Förståelse för MIM-tekniken

Översikt över MIM-teknik

Metallinjection molding (MIM), även känd som pulverformsprutning (PIM), är en avancerad tillverkningsprocess som används för att producera små, komplexa metalldelar i stora volymer.

MIM kombinerar designflexibiliteten och precisionen hos plastformsprutning med styrkan och prestanda hos bearbetade metalldelar. Det möjliggör kostnadseffektiv produktion av intrikata komponenter med goda mekaniska egenskaper från avancerade metallegeringar.

MIM-processen börjar med ett råmaterial tillverkat av fint metallpulver blandat med ett bindemedelsmaterial. Detta råmaterial sprutas sedan in i en form med hjälp av formsprutningsutrustning av plast. Bindemedlet håller ihop metallpulvret och ger flytbarhet för formning.

Efter formningen avlägsnas bindemedlet från den gjutna gröna delen genom en avbindningsprocess. Den avbundna delen, som kallas den bruna delen, sintras sedan vid höga temperaturer, vilket smälter samman metallpartiklarna till en solid metalldel med materialegenskaper nära den hos en smidesdel.

MIM är lämplig för tillverkning av små, komplexa detaljer med olika metaller som rostfritt stål, låglegerade stål, verktygsstål, magnetiska legeringar, superlegeringar, titanlegeringar och tungstenslegeringar. Den kombinerar mångsidigheten hos formsprutning av plast med materialflexibilitet hos pulvermetallurgin.

De viktigaste fördelarna med MIM-teknik inkluderar:

• Högvolymproduktionskapacitet för komplexa, detaljerade metallkomponenter
• Tillverkning i nästan nätform som minskar spill och minimerar bearbetning
• Goda mekaniska egenskaper nära smidesmaterial
• Brett urval av metaller inklusive rostfritt stål, verktygsstål, superlegeringar
• Tillåter delar konsolidering till enskilda komponenter
• Låg enhetskostnad på grund av höga volymer
• Konsekvens och repeterbarhet från automatiserad process

MIM-tekniken är idealisk för små, komplexa delar som medicinsk utrustning, skjutvapenkomponenter, klockkomponenter och bildelar som kräver precision, styrka, ekonomi och massproduktionsskala.

Tillämpningar och användningar av MIM-teknik

MIM-teknik används inom olika industrier för att effektivt tillverka små metalldelar med hög precision i stora volymer. Här är några av de viktigaste tillämpningsområdena och användningsområdena för MIM-teknik:

** Fördelar med MIM för specifika applikationer**

• Precision: Idealisk för miniatyrdelar som medicinsk utrustning eller klockkomponenter med invecklade geometrier.
• Styrka: Lämplig för komponenter som behöver hög styrka som bilturboladdare och skjutvapenavtryckare.
• Slitstyrka: MIM-delar tillverkade av verktygsstållegeringar har utmärkt slitstyrka för lång livslängd.
• Korrosionsbeständighet: MIM-delar i rostfritt stål tål korrosion för återanvändbara kirurgiska verktyg, implantat, etc.
• Hög hårdhet: MIM kan producera delar med hårdhet över 40 HRC som bestick, verktyg, formar, etc.
• Elektriska egenskaper: MIM används för att tillverka mjuka magnetiska komponenter som induktorer, motorrotorer, etc.
• Kostnadseffektivt: Höga volymer minskar delkostnaden avsevärt jämfört med bearbetning.

MIM utrustning och verktygsguider

Den huvudsakliga utrustningen som används i MIM-processen inkluderar formsprutningsmaskiner, avbindnings- och sintringsugnar. Här är en översikt:

Design- och prestandastandarder

• ISO 21227 – Pulver för formsprutning av metall
• ASTM F2885 – Metallformsprutningsprocess
• MPIF 35 – Standarder för MIM-råvara
• ASTM E2781 – MIM dragprovskonstruktion
• ISO 2740 – sintrade metallformsprutningsdelar

Kostnadsfördelning

Den typiska kostnadsfördelningen i MIM-produktion är:

• Råmaterial (pulver + bindemedel): 50-60%
• Tillverkning (Gjutning + Avbindning + Sintring): 25-35%
• Sekundär bearbetning: 5-10%
• Kvalitetskontroll: 2-5%
• Teknik (FoU, Design): 2-5%

Leverantörer och prissättning

Här är några ledande globala leverantörer av MIM-utrustning och deras prisklasser:

Installation, drift och underhåll

MIM är en automatiserad process men kräver noggrann installation, drift och underhåll för optimal prestanda:

Typiska underhållsaktiviteter och frekvens

Hur man väljer en MIM-leverantör

Att välja en kompetent MIM-leverantör är avgörande för att få delar av god kvalitet i tid till en rimlig kostnad. Här är viktiga faktorer att tänka på:

Frågor att ställa till potentiella MIM-leverantörer

• Vilka material och delstorlekar har du erfarenhet av?
• Erbjuder ni sekundär bearbetning som bearbetning eller beläggning?
• Vilka kvalitetscertifieringar och inspektionsprocedurer följs?
• Hur sker hantering av känsliga material som titanlegeringar eller volframkarbider?
• Vilka produktionsvolymer kan du leverera tillförlitligt på månadsbasis?
• Hur minimeras skrot och maximeras avkastningen?
• Vad är variabiliteten från del till del i dimensioner och egenskaper?
• Hur kommer designoptimering att göras för MIM-processen?
• Vilka kvalitetsrapporter och kontrolldiagram kommer att tillhandahållas?

Jämför MIM med andra processer

Jämförelse mellan MIM och andra metalltillverkningsprocesser:

Fördelarna med MIM framför bearbetning

• Högre materialutnyttjande med nästan nettoform
• Ingen dyr bearbetning för komplexa former
• Överlägsna mekaniska egenskaper
• Lägre verktygskostnader jämfört med bearbetningsverktyg
• Automatiserad process möjliggör massproduktion
• Bättre ytfinish möjlig

Fördelar med MIM framför metallgjutning

• Bättre måttnoggrannhet och ytfinish
• Färre defekter som porositet jämfört med gjutna delar
• Isotropa egenskaper till skillnad från riktad gjutning
• Låg till ingen blixt eller öppning till skillnad från gjutgods
• Inga smältrelaterade reaktioner eller sammansättningsförändringar
• Kärnor och underskärningar möjliga till skillnad från gjutning
• Breda materialalternativ utöver gjutbara legeringar
• Egenskapernas överensstämmelse med pulvermetallurgi

Begränsningar för MIM kontra CNC-bearbetning

• Storlek begränsad av formsprutningsmaskinens kapacitet
• Mer tid i förväg och kostnad för verktyg
• Snäva toleranser +/- 0,5% mot +/- 0,1% för CNC-bearbetning
• Geometribegränsningar kontra obegränsad bearbetning
• Lägre maximal hårdhet som kan uppnås jämfört med bearbetning
• Sekundär bearbetning behövs ofta fortfarande för att uppnå toleranser

När man inte ska använda MIM

• Mycket stora delar utöver MIM-utrustningens kapacitet
• Delar som behöver extremt snäva toleranser under 0,5%
• Applikationer som kräver ythårdhet över 50 HRC
• Produkter med mycket låga volymkrav
• Komponenter med extrema bildförhållanden olämpliga för gjutning
• När ingen tid för designoptimering för MIM-process
• Kostnadskänsliga applikationer med billigare tillverkningsalternativ

MIM design och modelleringsöverväganden

Korrekt design av delar och råmaterial är avgörande för att MIM ska uppnå önskade egenskaper och prestanda. Här är viktiga designöverväganden:

Del Design Stage

• Optimera väggtjocklekar för enhetlig formfyllning under injektion
• Inkludera generösa inre radier och filéer för att underlätta fyllningen
• Undvik allvarliga förändringar i tvärsnitt längs flödesvägen
• Designa rätt formportar och löpare för lämpliga flödesmönster
• Lägg till stärkande revben och kilar för att undvika hängande eller skevhet
• Ta hänsyn till delars krympning under sintring i initiala dimensioner
• Utveckla prototypformar för designvalidering innan full produktion

Råvaruutveckling

• Matcha råvarans viskositet till formens komplexitet vid formningstemperaturer
• Säkerställ tillräcklig pulverladdning för erforderlig sintrad densitet
• Välj lämpliga bindemedelskomponenter och pulverförhållande för blandbarhet
• Optimera pulverpartikelstorleksfördelning för pulverpackningsdensitet
• Justera råmaterialformuleringarna för att ta bort bindemedel utan fel
• Validera råvarans egenskaper genom formflödessimuleringar
• Testa flera materialiterationer för att uppnå full formbarhet

Simulering och modellering

• Formflödesmodellering för att optimera portplatser och löpare
• Strukturell FEA för att förutsäga skevhet och optimera delens geometri
• CFD-simuleringar för enhetligt bindemedelsborttagning och sintring
• Termisk modellering för att minimera kvarvarande spänningar
• Mekanisk modellering för att maximera styrka och prestanda
• Processmodelleringsprogramvara för att studera interaktioner mellan parametrar
• Experimentell validering av programvaruförutsägelser genom prototypformar

Viktiga modelleringsutgångar

• Formfyllningstid, råvarans viskositet, flödesfronttemperatur
• Svetslina, luftfälla och andra förutsägelser om formfel
• Rumslig bindemedelshalt, temperatur och upplösningsgradienter
• Sintringshastighet, densitetsgradienter, krympning, varptrender
• Restspänningsfördelning, heta riv och sprickuppskattningar
• Mekanisk styrka, utmattningslivslängd, skadetoleransanalys

MIM-defekter och begränsningsmetoder

Defekter kan uppstå i MIM-delar på grund av icke-optimerat råmaterial, formningsparametrar eller ugnsförhållanden. Här är vanliga MIM-defekter och begränsningsmetoder:

MIM Branschdata och trender

MIM Global Market Storlek

Den globala MIM-marknaden värderades till 1,5 miljarder USD 2022 och beräknas nå 3,1 miljarder USD 2030, växa med 8,7% CAGR, drivet av efterfrågan från hälso- och sjukvårds-, fordons- och flygsektorerna.

Drivkrafter för industrins tillväxt

• Lättviktstrender inom fordons-, flyg- och elektroniksektorerna
• Efterfrågan på små komplexa metallkomponenter i medicintekniska produkter
• Mer livskraftig med ett bredare utbud av MIM-kompatibla material
• Automatisering sänker produktionskostnaderna
• Tillväxt inom tillverkning av precisionskomponenter
• Ökad användning i nya applikationer som klocktillverkning

Beräknad CAGR per region

• Asien och Stillahavsområdet: 9.3% CAGR
• Europa: 10.2% CAGR
• Nordamerika: 7.6% CAGR
• Resten av världen: 7.9% CAGR

Andel av MIM-delar efter bransch

• Konsumentprodukter: 22%
• Fordon: 21%
• Skjutvapen: 15%
• Medicinsk: 14%
• Industri: 13%
• Flyg- och rymdfart: 8%
• Övriga: 7%

MIM Technology Development Trends

• Nya bindemedelssystem för att minska defekter och möjliggöra komplexa geometrier
• Nya råmaterialformuleringar för bättre pulverladdning och sintring
• Multimaterial MIM som kombinerar olika pulver till en komponent
• Automatisering av efterbearbetning som bearbetning, sammanfogning, gängning mm.
• Hybrid MIM + Additive Manufacturing-tekniker
• Nya uppvärmningsmetoder som mikrovågssintring för snabbare bearbetning
• Integrerade simuleringar som kombinerar flera fysik- och tillverkningssteg
• Ökad användning av kvalitetsledningssystem

Sammanfattning

Viktiga takeaways:

• MIM möjliggör högvolymproduktion av invecklade metallkomponenter genom att kombinera formsprutning och pulvermetallurgi.
• Lämplig för små, komplexa delar med hög precision inom medicin-, skjutvapen-, fordons-, flyg- och konsumentindustrin.
• Fördelarna inkluderar nästan nettoform, brett materialval, goda mekaniska egenskaper nära smidesmaterial.
• Innebär formning av råmaterial, avbindning och sintringssteg med hjälp av specialutrustning.
• Kräver expertis inom detaljdesign, råvaruutveckling, processmodellering, defektkontroll och kvalitetshantering.
• Beräknas växa till 8,7% CAGR globalt driven av efterfrågan inom olika branscher.
• Pågående teknikutveckling för snabbare bearbetning, mer material, ökad automation och förbättrad detaljkvalitet.

Vanliga frågor

F: Vilka är de viktigaste fördelarna med MIM-teknik?

S: De främsta fördelarna med MIM är:

• Förmåga att producera små, komplexa geometrier som inte är möjliga genom bearbetning eller gjutning
• Tillverkning av nästan nettoform som resulterar i

F: Vilken är den typiska toleransförmågan hos MIM?

S: MIM kan generellt uppnå toleranser på +/- 0,5% även om +/- 0,3% är möjligt för vissa geometrier och bearbetning kan behövas för snävare toleranser.

F: Vilken storlek på delar kan tillverkas med MIM?

S: MIM kan producera delar från 0,1 gram upp till cirka 250 gram i massa. Större delar är möjliga men utmanande på grund av begränsningar i formmaskinens storlek.

F: Hur jämför MIM med formsprutning av plast?

S: Medan båda använder formsprutningsutrustning kan MIM producera metalldelar medan plast har mycket lägre hållfasthet. Men MIM har lägre produktionshastigheter och högre kostnader än plastformsprutning.

F: Vilken värmebehandling används i MIM?

S: Sintringsprocessen i MIM involverar uppvärmning till nästan smältpunkten för metallpulvret så ingen ytterligare värmebehandling behövs vanligtvis. Ytterligare värmebehandlingar kan göras efter behov för att modifiera egenskaperna.

F: Vilka material kan användas i MIM?

S: Ett brett utbud av material är MIM-kompatibla, inklusive rostfria stål, verktygsstål, superlegeringar, titan, tungstenslegeringar och magnetiska legeringar bland andra. Ny materialutveckling är ett centralt forskningsområde inom MIM.

F: Hur jämför MIM med 3D-utskrift av metall?

S: MIM kan producera högre volymer med bättre ytfinish och mekaniska egenskaper. Men 3D-utskrift erbjuder större designfrihet och snabbare tid till marknaden för prototyper eller anpassade delar.

få veta mer om 3D-utskriftsprocesser