Einleitung: Metall Spritzgießen (MIM) ist eine coole Sache, bei der Kunststoffspritzguss und Pulvermetallurgie kombiniert werden. Sie mischen Metallpulver mit einem Polymerbindemittel, schmelzen es und spritzen es mit einer normalen Spritzgussmaschine in eine Form.

Dann kühlt es ab und härtet in die gewünschte Form. Das Endprodukt wird in allen möglichen Branchen verwendet, z. B. in der Medizin- und Dentaltechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie. Das Metall-Spritzgießverfahren unterscheidet sich von den herkömmlichen Herstellungsverfahren.

Es handelt sich um eine fortschrittliche und effiziente Fertigungstechnologie, die sich für die Herstellung von Metallteilen eignet, die eine hohe Präzision, eine komplexe Geometrie oder eine Großserienfertigung erfordern. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit dem Metall-Spritzgießen.

Was ist MIM?

Das Metallspritzgießen ist eine Kombination aus traditionellem Kunststoffspritzguss und pulvermetallurgischen Verfahren, bei dem Metallpulver und Bindemittel für das Spritzgießen gemischt werden.

Zuerst mischt man das gewünschte Pulver mit einem Bindemittel. Dann macht man kleine Kugeln aus der Mischung und schießt sie in die gewünschte Form. Dann brennt man das Bindemittel ab und hat das gewünschte Metallteil, oder man kann noch mehr damit machen, z. B. es noch einmal formen, es besser aussehen lassen, es erhitzen oder zerschneiden, um es noch besser zu machen.

MIM = Pulvermetallurgie + Spritzgießen

MIM ist ein typisches disziplinübergreifendes Produkt. Es integriert zwei völlig unterschiedliche Verarbeitungstechnologien (Pulvermetallurgie und Kunststoffspritzguss), um den Ingenieuren die Möglichkeit zu geben, sich von traditionellen Beschränkungen zu lösen und durch Kunststoffspritzguss preisgünstige, speziell geformte Teile aus Edelstahl, Nickel, Eisen, Kupfer, Titan und anderen Metallen zu erhalten, die eine größere Gestaltungsfreiheit als viele andere Produktionsverfahren bieten.

Was ist der MIM-Prozess?

Die Schritte des Metall-Spritzgießens sind: zunächst wählen Sie Metallpulver, das den Anforderungen des Metall-Spritzgießens entspricht und mischen es mit einem organischen Bindemittel bei einer bestimmten Temperatur durch eine geeignete Methode, um eine einheitliche Zufuhr zu machen, dann nach der Granulation, verwenden Sie eine Spritzgießmaschine, um es in den Formhohlraum unter einem erhitzten plastischen Zustand zu spritzen, um einen geformten Rohling zu erhalten, dann entfetten Sie es durch chemische oder Lösungsmittel-Extraktion, und schließlich erhalten Sie das Endprodukt durch Sintern und Verdichtung.

Metall-Pulver

Die Partikelgröße des im Metallspritzgussverfahren verwendeten Metallpulvers beträgt im Allgemeinen 0,5 bis 20 Mikrometer. Theoretisch gilt: Je feiner die Partikel sind, desto größer ist die spezifische Oberfläche, und sie lassen sich leichter formen und sintern. In der traditionellen Pulvermetallurgie wird gröberes Pulver von mehr als 40 Mikrometern verwendet.

Organischer Klebstoff

Der organische Klebstoff dient dazu, die Metallpulverpartikel zu binden, so dass das Gemisch rheologische und schmierende Eigenschaften hat, wenn es im Zylinder der Spritzgussmaschine erhitzt wird, d. h. es ist ein Träger, der das Pulver zum Fließen bringt.

Daher ist die Auswahl des Klebstoffs der Schlüssel für das gesamte Pulverspritzgießen. Anforderungen an organische Klebstoffe: geringe Dosierung, d. h., wenn weniger Klebstoff verwendet wird, hat die Mischung bessere rheologische Eigenschaften; nicht reaktiv, keine chemische Reaktion mit Metallpulver beim Entfernen des Klebstoffs; leicht zu entfernen, keine Kohlenstoffrückstände im Produkt.

Mischen und Granulieren

Beim Mischen werden das Metallpulver und der organische Klebstoff gleichmäßig miteinander vermischt, um ihre rheologischen Eigenschaften auf den für die Spritzgießen.

Die Gleichmäßigkeit der Mischung wirkt sich direkt auf ihre Fließfähigkeit aus und beeinflusst damit die Parameter des Spritzgießprozesses und sogar die Dichte und andere Eigenschaften des Endmaterials. Die beim Spritzgießen anfallenden Reste und Abfälle können zerkleinert, granuliert und recycelt werden.

Spritzgießen

Der Prozess dieses Schritts ist im Grunde derselbe wie beim Kunststoffspritzguss, und die Bedingungen für die Ausrüstung sind im Grunde die gleichen.

Beim Spritzgießen wird die Mischung im Zylinder der Spritzgießmaschine erwärmt, um ein Kunststoffmaterial mit rheologischen Eigenschaften zu bilden, und unter entsprechendem Einspritzdruck in die Form gespritzt, um einen Rohling zu bilden. Die Dichte des spritzgegossenen Rohlings sollte auf mikroskopischer Ebene gleichmäßig sein, damit das Produkt während des Sinterprozesses gleichmäßig schrumpft.

Die Kontrolle von Spritzgießparametern wie Einspritztemperatur, Werkzeugtemperatur, Einspritzdruck und Haltezeit ist entscheidend für die Erzielung eines stabilen Grüngewichts. Es ist notwendig, die Trennung und Entmischung der Komponenten im Spritzgussmaterial zu verhindern, da dies sonst zu Maßverlusten, Verformungen und Ausschuss führt.Debonding

Das organische Bindemittel im geformten Rohling muss vor der Sinterung entfernt werden. Dies wird als Entbinderung bezeichnet. Der Entbindungsprozess muss sicherstellen, dass das Bindemittel allmählich aus den verschiedenen Teilen des Rohlings entlang der winzigen Kanäle zwischen den Partikeln ausgetragen wird, ohne die Festigkeit des Rohlings zu verringern.

Nachdem das Lösungsmittel einen Teil des Bindemittels extrahiert hat, muss auch das restliche Bindemittel durch thermisches Entbinden entfernt werden. Beim Entbinden muss der Kohlenstoffgehalt im Rohling kontrolliert und der Sauerstoffgehalt reduziert werden.

Sintern

Die Sinterung erfolgt in einem Sinterofen mit kontrollierter Atmosphäre. Die hohe Dichte der MIM-Teile wird durch eine hohe Sintertemperatur und eine lange Sinterzeit erreicht, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Bauteilmaterials erheblich verbessert werden.

Nachbearbeitung

Für Teile mit genaueren Maßanforderungen und besonderen Leistungsanforderungen ist eine Nachbearbeitung erforderlich. Dieses Verfahren entspricht dem Wärmebehandlungsverfahren für herkömmliche komplex geformte Metallteile.

Was sind die Vorteile von MIM?

MIM kombiniert die Vorteile der Pulvermetallurgie und des Kunststoffspritzgusses. Es durchbricht die Grenzen der traditionellen Metallpulvergussverfahren bei der Produktform. Es nutzt die Kunststoffspritzgusstechnologie für die Massenproduktion und die effiziente Formgebung komplex geformter Teile. Es hat sich zu einer endkonturnahen Umformtechnologie für die moderne Herstellung hochwertiger Präzisionsteile entwickelt.

Sie hat unvergleichliche Vorteile gegenüber der herkömmlichen Pulvermetallurgie, der maschinellen Bearbeitung und dem Präzisionsguss. Die CNC-Bearbeitung kann für die sekundäre Bearbeitung von MIM-Teilen verwendet werden, wie z. B. die Bearbeitung von Löchern, Gewinden, Oberflächenschleifen usw., um spezifische technische Anforderungen zu erfüllen.

Hochkomplexe Teile, die geformt werden können

Im Vergleich zu anderen Verfahren der Metallumformung, wie z. B. dem Stanzen von Blechen, können mit dem MIM-Verfahren Teile mit wirklich komplexen Formen hergestellt werden.

Mit MIM können auch die gleichen komplexen Formen hergestellt werden wie mit dem Kunststoffspritzguss.

Aus diesem Grund können mit MIM Teile aus einem Stück gefertigt werden, die früher mit anderen Metallumformungsverfahren hergestellt wurden.

Die CNC-Bearbeitung kann für die sekundäre Bearbeitung von MIM-Teilen verwendet werden, z. B. für die Bearbeitung von Löchern, Gewinden, Oberflächenschleifen usw., um spezifische technische Anforderungen zu erfüllen.

Hohe Materialverwertungsrate

Das MIM-Verfahren ist ein endkonturnahes Umformverfahren. Die Form seiner Teile kommt der Form des Endprodukts sehr nahe, und der Materialausnutzungsgrad ist hoch, was besonders wichtig für den Verarbeitungsverlust von Edelmetallen ist.

poröse Metalltechniken und Metallspritzgussverfahren können sich an der Schnittstelle von Materialherstellung und -anwendung gegenseitig ergänzen und weiterentwickeln und die Materialherstellungstechnologie in eine effizientere und komplexere Richtung lenken.

Die Mikrostruktur der Teile ist gleichmäßig, die Dichte ist hoch und die Leistung ist gut

MIM ist ein Verfahren, bei dem Dinge aus einer Flüssigkeit hergestellt werden. Der Klebstoff sorgt dafür, dass das Pulver zusammenhält, so dass der Gegenstand keine Löcher hat. Dann kann man den Gegenstand so schwer machen, wie er sein soll.

Normalerweise macht MIM Dinge, die 95% bis 99% schwer sind. Wenn man Dinge schwer macht, werden sie stärker. Sie werden auch widerstandsfähiger, dehnbarer und können Strom und Wärme besser leiten. Sie werden auch besser als Magnete.

Die Dichte von Teilen, die durch herkömmliches Pulverpressen gepresst werden, kann nur maximal 85% der theoretischen Dichte erreichen. Dies ist hauptsächlich auf die Reibung zwischen der Formwand und dem Pulver sowie zwischen den Pulvern zurückzuführen, wodurch der Pressdruck ungleichmäßig verteilt wird, was zu einem ungleichmäßigen Gefüge des gepressten Rohlings führt.

Dies führt dazu, dass die gepressten pulvermetallurgischen Teile während des Sinterprozesses ungleichmäßig schrumpfen, so dass die Sintertemperatur gesenkt werden muss, um diesen Effekt zu verringern, was zu großer Porosität, schlechter Materialdichte und geringer Dichte der Produkte führt, was die mechanischen Eigenschaften der Teile stark beeinträchtigt.

Hohe Effizienz, einfache Massen- und Großserienproduktion

MIM verwendet Spritzgießen Maschinen zum Formen von Grünlingen, was die Verbrauchseffizienz erheblich verbessert und für die Massenproduktion geeignet ist; gleichzeitig sind die Konsistenz und die Wiederholbarkeit der Spritzgießprodukte gut, was eine Garantie für die industrielle Massen- und Großproduktion darstellt.

Die Metall-Spritzgusstechnik hat erhebliche Vorteile bei der Herstellung von Teilen aus weichmagnetischen Legierungen und kann die Anforderungen an komplexe Formen und hohe Präzision erfüllen, während gleichzeitig die Produktionskosten gesenkt und die Produktionseffizienz verbessert werden.

Breites Spektrum an verwendbaren Materialien und breite Anwendungsbereiche

Es gibt eine Vielzahl von Metallwerkstoffen, die für MIM verwendet werden können. Im Grunde genommen kann jedes Pulvermaterial, das bei hohen Temperaturen gegossen werden kann, durch MIM zu Teilen verarbeitet werden, einschließlich schwer zu verarbeitender Materialien und Materialien, die bei herkömmlichen Herstellungsverfahren hohe Schmelzpunkte haben.

Zu den metallischen Werkstoffen, die durch MIM verarbeitet werden können, gehören niedrig legierter Stahl, Edelstahl, Werkzeugstahl, Nickelbasislegierungen, Wolframlegierungen, Hartmetall, Titanlegierungen, magnetische Werkstoffe, Kovar-Legierungen, Präzisionskeramik usw.

Außerdem kann MIM die Materialformel nach den Anforderungen des Anwenders recherchieren, Legierungen in beliebiger Kombination herstellen und Verbundwerkstoffe zu Teilen verarbeiten.

Das MIM-Spritzgießen von Nichteisenlegierungen aus Aluminium und Kupfer ist technisch machbar, wird aber in der Regel durch andere, wirtschaftlichere Verfahren wie Druckguss oder mechanische Bearbeitung durchgeführt.

Was sind die Merkmale von MIM-Produkten?

Komplexität

Wie beim Spritzgießen gibt es beim MIM keine Formvorgaben. Da es sich bei MIM um ein Formgebungsverfahren handelt, entstehen durch das Hinzufügen von Merkmalen keine zusätzlichen Kosten, was MIM zu einer hervorragenden Möglichkeit macht, Teile zu multifunktionalen Produkten zu kombinieren. Die Konstruktionsregeln für MIM sind denen des Spritzgießens sehr ähnlich, so dass es sich für fast alle Produkte eignet.

Präzision

Der Referenzentwurf für das MIM-Netzformverfahren hat in der Regel eine Genauigkeit von ± 0,5% der Größe. Bei einigen Merkmalen kann die Nettoabformung ± 0,3% erreichen. Wie bei anderen Technologien sind die Kosten umso höher, je höher die Genauigkeitsanforderungen sind, so dass eine moderate Lockerung der Toleranzanforderungen empfohlen wird, wenn die Qualität dies zulässt. Toleranzen, die mit MIM nicht in einem Durchgang erreicht werden können, lassen sich mit Hilfe der Oberflächenbehandlung realisieren.

Gewicht und Größe

MIM eignet sich hervorragend für Teile unter 100 Gramm, und unter 50 Gramm ist es am kostengünstigsten. Es können aber auch Teile bis zu 250 Gramm hergestellt werden. Der Hauptkostenfaktor bei MIM ist das Rohmaterial, daher werden bei MIM neue Technologien eingesetzt, um das Gewicht der Teile so weit wie möglich zu reduzieren.

Wie bei Kunststoffteilen kann das Gewicht der Teile durch die Verwendung von Kernen und Klammern reduziert werden, ohne dass die Integrität des Produkts beeinträchtigt wird. MIM eignet sich hervorragend für sehr kleine und kleinste Teile, und Gewichte unter 0,1 Gramm sind möglich. Das Gewicht ist kein einschränkender Faktor, und es können auch Teile mit einer Länge von über 250 mm hergestellt werden.

Ausdünnung

Für MIM sind Wandstärken von weniger als 6 mm am besten geeignet. Sie können auch dicker sein, aber das kostet mehr, weil es länger dauert und mehr Material verbraucht wird. Sie können auch dünner werden, bis zu 0,5 mm, aber das ist schwieriger zu konstruieren.

Produktion

MIM ist ein äußerst flexibles Verfahren, mit dem Sie Tausende bis Millionen von Teilen pro Jahr sehr kostengünstig herstellen können. Wie beim Gießen und Spritzgießen müssen Sie auch beim MIM-Verfahren Formen und Werkzeuge kaufen, was sich bei kleinen Stückzahlen in der Regel auf die Kosten auswirkt.

Rohmaterialien

Mit MIM kann eine Vielzahl von Materialien verarbeitet werden, z. B. Ferrolegierungen, Superlegierungen, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, hochschmelzende Metalle, Hartmetalle, Keramik und Metallpartikel-Matrix-Verbundwerkstoffe. Aluminium- und Kupfer-Nichteisenlegierungen sind technisch möglich, werden aber in der Regel mit anderen, billigeren Methoden wie Druckguss oder maschineller Bearbeitung hergestellt.

Was sind die Anwendungen von MIM?

MIM wird in der Unterhaltungselektronik, in Automobilteilen, medizinischen Geräten, Elektrowerkzeugen, Industrieanlagen und Dingen des täglichen Bedarfs eingesetzt.

Unterhaltungselektronik

Zu den Produkten der Unterhaltungselektronik gehören in der Regel Smartphones, Tablets, Laptops, Digitalkameras, intelligente Wearables, Drohnen usw.

Im Jahr 2010 wurde die MIM-Prozesstechnologie bei der Gestaltung des BlackBerry-Mobiltelefons eingesetzt, was die Massenanwendung von MIM-Teilen in Mobiltelefonen eröffnete.

Auch Apple setzt seit 2010 MIM-Teile ein und hat den Anwendungsbereich von MIM erweitert und angeführt. MIM-Teile wie Stromschnittstellenteile, Kartenfächer, Scharniere, Kameraringe, Tasten usw. wurden erfolgreich in Mobiltelefonen eingesetzt.

Während Smartphones und intelligente Wearables immer leichter und dünner werden, wird das Material in ihnen immer raffinierter und komplizierter. Deshalb wird MIM eine große Sache werden.

Autoteile

Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugteilen ist die MIM-Technologie ein spanloses Umformverfahren für Metallteile, das Material einsparen und die Produktionskosten senken kann. Daher hat die MIM-Technologie in der Automobilindustrie große Aufmerksamkeit erregt und wird seit den 1990er Jahren auf dem Automobilteilemarkt eingesetzt.

Derzeit nutzt die Automobilindustrie die MIM-Technologie, um einige komplex geformte Bimetallteile und gruppierte Mikrokleinteile herzustellen, z. B. Teile für Turbolader, Regelungsringe, Einspritzdüsen, Schaufeln, Getriebe, Servolenkungen usw.

Medizinische Geräte

Im Bereich der medizinischen Geräte sind die im MIM-Verfahren hergestellten medizinischen Zubehörteile von hoher Präzision und erfüllen die Anforderungen an geringe Größe, hohe Komplexität, hohe mechanische Eigenschaften und andere Anforderungen an Zubehörteile, die für die meisten medizinischen Feingeräte erforderlich sind.

In den letzten Jahren hat sich die Anwendung der MIM-Technologie immer mehr ausgeweitet, z. B. bei chirurgischen Griffen, Scheren, Pinzetten, zahnmedizinischen Teilen, orthopädischen Gelenkteilen usw.

Elektrische Werkzeuge

Die Verarbeitung von Elektrowerkzeugteilen ist sehr kompliziert, die Verarbeitungskosten sind hoch, die Materialausnutzung ist gering und die Abhängigkeit von MIM ist groß. Zu den typischen Produkten gehören speziell geformte Fräser, Schneidwerkzeuge, Verbindungselemente, Mikrozahnräder, in den letzten Jahren entwickelte Lockerungsmaschinen/Textilmaschinen/Crimpmaschinen usw.

Schlussfolgerung

Metall-Spritzgießen (MIM) ist eine ausgefallene Art, Dinge herzustellen. Es ist wie eine Mischung aus Pulvermetallurgie und Kunststoff Spritzgießen. Man mischt Metallpulver und etwas anderes, um eine Paste herzustellen. Dann spritzt man sie in eine Form. Danach entsorgt man das andere Zeug und erhitzt es.

Wenn Sie fertig sind, haben Sie ein Metallteil, das wirklich gut ist. MIM wird zur Herstellung aller möglichen Dinge verwendet. Es wird in der Medizin, der Zahnmedizin, der Raumfahrt und bei Autos eingesetzt. Mit MIM kann man auch Dinge herstellen, die schwer zu fertigen sind. Es ist eine gute Möglichkeit, Dinge herzustellen.