Metalindsprøjtning
Metalindsprøjtning (MIM) er en metalbearbejdningsproces , hvor fint pulveriseret metal blandes med bindemateriale for at skabe et "råmateriale", der derefter formes og størknes ved hjælp af sprøjtestøbning . Støbeprocessen gør det muligt at forme høje volumen, komplekse dele i et enkelt trin. Efter støbning gennemgår delen konditioneringsoperationer for at fjerne bindemidlet (afbinding) og fortætte pulverne. Færdigvarer er små komponenter, der bruges i mange brancher og applikationer.
MIM-råmaterialets adfærd styres af reologi , undersøgelse af slam, suspensioner og andre ikke-Newtonske væsker.
På grund af de nuværende udstyrsbegrænsninger, skal produkter støbes med mængder på 100 gram eller mindre pr. "Skud" i formen. Dette skud kan distribueres i flere hulrum, hvilket gør MIM omkostningseffektivt for små, indviklede produkter i høj volumen, som ellers ville være dyre at fremstille. MIM råmateriale kan være sammensat af en overflod af metaller, men mest almindeligt er rustfrit stål, der er vidt brugt i pulvermetallurgi . Efter den første støbning fjernes råmaterialebindemidlet, og metalpartiklerne diffusionsbundes og fortettes for at opnå de ønskede styrkeegenskaber. Den sidstnævnte operation krymper typisk produktet med 15% i hver dimension.
Markedet for sprøjtestøbning af metal er vokset fra 9 millioner dollars i 1986 til 382 millioner dollar i 2004 til mere end 1,5 milliarder dollars i 2015. En relateret teknologi er keramisk pulverindsprøjtning, hvilket fører til cirka 2 milliarder dollars samlede salg. Størstedelen af væksten i de senere år har været i Asien.
Behandle
Processtrinnene involverer at kombinere metalpulvere med polymerer, såsom voks og polypropylenbindemidler, til dannelse af "råmateriale" -blandingen, der injiceres som en væske i en form ved anvendelse af plastikinjektionsmaskiner. Den støbte eller "grønne del" afkøles og kastes ud af formen. Dernæst fjernes en del af bindematerialet ved anvendelse af opløsningsmiddel, termiske ovne, katalytisk proces eller en kombination af metoder. Den resulterende, skrøbelige og porøse (40 volumenprocent "luft") del er i en tilstand, der kaldes det "brune" trin. For at forbedre håndteringen kombineres ofte afbinding og sintring i en enkelt proces. Sintering opvarmer pulveret til temperaturer nær smeltepunktet i en beskyttelsesatmosfæreovn for at fortætte partiklerne ved hjælp af kapillærkræfter i en proces kaldet sintring . MIM-dele sintres ofte ved temperaturer, der er næsten høje nok til at inducere delvis smeltning i en proces, der kaldes væskefasesintring. For eksempel kan et rustfrit stål opvarmes til 1350 til 1400 grader Celsius). Diffusionshastigheder er høje, hvilket fører til høj krympning og fortætning. Hvis det udføres i vakuum, er det almindeligt at nå 96-99% fast densitet. Slutproduktmetallet har sammenlignelige mekaniske og fysiske egenskaber med udglødede dele fremstillet ved hjælp af klassiske metalbearbejdningsmetoder. Efter sintringsvarmebehandlinger til MIM er de samme som for andre fremstillingsveje, og med høj densitet er MIM-komponenten kompatibel med metalbehandlingsbehandlinger såsom plettering , passivering , udglødning, karburering, nitrering og nedbørshærdning.
Ansøgningerne
Vinduet med økonomisk fordel i metalsprøjtestøbte dele ligger i kompleksitet og volumen for små dele. MIM-materialer kan sammenlignes med metal, der er dannet ved konkurrerende metoder, og slutprodukter anvendes i en lang række industrielle, kommercielle, medicinske, tandlæge-, skydevåben-, luft- og rumfartsapplikationer . Dimensionelle tolerancer på ± 0,3% er almindelige, og bearbejdning er påkrævet for tættere tolerancer. MIM kan fremstille dele, hvor det er vanskeligt eller endda umuligt at fremstille en vare effektivt gennem andre former for fremstilling. Ideelt set er mindst 75 dimensionelle specifikationer i en komponent med kun 25 mm maksimal størrelse og 10 g masse bedst - som for eksempel påkrævet til urtilbehør, mobiltelefonstik og hængsler til bærbar computer. Forøgede omkostninger til traditionelle fremstillingsmetoder, der er forbundet med en del kompleksitet, såsom interne / eksterne gevind, miniaturisering eller identitetsmærkning, øger typisk ikke omkostningerne i en MIM-operation på grund af fleksibiliteten ved sprøjtestøbning.
Andre designfunktioner, der kan implementeres i MIM-operationen inkluderer produktkoder, varenumre eller datostempler; dele fremstillet efter deres nettovægt, hvilket reducerer materialeaffald og -omkostninger; Densitet kontrolleret til inden for 95-98%; Sammensmeltning af dele og komplekse 3D- geometrier.
Evnen til at kombinere flere operationer i en proces sikrer MIM succes med at spare både ledetider og omkostninger, hvilket giver betydelige fordele for producenterne. Metalindsprøjtningsprocessen kan være en grøn teknologi på grund af den betydelige reduktion i spild sammenlignet med "traditionelle" fremstillingsmetoder såsom 5-akset CNC-bearbejdning. Nogle af de ældre operationer genererer imidlertid giftige emissioner som formaldehyd, bortskaffes klorerede opløsningsmidler og skal afbrænde voks eller andre polymerer, hvilket fører til drivhusgasemissioner.
Der er en bred vifte af materialer tilgængelige, når du bruger MIM-processen. Traditionelle metalbearbejdningsprocesser involverer ofte en betydelig mængde materialeaffald, hvilket gør MIM til en yderst effektiv mulighed for fremstilling af komplekse komponenter, der består af dyre / specielle legeringer ( koboltchrom , 17-4 PH rustfrit stål , titanlegeringer og wolframcarbider ). MIM er en levedygtig mulighed, når der kræves ekstremt tynde vægspecifikationer (dvs. 100 mikrometer). Derudover har kravene til EMI-afskærmning ( elektromagnetisk interferens ) præsenteret unikke udfordringer, som opnås med succes ved brug af speciallegeringer.