はじめに

金属粉末射出成形は、粉末冶金と射出成形技術の長所を組み合わせ、従来の金属粉末成形プロセスの製品形状の限界を突破した。同時に、プラスチック射出成形技術を利用して、複雑な形状の部品を大量に高効率で成形する。特徴としては、高品質の精密部品を現代的に製造するためのニアネットシェイプ技術となっている。従来の粉末冶金、機械加工、精密鋳造などの加工法では及ばない利点がある。

MIMは 金属射出成形プロセスは、粉末冶金の分野で急速に発展している有望な新しいニアネット成形技術であり、「世界で最も普及している金属部品成形技術」の一つとして知られている。

この記事では、MIMプロセスの基本的な概念、プロセスの流れ、利点、他のプロセスとの比較、適切な部品の種類、およびMIMアプリケーションを紹介する。

II.金属射出成形とは？

MIM（Metal Injection Molding）と呼ばれる金属射出成形は、金属粉末とバインダーを混合して射出成形する方法である。

まず選択した粉末をバインダーと混合し、その混合物を造粒し、必要な形状に射出する。脱脂・焼結後、バインダーを除去して目的の金属製品を得るか、または加工する。 その後、成形、表面処理、熱処理、機械加工などの方法で製品をより完璧なものにする。

MIM＝粉末冶金＋射出成形

MIMは典型的な分野横断的製品である。全く異なる2つの加工技術（粉末冶金と射出成形）を統合することで、エンジニアは従来の制約から解放され、低コストで特殊形状のステンレス、ニッケル、鉄、銅、チタン、その他の金属部品を得ることができ、他の多くの生産プロセスよりも設計の自由度が高くなります。

III.MIMプロセスの詳細説明

MIM工程は主に造粒、射出、脱脂、焼結の4段階に分けられる。必要に応じて、機械加工や伸線加工、電気メッキなどの二次加工を後から行うこともできる。

造粒

金属微粉末はパラフィンバインダーや熱可塑性プラスチックと正確な比率で混合される。混合工程は特殊な混合装置で行われ、バインダーを溶かすために一定の温度に加熱されます。

ほとんどの場合、機械を使って金属粉末粒子がバインダーで均一にコーティングされるまで混合し、冷却して顆粒（原材料と呼ばれる）を形成し、これを金型キャビティに注入できるようにする。

注射

粒状の原料は、加熱されるために機械に供給され、高圧下で金型キャビティに射出され、緑色の部分を介して得られる。 射出成形.この工程はプラスチック射出成形に非常に似ている。金型は、生産性を高めるために複数のキャビティを持つように設計することができ、金型キャビティのサイズは、金属部品の焼結プロセス中に発生する収縮を考慮して設計する必要があります。

スキム

脱脂とは、緑色の胚から結合剤を取り除く工程であり、褐色の部分は脱脂後に得られる。この工程は通常、いくつかの段階を経て完了する。バインダーの大部分は焼結の前に除去され、残った部分が焼結炉の中で部品を支えることができる。

脱脂はさまざまな方法で行うことができるが、最もよく使われるのは溶媒抽出である。脱脂された部品は半透過性であり、残留バインダーは焼結中に容易に蒸発する。

焼結

脱脂された褐色ビレットは、高温高圧に制御された炉に入れられる。褐色ブランクは、ガスの保護下でゆっくりと加熱され、残存する接着剤が除去される。バインダーが完全に除去された後、褐色ブランクは非常に高温に加熱され、粒子間の隙間は粒子の融合により消失する。褐色のブランクは、設計されたサイズに方向性をもって収縮し、緻密な固体に変化して最終製品が出来上がる。

IV.MIMプロセスの利点

MIMは粉末冶金技術とプラスチック射出成形技術の長所を組み合わせ、製品形状における従来の金属粉末成形プロセスの限界を打破する。同時に、プラスチック射出成形技術を利用して、複雑な形状の部品を大量かつ高効率で成形する。高品質の精密部品を現代的に製造するためのニアネットシェイプ技術となっている。従来の粉末冶金、機械加工、精密鋳造などの加工法では及ばない利点がある。

非常に複雑な部品の形成が可能

他と比べて 金属成形プロセス板金プレス、粉末成形、鍛造、機械加工など、MIMは非常に複雑な幾何学的形状の部品を成形することができる。

射出成形で達成できる複雑な部品構造は、一般にMIMでも達成できる。

この特徴を生かし、MIMはもともと他の金属で形成されていた複数の部品を1つの部品にまとめ、製品設計を簡素化し、部品点数を減らすことで、製品の組み立てコストを削減する機会を持つ。

部品は均一な微細構造を持ち、密度が高く、性能が良い。

金属射出成形は流体成形プロセスである。バインダーの存在は、粉末の均一な分布を保証し、それによってブランクの不均一な微細構造を排除し、焼結製品の密度が材料の理論密度に達することができます。

一般的に、金属射出成形は理論密度の95%から99%に達することができます。高密度は、MIM部品の強度、靭性、延性、電気伝導性、熱伝導性を向上させ、磁気特性を改善することができます。

従来の粉末成形でプレスされた部品の密度は、理論密度の85%までしか達しない。これは主に、金型壁と粉末、粉末と粉末の間の摩擦が原因で、プレス圧力の分布が不均一になり、ブランクの微細構造が不均一になり、プレスされた粉末冶金部品が焼結過程で不均一に収縮することになる。そのため、この影響を減らすために焼結温度を下げなければならず、その結果、気孔が大きくなり、材料密度が悪くなり、密度が低くなる。部品の機械的特性に深刻な影響を与える。

高効率、大量生産が容易、大量生産が可能

MIMは射出成形機を使ってグリーン製品を成形するため、生産効率が大幅に向上し、大量生産に適している。同時に 射出成形品 このため、大量生産と大規模な工業生産が保証される。

幅広い適用材料と幅広い応用分野

MIMに適した金属材料は非常に幅広い。原理的には、高温で鋳造できる粉末材料であれば、従来の製造プロセスでは加工が困難な材料や高融点材料も含め、MIMプロセスで部品を製造することができる。

金属材料 金属射出成形 加工できるのは、低合金鋼、ステンレス鋼、工具鋼、ニッケル基合金、タングステン合金、超硬合金、チタン合金、磁性材料、コバール合金、ファインセラミックスなど。

部品の高精度

MIM部品の寸法精度は通常、サイズの±0.5%であり、精度レベルは±0.3%以上に達することができる。

部品サイズが小さい場合、MIMは他のダイカストプロセスよりも精度が高く、一般的に二次加工を必要としないか、少量の仕上げ加工しか必要としないため、二次加工のコストを削減できる。

他の工程と同様、寸法精度の要求が高ければ高いほど、コストも高くなる。したがって、品質が許せば、公差要件を適度に緩和することが奨励される。

MIMが1回の成形で達成できない公差は、表面処理の助けを借りて達成することができる。

V.比較MIMと従来のプラスチック射出成形の比較

材料選択

射出成形の世界では、使用される材料を中心に違いがある。伝統的な プラスチック射出成形 は主に様々なポリマーやプラスチックを使用する。逆に、金属射出成形（MIM）は、微細な金属粉末とポリマーバインダーのブレンドを使用します。この原材料と組成の根本的な違いは、プロセスを決定するだけでなく、最終製品の特性や用途にも影響する。

成形機械と装置：

どちらの方法も似たような成形装置を用いるが、材料の特性が異なるため、操作パラメータは著しく異なる。金属射出成形では、金属粉末をバインダーと結合させるために高温が必要であり、一般的に成形後の脱バインダーと焼結の段階がより複雑である。

最終製品の特性：

MIMは、強度の向上や耐熱性の向上など、通常の金属加工技術と同等の特性を誇る金属部品を生み出す。これは、従来の射出成形の主にプラスチック製の製品とは対照的である。

素材の不均一性と複雑な形状の実現性に注目

材料の多様性：MIMは、さまざまな鋼、チタン、特注合金など、より広範な材料オプションを提供します。プラスチックの本質的な特性に限定される従来の射出成形とは異なり、堅牢性、長寿命、その他の機械的特性など、特定の要件に合わせてカスタマイズすることができます。

洗練された形：

MIMは、精巧な形状と洗練された細部を持つ部品を製造することに長けており、従来のプラスチック成形ではしばしば達成できない偉業である。MIMで使用される極小の金属粉末は、細部の精巧さと厳しい公差を容易にし、航空宇宙、医療、電子機器などの分野における小型で複雑な部品に適している。

壁厚と内部構成：

MIMは、強度を犠牲にすることなく、細長い壁や複雑な内部構成を持つ部品を製造することができる。

表面仕上げとその後の処理：

MIMによって製造された部品は、一般的に従来のプラスチック成形によるものに比べて優れた表面品質を有している。研磨、メッキ、熱処理など様々な加工を施すことで、機能性や見た目の美しさを向上させることができます。

まとめると 金属射出成形 MIMと従来のプラスチック射出成形は、手順的には類似しているが、材料の使用方法、製品の特性、形状の複雑さにおいて大きな違いがある。このような違いがあるため、MIMは、金属部品の弾力性や精度と、プラスチック射出成形機の部品に特徴的な設計の多様性が要求される場面により適している。

結論

今回は、ものづくりの世界でひときわ異彩を放つ金属射出成形（MIM）について掘り下げてみた。従来のプラスチック射出成形に比べ、MIMでは使用される材料の多様性が際立ち、より複雑な構造の製造が可能になる。複雑な設計、卓越した精度、強力な機械的特性を持つ金属射出成形部品を製造するMIMの能力は、特に航空宇宙、ヘルスケア、自動車部品、家電製品などの産業において、製造業における独自の地位を確固たるものにしている。

全体として、金属射出成形は、金属とプラスチックの製造方法の最良の側面を融合させた、製造技術における重要な進歩である。その継続的な発展と適応性は、製造業の将来において重要な役割を果たし、複数の産業にわたる革新と進歩を促進する。