MIM Additiv tillverkning

mim additiv tillverkning avser en industriell process för att tillverka små, komplexa metalldelar i stora volymer. En kompositmetallpulverråvara formas till en grön form med hjälp av formsprutningsutrustning, avbombas och sintras sedan för att uppnå full densitet.

MIM utnyttjar den geometriska flexibiliteten hos formsprutning och grönformning av polymerer med prestanda hos metallegeringar. Med additiva tillverkningsprocesser som utökar alternativen täcker denna guide MIM-kompositioner, egenskaper, applikationer, specifikationer, processflöden, leverantörer, kompromisser och vanliga frågor.

Sammansättning av MIM-legeringar

Många sammansättningar finns tillgängliga som MIM-råvaror:

Material	Vanliga legeringar	Översikt
Rostfritt stål	316L, 17-4PH, 420	Korrosionsbeständig, hög hårdhet, för medicinsk användning
Verktygsstål	H13, P20	Hög hållfasthet, värmebeständighet, för gjutna verktyg
Aluminiumlegering	2024, 6061, 7075	Låg vikt, högt förhållande mellan styrka och vikt
Titanlegering	Ti-6Al-4V	Lättvikt med korrosionsbeständighet och hög hållfasthet för användning inom flyg- och rymdindustrin
Nickellegering	Inconel 625 och 718	Värme- och korrosionsbeständighet lämpad för turbomaskiner
Volfram	WHA, WC	Extremt hög densitet, perfekt för balanseringsapplikationer

Både standardformuleringar och anpassade formuleringar finns tillgängliga beroende på behov.

Egenskaper för mim additiv tillverkning

Förutom en sammansättning som är skräddarsydd för prestandakraven, är de viktigaste egenskaperna hos resultatet

Fastighet	Beskrivning
Täthet	Omfattar från nästan ren metalldensitet till mer än 95% teoretisk densitet
Draghållfasthet	250 MPa till över 1300 MPa beroende på armeringsstrategi
Hårdhet	Upp till 70 HRC uppnås beroende på val av legering
Korrosionsbeständighet	Varierande motståndsnivåer möjliga baserat på valda kompositioner
Ytjämnhet	Som gjuten <6 μm Ra upp till <0,2 μm Ra efter plätering/polering
Komplex geometri	Gjutning möjliggör intrikata former som inte kan uppnås med andra processer
Funktionsupplösning	Små slitsar, hål och gängor ner till ~100 μm " möjliga
Väggtjocklek	Så låga som ~0,25 mm väggar gjutna baserat på geometri
Toleranser	Snävare toleranser än AM i metall, typiskt ±0,3% av måtten

Dessa egenskaper gör MIM lämplig för precisionskomponenter för slutanvändning.

Tillämpningar av additiv tillverkning med MIM

MIM:s geometriska flexibilitet och skräddarsydda sammansättning passar olika branscher:

Industri	Exempel på komponenter
Fordon	Kugghjul, vipparmar, komponenter till turboladdare
Flyg- och rymdindustrin	Turbinblad, impellrar, ledskenor för munstycken
Skjutvapen	Avtryckare, säkringar, slider, ejektorer, munstycken
Medicin/Dental	Skalpellhandtag, tänger, skallplattor, kronor
Olja och gas	Ventildelar inklusive kroppar, spindlar, ställdon
Mikroelektronik	Sköldar, kontakter, stift, distanser, ställdon

MIM hjälper också till att skapa verktygsinsatser som kan användas för gjutning/formning i massproduktion.

Specifikationer för MIM-råvaror

Råmaterialets egenskaper kräver noggrann kontroll av tolerans och funktionsförmåga:

Parameter	Typisk specifikation	Testmetod
Partikelstorlek för pulver	3 - 20 μm	Laserdiffraktion
Pulverladdning	55 volymprocent	Termogravimetrisk analys
Pulver skenbar densitet	2.5 - 4 g/cm3	Hall-flödesmätare
Tappdensitet	>4 g/cm3	Tappvolymeter
Kurva för viskositet	Beroende av skjuvhastigheten	Kapillär reometri
Fördelning av pelletsstorlek	2 - 4 g känslig för form	Siktning

Dessa specifikationer främjar formflödet samtidigt som de säkerställer hållfasthet i grönkropp och sintring.

Översikt över tillverkningsprocessen för MIM

1. Utveckla kompositråvara med önskat pulver + bindemedelssystem
2. Pelletera råmaterial för precisionsstyrning av volymetriska skott
3. Formsprutade detaljer med snäva toleranser och ytfinish
4. Kemisk avbindning och avlägsnande av polymerinnehåll
5. Sinterpellets vid >92% teoretisk densitet
6. Bearbeta funktioner efter behov om geometrin tillåter
7. Vid behov komplettera med plätering, värmebehandling, beläggning etc
8. Kvalitetssäkringstestning och validering för produktion

Den är fortsatt optimerad för tillförlitlighet vid höga volymer.

Leverantörer av MIM-utrustning och råmaterial

Företag	Material	Kapacitet
BASF	Brett utbud av MIM-legeringar	Kompletta råvaror av hög kvalitet
Sandvik Osprey	316L, 17-4PH, mer	Expertis inom atomisering överförd till MIM
MPP	Verktygsstål, rostfritt stål, specialstål	Ledande MIM-utrustning också
CN Innovations	Anpassade legeringar	Specialister på nya kompositioner
Parmatech Corp	Ti-legeringar, verktygsstål, Fe-legeringar, exotiska legeringar	Utrustning och råvaror

Leverantörer erbjuder kompletterande utrustning som gjutmaskiner och ugnar för att möjliggöra nyckelfärdig produktion.

Avvägningar när man överväger MIM AM

Fördelar:

• Konsolidering av mycket komplexa geometrier och sammansättningar
• Utmärkta mekaniska egenskaper från enhetliga fina korn
• Bra ytfinishupplösning som gjuten
• Bevisad skalbarhet för massproduktion efter kvalificering
• Lågt råvaruspill i förhållande till metalltryck
• Utnyttjar befintlig formsprutningskunskap

Nackdelar:

• Höga initiala kostnader för råmaterialformulering och verktyg
• Intensiv kvalificering för nya delar och applikationer
• Begränsat storleksintervall till under flera kilo
• Begränsad till legeringar som finns tillgängliga som pulver
• Generellt lägre brotthållfasthet än smide
• Styckkostnaden högre än för andra processer fram till 10k volym

MIM är ett väletablerat verktyg för små komplexa metallkomponenter.

Vanliga frågor och svar

Hur små detaljer kan MIM praktiskt taget gjuta?

Typiska nedre gränser för intervallet ligger runt 100-150 mikrometer för håldiameter och formväggstjocklekar runt 0,3 mm (~12 thou), tunnare i vissa geometrier.

Vad bestämmer gränserna för storleksintervallet för MIM-komponenter?

Generella svårigheter att hantera tunnväggiga former över ca 5" flödeslängd utan att de sjunker eller förvrids. Maximal tjocklek normalt under 0,5" och vikter upp till 5 pund.

Tillåter MIM funktionellt graderade (FGM) kompositer?

Ja, avancerade gjutningsprocesser stöder nu skräddarsydda porositeter eller rumsligt graderade råmaterial med flera pulver i en enda gjuten komponent under tillverkningen.

Hur många legeringar finns kommersiellt tillgängliga som MIM-råvaror?

Det finns över 60 basformuleringar – rostfritt stål i 300-serien utgör över 50% av den totala marknaden, följt av verktygsstål, titanlegeringar och nickelsuperlegeringar som visar tillväxt.

Vilka efterbehandlingsprocesser följer vanligtvis på MIM?

Vanliga sekundära bearbetningar är tunnbearbetning/vibrationsavgradning, ytslipning, kulpening, lasermärkning, passivering, plätering, värmebehandling, sammanfogning och inspektion.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser