, złożonych części metalowych w dużych ilościach.

Kluczowe kroki w MIM obejmują:

• Mieszanie drobnego proszku metalicznego ze spoiwem w celu uzyskania materiału wsadowego
• Wtryskiwanie materiału wsadowego do formy za pomocą formowania wtryskowego tworzyw sztucznych
• Usuwanie spoiwa w celu usunięcia spoiwa, pozostawiając tylko proszek metalowy
• Spiekanie w celu zagęszczenia proszku w stały element metalowy

MIM łączy w sobie elastyczność projektowania formowania wtryskowego tworzyw sztucznych z wytrzymałością i wydajnością obrabianych metali. Jest to opłacalny proces dla złożonej, wysokonakładowej produkcji małych części.

Jak działa produkcja MIM

Proces produkcji MIM obejmuje:

1. Formułowanie materiału wsadowego poprzez mieszanie i granulowanie drobnego proszku metalu ze spoiwami polimerowymi
2. Podgrzewanie materiału wsadowego i formowanie wtryskowe do pożądanego kształtu
3. Chemiczne usuwanie spoiwa za pomocą rozpuszczalnika lub termicznego usuwania spoiwa
4. Spiekanie usuniętego elementu metalowego w piecu w celu uzyskania w pełni zwartej części.
5. Opcjonalne wtórne operacje wykończeniowe, takie jak obróbka skrawaniem, wiercenie, galwanizacja

MIM pozwala na ekonomiczną produkcję komponentów o złożonej geometrii, wąskich tolerancjach i doskonałych właściwościach mechanicznych.

Rodzaje metali stosowanych w MIM

Technologia MIM umożliwia obróbkę szerokiej gamy metali:

• Stale nierdzewne - 316L, 17-4PH, 410, 420
• Stale narzędziowe - H13, P20, A2, D2
• Stopy magnetyczne - ferryty miękkie i twarde
• Stopy miedzi - mosiądz, brąz
• Stale niskostopowe - 4100, 4600
• Nadstopy - Inconel 625, 718
• Ciężkie stopy wolframu
• Stopy tytanu - Ti6Al4V, Ti6Al4V ELI

MIM jest ogólnie odpowiedni dla każdego materiału, który może być spiekany do wysokiej gęstości. Preferowane są metale o temperaturze topnienia poniżej 1000°C.

Parametry procesu produkcji MIM

Krytyczne parametry procesu w MIM obejmują:

Rozwój surowców:

• Morfologia proszku, rozkład wielkości
• Skład spoiwa
• Ładowanie proszku - zazwyczaj 60-65 vol%
• Proces mieszania - temperatura, czas, atmosfera

Formowanie:

• Materiał formy - preferowana stal narzędziowa P20
• Temperatura wtrysku, ciśnienie, prędkość
• Konstrukcja bramy
• Konstrukcja układu chłodzenia

Debindowanie:

• Rozdrabnianie rozpuszczalnikowe, termiczne lub katalityczne
• Temperatura odwijania, czas, atmosfera

Spiekanie:

• Profil temperatury - etapy usuwania lepiszcza i spiekania
• Szybkość nagrzewania, czas spiekania, atmosfera
• Temperatura i ciśnienie spiekania

Projekt MIM i rozważania dotyczące części

Proces MIM zapewnia swobodę projektowania, ale należy przestrzegać pewnych wytycznych:

• Grubość ścianki: możliwy zakres 0,3 - 4 mm
• Wykończenie powierzchni: Spiekane asowo wynosi około Ra 1,5 μm
• Tolerancje wymiarowe: ±0,5% jest standardem, ale ±0,1% jest osiągalne.
• Unikanie uwięzionego proszku: Brak w pełni zamkniętych wnęk wewnętrznych
• Kąty zanurzenia: Preferowany kąt zanurzenia > 1
• Skurcz spiekania: Skurcz objętościowy około 20%
• Redukcja defektów: Duże promienie narożników minimalizują pęknięcia

Zaawansowane narzędzia symulacyjne umożliwiają wirtualną optymalizację procesu MIM podczas projektowania w celu zmniejszenia liczby prób i błędów.

Korzyści z Produkcja MIM

Kluczowe zalety wykorzystania MIM obejmują

• Złożone geometrie i wąskie tolerancje
• Doskonałe właściwości mechaniczne
• Szeroki zakres opcji materiałowych
• Duże ilości produkcyjne przy niskich kosztach
• Minimalizacja odpadów - proces zbliżony do kształtu netto
• Ograniczona obróbka i wykończenie
• Integracja komponentów i konsolidacja części
• Zautomatyzowany proces odpowiedni do pracy przy wyłączonym świetle
• Bardziej przyjazne dla środowiska niż obróbka skrawaniem
• Skalowalność od prototypów do pełnej produkcji

Korzyści te sprawiają, że MIM nadaje się do ekonomicznej produkcji precyzyjnych elementów metalowych w dużych ilościach w różnych branżach.

Ograniczenia i wyzwania związane z MIM

Niektóre ograniczenia związane z MIM:

• Ograniczony rozmiar - zazwyczaj <45 g gotowej masy na część
• Ograniczone do metali zdolnych do spiekania do wysokiej gęstości
• Wymagana rozległa wiedza specjalistyczna w zakresie formułowania surowców
• Koszty początkowe opracowania formy i procesu
• Proste odcinki i ostre narożniki podatne na pękanie
• Dłuższy czas realizacji w porównaniu do innych procesów
• Często wymagane jest przetwarzanie końcowe w celu uzyskania ostatecznych właściwości
• Brak swobody projektowania w niektórych funkcjach, takich jak wątki
• Obróbka wtórna może stanowić wyzwanie w przypadku metali spiekanych

Dzięki odpowiedniemu surowcowi i projektowi procesu dostosowanemu do zastosowania, wyzwania te można pokonać, aby w pełni wykorzystać potencjał technologii MIM.

Zastosowania części produkowanych metodą MIM

MIM znajduje szerokie zastosowanie w następujących sektorach:

Motoryzacja: Osprzęt zamka, czujniki, układ paliwowy i elementy silnika

Lotnictwo i kosmonautyka: Wirniki, dysze, zawory, elementy złączne

Medyczny: Implanty dentystyczne, uchwyty skalpeli, instrumenty ortopedyczne

Broń palna: Spusty, magazynki, prowadnice, młotki

Zegarki: Obudowy, ogniwa bransoletek, zapięcia i sprzączki

Elektryczny: Złącza i ramy ołowiane zapewniające niezawodność

Typowe rozmiary części wahają się od 0,1 grama do 110 gramów, a największa komercyjna produkcja dotyczy złączy, elementów złącznych, narzędzi chirurgicznych i aparatów ortodontycznych.

Analiza kosztów produkcji MIM

Koszty produkcji MIM obejmują:

• Rozwój surowców - Formuła, mieszanie, charakterystyka
• Produkcja form - Precyzyjna obróbka form
• Maszyna MIM - Duże inwestycje kapitałowe w sprzęt
• Działanie - Praca, media, materiały eksploatacyjne
• Operacje dodatkowe - Odszlamianie, spiekanie, wykańczanie
• Wykorzystanie materiałów - Proszek metalowy stanowi około 60% całkowitego kosztu
• Narzędzia eksploatacyjne - Wiele wnęk formy umożliwiających uzyskanie dużej objętości
• Wielkość produkcji - Koszty konfiguracji amortyzowane przez całkowity wolumen
• Współczynnik kupna do lotu - Tylko 2-4x w porównaniu do innych procesów PM
• Optymalizacja projektu - Proste geometrie przy minimalnej obróbce

W przypadku dużych wolumenów produkcji MIM zapewnia bardzo korzystne koszty przy wysokim tempie produkcji z doskonałym wykorzystaniem materiału i możliwościami zbliżonymi do kształtu netto.

Wybór Produkcja MIM Partner

Kluczowe czynniki przy wyborze dostawcy MIM:

• Udokumentowana wiedza specjalistyczna i wieloletnie doświadczenie z MIM
• Portfolio materiałów - szeroki wybór stali nierdzewnej, stali narzędziowej i nadstopów
• Certyfikaty jakości - najlepiej ISO 9001, ISO 13485
• Możliwości obróbki wtórnej - obróbka skrawaniem, obróbka cieplna, wykańczanie powierzchni
• Rygorystyczne procedury kontroli jakości procesów i produktów
• Możliwości badawczo-rozwojowe w zakresie formułowania surowców i opracowywania procesów
• Symulacja przepływu w formach i inne ekspertyzy w zakresie analizy projektu
• Umiejętności zarządzania programami w celu wspierania projektów klientów
• Skalowalna wydajność, która może rosnąć wraz z potrzebami produkcyjnymi
• Konkurencyjne ceny z wieloletnimi umowami
• Lokalizacja umożliwiająca ścisłą współpracę i ochronę własności intelektualnej

Wybór uznanego producenta MIM, który koncentruje się na niszowej obróbce MIM, zapewni najlepsze wyniki w przeciwieństwie do ogólnego warsztatu obróbki metali CNC.

Plusy i minusy obróbki MIM vs CNC

Zalety MIM:

• Doskonała dokładność wymiarowa i powtarzalność
• Złożone geometrie nieosiągalne poprzez obróbkę skrawaniem
• Kształt zbliżony do siatki z minimalną stratą materiału
• Wydajne skalowanie do bardzo dużych wolumenów produkcji
• Zautomatyzowany proces umożliwia pracę w trybie 24/7
• Krótszy czas realizacji po skonfigurowaniu
• Znacznie niższe koszty części przy dużych ilościach
• Właściwości dorównują lub przewyższają obrabiane metale

Wady MIM:

• Wysokie początkowe koszty przygotowania surowca i formy
• Ograniczone możliwości rozmiaru
• Ograniczona swoboda projektowania niektórych funkcji
• Niższe początkowe ilości produkcji są nieefektywne
• Wymagana rozległa wiedza specjalistyczna w zakresie formułowania surowców
• Nadal mogą być potrzebne dodatkowe operacje wykończeniowe
• Dłuższy czas realizacji i niższa jakość początkowych prototypów

W przypadku małych, złożonych części metalowych produkowanych w bardzo dużych ilościach, MIM staje się najbardziej efektywną czasowo i kosztowo metodą produkcji.

Porównanie druku 3D w technologii MIM i druku 3D w metalu

Główne różnice między MIM a drukiem 3D:

FAQ

Jaka jest typowa tolerancja dla produkcji MIM?

MIM może niezawodnie osiągnąć tolerancje wymiarowe ±0,5% z zaawansowanymi procesami zdolnymi do tolerancji ±0,1% dla małych precyzyjnych komponentów.

Jakie są typowe składy surowców MIM?

Typowe surowce MIM składają się z proszku metalowego o masie 60-65% z 35-40% spoiwa zawierającego polimery, takie jak polipropylen, polietylen i polistyren. Woski pomagają poprawić przepływ proszku.

Czy MIM może produkować części z wielu materiałów?

Tak, MIM może wytwarzać kompozytowe i stopniowane struktury poprzez formowanie wtryskowe różnych surowców do każdej wnęki formy lub przy użyciu spoiw o różnych temperaturach topnienia.

Jaki rozmiar wypraski można uzyskać za pomocą MIM?

Formowanie MIM jest zwykle ograniczone do części o masie mniejszej niż 45 gramów i wymiarach mniejszych niż 50 mm. Większe lub cięższe komponenty stają się trudne do wystarczającego wypełnienia i zagęszczenia.

Jak MIM wypada w porównaniu do odlewania ciśnieniowego małych elementów metalowych?

MIM zapewnia wyższą dokładność wymiarową i wytrzymałość materiału, ale odlewanie ciśnieniowe ma krótszy czas cyklu. MIM jest bardziej odpowiedni dla złożonych geometrii, podczas gdy odlewanie ciśnieniowe jest preferowane dla prostszych form.

poznaj więcej procesów druku 3D