Zrozumienie proszku metalowego MIM

MIM Metal Powder (MIM) to wydajny proces produkcyjny, który łączy elastyczność projektowania formowania wtryskowego tworzyw sztucznych z wytrzymałością i właściwościami obrabianych części metalowych. Kluczowym materiałem dla MIM jest proszek metalowy, specjalnie dostosowany do tego procesu. Niniejszy przewodnik zawiera kompleksowy przegląd proszku metalowego MIM, w tym skład, produkcję, właściwości, zastosowania i nie tylko.

Przegląd Proszek metalowy MIM

Proszek metalowy MIM odnosi się do drobnych proszków metalowych stosowanych jako surowiec w procesie formowania wtryskowego metali. Jest to mieszanina drobnego proszku metalowego i spoiwa, która jest wtryskiwana do form w celu utworzenia złożonych, zielonych części o kształcie siatki.

Kluczowe cechy proszku MIM obejmują:

• Bardzo drobny proszek sferyczny o wielkości 10-20 mikronów
• Objętościowe ładowanie proszku 55-65% w spoiwie
• Doskonała płynność do wypełniania form
• Stały rozkład wielkości cząstek
• Kompozycje stopów zoptymalizowane pod kątem MIM
• Szeroki wybór materiałów, takich jak stale, stale nierdzewne, stopy tytanu, ciężkie stopy wolframu itp.
• Ekonomiczna produkcja złożonych komponentów metalowych o wąskich tolerancjach

Globalny rynek proszków MIM wyniósł ponad $350 milionów w 2020 roku. Przewiduje się, że branża będzie stale rosła w tempie ponad 8% CAGR, napędzana popytem w różnych sektorach.

Rodzaje proszków metalowych MIM

Różne kompozycje proszków metali są wykorzystywane jako surowiec do MIM. Najpopularniejsze typy obejmują:

Wybierając odpowiednie proszkowe stopy metali, można wytwarzać komponenty o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Produkcja proszku metalowego MIM

Kilka metod jest wykorzystywanych komercyjnie do produkcji drobnych proszków metalowych dla materiałów wsadowych MIM:

Atomizacja gazu - Strumienie gazu obojętnego o dużej prędkości rozbijają cienki strumień stopionego metalu na drobne kropelki, które zestalają się w kuliste proszki idealne do MIM. Typowe dla stali, nadstopów i stopów nieżelaznych.

Atomizacja wody - Podobny do atomizacji gazowej, ale niższa szybkość chłodzenia pozwala uzyskać bardziej nieregularne kształty proszku odpowiednie do niektórych zastosowań. Tańszy proces stosowany do popularnych stopów, takich jak żelazo, miedź.

Atomizacja plazmowa - Łuk plazmowy o ekstremalnie wysokiej temperaturze używany do generowania drobniejszych sferycznych proszków ze stopów reaktywnych, takich jak tytan, niob i tantal.

Mechaniczny zanik - Frezowanie kulowe służy do zmniejszania rozmiarów cząstek mieszanek proszków metali do zakresu MIM. Wydajny proces na sucho.

Proces karbonylowy - Karbonyle żelaza i niklu są rozkładane w celu wytworzenia sferycznych proszków o wysokiej czystości i wielkości cząstek 1-5 mikronów.

Metoda wytwarzania proszku kontroluje końcowe właściwości proszku, takie jak płynność, gęstość i zanieczyszczenia.

Właściwości Proszek metalowy MIM

Kluczowe właściwości proszku zasilającego MIM obejmują:

Wielkość cząstek - Od 1 do 20 mikronów, zazwyczaj około 10 mikronów dla optymalnego wypełnienia. Wysoka wydajność w tym zakresie.

Kształt cząsteczki - Przeważnie sferyczna morfologia pozwala na płynny przepływ do złożonych form. Dopuszczalne są pewne nieregularności.

Rozkład wielkości cząstek - Wąski rozkład poprawia równomierne spiekanie. Ogólnie 80-90% cząstek w zakresie 10 +/- 5 mikronów.

Gęstość kranu - Wskazuje końcową gęstość części. Wyższa gęstość powyżej 3 g/cc jest wymagana dla uzyskania wysokich właściwości mechanicznych.

Natężenie przepływu - Mierzone w sekundach/50g. Krytyczne dla gładkiego wypełnienia formy bez przerw. Pożądane poniżej 40 s/50g.

Gęstość pozorna - W surowcu, zazwyczaj 40-50% końcowej gęstości spieku wskazującej frakcję załadunku proszku.

Gęstość piknometryczna - Rzeczywista gęstość stałych cząstek stopu. Dopasowanie do końcowej gęstości części wskazuje na czystość.

Powierzchnia właściwa - Wysokie wartości wskazują na drobniejszy rozkład wielkości cząstek pożądany dla MIM. Zakres od 0,1 do 1 m2/g.

Opcje stopów dla proszków metali MIM

Jako surowiec do produkcji proszków MIM dostępna jest szeroka gama stopów, w tym:

Dzięki szerokiej gamie dostępnych stopów, MIM zapewnia elastyczność w osiąganiu wymaganych właściwości materiału i wydajności.

Zastosowania proszku metalowego MIM

Główne obszary zastosowań wykorzystujące technologię MIM i proszek surowcowy obejmują:

Implanty medyczne i dentystyczne

Metoda MIM jest idealna do wielkoseryjnej produkcji małych, złożonych elementów implantów ze stali nierdzewnej i tytanu, takich jak stawy, śruby mocujące, narzędzia. Zapewnia biokompatybilność, odporność na korozję, wytrzymałość i precyzję produkcji.

Komponenty motoryzacyjne

Małe precyzyjne części, takie jak wirniki turbosprężarek, dysze wtryskiwaczy, pokrywy blokujące zawory, wykonane przez MIM, zapewniają korzyści w zakresie wydajności w nowoczesnych silnikach i układach napędowych.

Elektronika użytkowa

Miniaturowe komponenty, takie jak koła zębate zegarków, elementy dekoracyjne, kołki łączące itp. są wytwarzane metodą MIM ze stali nierdzewnych, stopów miedzi i stali narzędziowych.

Przemysł lotniczy i obronny

Lekkie, wysokowytrzymałe komponenty MIM ze stopów Ti i Ni zmniejszają wagę turbin i płatowców. Stopy wolframu zapewniają ochronę przed promieniowaniem w zastosowaniach kosmicznych i obronnych.

Broń palna

Małe, złożone elementy broni palnej, takie jak spusty, młotki, zabezpieczenia, wyrzutniki mogą być wytwarzane metodą MIM w dużych ilościach ze stali nierdzewnej i stopów stali narzędziowej.

Przemysł zegarmistrzowski

MIM umożliwia ekonomiczną produkcję skomplikowanych w kształcie kopert zegarków ze stali nierdzewnej, bransolet, sprzączek i miniaturowych elementów ruchomych, takich jak koła zębate i sprężyny.

Dzięki elastyczności projektowania, MIM znajduje zastosowanie w różnych sektorach, od produktów konsumenckich po krytyczne komponenty przemysłowe.

Jak wybrać Proszek metalowy MIM

Kluczowe kwestie przy wyborze proszku zasilającego MIM:

• Skład stopu - Dopasowanie stopu proszku do wymagań aplikacji końcowej, takich jak odporność na korozję, wytrzymałość, właściwości ścierne itp.
• Rozmiar i kształt cząstek - Preferowana morfologia sferyczna z wąskim rozkładem około 10 mikronów dla optymalnego przepływu i upakowania.
• Czystość proszku - Wysoka czystość powyżej 99% wymagana do specjalistycznych zastosowań, takich jak medycyna, aby uniknąć zanieczyszczenia.
• Gęstość kranu - Wyższa gęstość powyżej 3 g/cc poprawia wypełnienie formy i końcową gęstość części po spiekaniu.
• Ładowanie proszku - Typowa zawartość spoiwa wynosi 30-50 vol%. Wpływa na lepkość i wytrzymałość formowanej masy.
• Producent proszków - Renomowani producenci proszków, tacy jak Sandvik, BASF i Kymera, z zatwierdzonymi procesami.
• Spójność między partiami - Stałe właściwości surowca zapewniają stabilne parametry formowania podczas długich serii produkcyjnych.
• Wsparcie techniczne - Szczegółowe dane aplikacji i pomoc dostawcy proszku podczas prób rozwojowych.

Do wiodących światowych dostawców należą Sandvik Osprey, BASF Ultraform, Kymera International i Epson Atmix, którzy współpracują z użytkownikami końcowymi podczas opracowywania części i procesów w celu uzyskania optymalnych wyników.

Porównanie rozpylonych i zmielonych proszków MIM

Proszki rozpylane umożliwiają tworzenie bardziej złożonych komponentów MIM o wyższej wydajności. Proszki mielone oferują opcję oszczędności kosztów w niektórych zastosowaniach.

Instalacja zakładu produkcji proszków MIM

Kluczowe etapy instalacji zakładu produkcji proszków MIM:

• Wybór miejsca - Odpowiednia przestrzeń, zaopatrzenie w media, obsługa odpadów, drogi dojazdowe i rampy załadunkowe.
• Budynek i układ - Projektowanie układu zakładu pod kątem przepływu materiałów i ludzi, bezpieczeństwa, stref produkcyjnych, przyszłej rozbudowy.
• Połączenia użytkowe - Wysokowydajne zasilanie elektryczne, oczyszczona woda, linie sprężonego powietrza, ciekły azot.
• Fundamenty maszyn - Mocne fundamenty żelbetowe pod rozpylacze, młyny, piece. Tłumienie drgań.
• Instalacja sprzętu - Ustawianie komór rękawicowych, rozpylaczy, sit, przenośników, lejów, elementów sterujących zgodnie z instrukcjami dostawcy.
• Systemy pomocnicze - Rurociągi, wentylacja, filtracja powietrza, bezpieczeństwo przeciwpożarowe, transport materiałów, oczyszczanie ścieków.
• Systemy sterowania - Instalowanie czujników, siłowników, interfejsów HMI. Integracja i programowanie systemów kontroli procesów.
• Uruchomienie - Testowe serie produkcyjne w celu sprawdzenia jakości proszku, bezpieczeństwa i zgodności z wymogami ochrony środowiska przed rozpoczęciem produkcji na pełną skalę.

Instalacja instalacji proszkowej MIM wymaga szeroko zakrojonego planowania i zwrócenia uwagi na media, sterowanie, bezpieczeństwo i potrzeby regulacyjne.

Obsługa i konserwacja urządzeń do produkcji proszków MIM

Niezawodne działanie urządzeń do produkcji proszków MIM wymaga:

• Konserwacja zapobiegawcza - Zaplanuj okresową konserwację rozpylaczy, pieców, młynów, przenośników zgodnie z zaleceniami OEM.
• Monitorowanie sprzętu - Ciągłe monitorowanie parametrów procesu, takich jak przepływ, ciśnienie, temperatura, zużycie energii.
• Inspekcje - Codzienne kontrole wizualne pod kątem wycieków, nietypowych dźwięków lub wibracji, kwestii bezpieczeństwa.
• Usługi i naprawy - Zaplanuj roczne umowy serwisowe dla generatorów azotu, agregatów chłodniczych, systemów elektrycznych.
• Części zamienne - Przechowuj zapas typowych części zamiennych, takich jak elementy grzejne, silniki, łożyska, aby zminimalizować przestoje.
• Rejestry sprzętu - Prowadzenie dzienników dotyczących tempa produkcji, napraw, awarii w celu optymalizacji wykorzystania zasobów.
• Sprzątanie - Codzienne czyszczenie w celu utrzymania sprzętu w czystości i porządku oraz uniknięcia ryzyka zapłonu w obszarach obsługi proszków.
• Szkolenie personelu - Prowadzenie praktycznych szkoleń sprzętowych w celu poprawy wydajności operacyjnej i umiejętności rozwiązywania problemów.

Dzięki doskonałym praktykom konserwacyjnym, sprzęt do produkcji proszków MIM może zapewnić lata bezpiecznej i niezawodnej produkcji.

Jak wybrać dostawcę proszku MIM?

Kluczowe czynniki przy wyborze dostawcy proszku MIM:

• Wiedza techniczna w proszkach - Doświadczenie w optymalizacji właściwości proszku i receptury spoiwa dla MIM.
• Zakres stopów - Dostępność szerokiej gamy stopów, od stali nierdzewnych po tytan, stale narzędziowe itp.
• Systemy jakości - Certyfikat ISO 9001. Wewnętrzna kontrola jakości właściwości proszku.
• Spójność - Właściwości proszku pozostają niezmienne z partii na partię, umożliwiając stabilny proces formowania.
• Kompetencje w zakresie badań i rozwoju - Ciągłe badania w celu opracowania nowych stopów i spoiw dostosowanych do wymagających zastosowań.
• Obsługa klienta - Responsywne wsparcie techniczne i sprzedażowe. Pomoc na miejscu podczas testów i rozruchu.
• Możliwości logistyczne - Systemy zapewniające wydajne i terminowe dostawy proszków w różnych regionach.

Wiodący światowi dostawcy to Sandvik Osprey, BASF, Kymera International i Epson Atmix, którzy koncentrują się na technologii proszków MIM.

Plusy i minusy proszku MIM

Plusy

• Złożone części o kształtach netto w dużych ilościach przy niskich kosztach
• Szeroka gama dostępnych stopów, w tym metali trudnych w obróbce
• Dobre właściwości mechaniczne zbliżone do materiałów kutych
• Wysoka dokładność i powtarzalność
• Minimalne straty złomu w porównaniu do obróbki skrawaniem
• Ograniczone wykończenie wymagane w przypadku części spiekanych
• Czystszy dla środowiska proces z mniejszą ilością odpadów niż obróbka skrawaniem

Wady

• Wyższy koszt części przy niższych wolumenach produkcji
• Rozmiar ograniczony do mniejszych komponentów, zazwyczaj poniżej 500 g
• Ograniczone do stopów dostępnych jako mieszanki proszków MIM
• Części spiekane mają niższą ciągliwość niż metale kute
• Potrzebny specjalistyczny sprzęt i wiedza
• Dodatkowe etapy usuwania zgorzeliny i spiekania

Proszek MIM a proszki metali do innych zastosowań

FAQ

P: Jaki jest typowy rozkład wielkości proszku MIM?

O: Około 80-90% cząstek proszku MIM mieści się w zakresie 10 +/- 5 mikronów, co zapewnia optymalną gęstość upakowania i przepływ.

P: Jakie czynniki wpływają na ładunek proszku w spoiwie?

O: Kluczowymi czynnikami kontrolującymi ładowanie proszku % są rozkład wielkości cząstek, kształt, gęstość kranu i interakcja proszek-spoiwo.

P: Jaka jest wytrzymałość części MIM w wysokich temperaturach w porównaniu do stopów kutych?

O: Dzięki optymalnemu spiekaniu, części MIM ze stopów takich jak stal nierdzewna 316L i 17-4PH osiągają ponad 90% wytrzymałości kutej.

P: Co powoduje wady niepełnego wypełnienia formy w MIM?

O: Niewłaściwy załadunek proszku, szeroki rozkład cząstek, słaba płynność proszku i niska prędkość wtrysku mogą powodować wady napełniania.

P: Jak MIM wypada w porównaniu z formowaniem wtryskowym tworzyw sztucznych pod względem ciśnienia formowania?

O: Ciśnienie wtrysku MIM waha się od 70-140 MPa, czyli jest wyższe niż typowe ciśnienie formowania tworzyw sztucznych wynoszące 15-60 MPa.

P: Jakie środki ostrożności są wymagane podczas pracy z proszkami MIM?

O: Proszki MIM mogą być łatwopalne. Należy stosować komory rękawicowe z gazem obojętnym, unikać źródeł iskier, uziemić sprzęt i stosować odsysanie pyłu.

Wnioski

MIM nadal zyskuje na znaczeniu jako technologia zbliżona do kształtu netto do produkcji wysokowydajnych, złożonych elementów metalowych przy niskich kosztach i dużych ilościach. Proszki MIM są kluczowymi surowcami opracowanymi specjalnie dla tego procesu przy użyciu zaawansowanych technik metalurgii proszków. Dzięki rozszerzonym stopom i ulepszonym proszkom, zastosowanie MIM będzie nadal rosło w różnych gałęziach przemysłu, zastępując obrabiane i odlewane komponenty przy niższych kosztach i krótszym czasie realizacji.

poznaj więcej procesów druku 3D