金属射出成形のメリットとデメリットとは？

はじめに Metal injection molding, also known as MIM, is an advanced metal manufacturing process . It’s a cheap way to make metal parts that are really dense, have a lot of shapes, and work really well. MIM is a new way to make metal stuff that combines the flexibility of injection molding with the strength of powder metal sintering.

MIMが好まれているのは、強度が高く、安価で、多くの形状を持つ金属部品を作ることができるからだ。MIMは、エレクトロニクス、医療、工業、自動車など、多くの産業で使われている。この記事では、MIMがどのように機能するのか、何に適しているのか、そして何に適していないのかについて説明する。.

金属射出成形プロセスとは？

金属射出成形（MIM）製造プロセスは、高精度で複雑な金属部品を製造するためのプロセスです。金属粉末、射出成形、焼結を組み合わせ、厳しい公差と優れた表面仕上げを持つMIM部品を製造します。

異なるサイズと形状の金属粉末を使用し、異なる添加剤を加えることで、異なる化学的・物理的特性を持つMIM部品を得ることができる。各粉末粒子に含まれるバインダーの組成が、部品の最終的な硬度を決定します。

金属射出成形の原理とは？

射出成形工程は、射出成形と焼結の2段階に分けられる。

射出成形

射出成形の段階では、金属材料は液状に加熱され、注射器を通して金型に注入される。金型の温度は低いため、金属材料は金型内で急速に冷却・凝固し、一定の形状と大きさを持つ金属ビレットが形成される。

焼結プロセス

焼結段階では、金属ビレットは高温処理のために焼結炉に送られる。高温では、金属ビレット中の粒子がよりよく結合し、金属ビレットをより緻密で強固なものにする。焼結金属部品は良好な機械的特性と耐熱性を有する。

金属射出成形の利点とは？

Compared to traditional metal production technology, metal injection molding (MIM) has a lot of advantages. After 30 years of continuous development of MIM technology, BRM can use this technology to produce MIM parts with large volume, multiple alloys, different sizes, and complex structures. Our summary of the advantages of MIM is as follows:

高度に複雑な構造を持つ構造部品の成形が可能

射出成形加工技術は、射出成形機を使って製品のブランクを射出し、材料が金型のキャビティに完全に充填されるようにするもので、非常に複雑な構造の部品も確実に実現できる。従来の加工技術では、まず個々の部品を作り、それを組み合わせて部品を作っていた。

MM技術を使用する場合、完全な単一部品に統合できるため、工程が大幅に削減され、加工手順が簡素化される。

他の金属加工法に比べ、MIMは製品の寸法精度が高く、二次加工が不要か、仕上げ加工が少量で済む。射出成形は、薄肉や複雑な構造部品を直接成形できる。製品の形状は最終製品の要求に近い。

部品の寸法公差は通常±0.1～±0.3程度に抑えられており、特に加工が難しい超硬合金の加工コストを削減し、貴金属の加工ロスを減らすために重要である。

形状設計に制限がなく、ほとんどの製品に対応できる。MIM成形では不可能な公差も、表面処理により実現可能です。

製品の微細構造は均一で、密度は高く、性能は良好である。

プレスする際、金型の壁とパウダー、パウダーとパウダーが擦れ合い、圧力が不均一になる。そのため、プレス毛の組織が不均一になる。焼結すると、プレスされた粉末冶金部品は不均一に収縮する。

だから、この影響を減らすために焼結温度を下げなければならない。しかし、そうすると、穴が大きくなり、密度が低くなり、材料の密度が悪くなって、製品が弱くなってしまいます。

実際、射出成形は流体成形である。結合剤が存在することで、粉末が均一に配置され、毛髪の不均一な微細構造がなくなり、焼結製品の密度はその材料の理論密度に達することができる。

通常、プレス製品の密度は理論密度の85%にしか達しない。製品の密度を高くすることで、強度を高め、靭性を強化し、延性、導電性、熱伝導性を向上させ、磁気特性を改善することができる。

高効率、大規模・大量生産の実現が容易

MIM技術で使用される金型は、エンジニアリングプラスチック射出成形金型と同様の寿命を持つ。金型を使用するため、MIMは部品の大量生産に適している。

製品のブランクは射出成形機で成形されるため、生産効率が大幅に改善され、生産コストが削減され、射出成形製品の一貫性と一貫した品質と再現性が良好で、大規模かつ大規模な工業生産に保証を提供する。

MIMは柔軟性の高いプロセスで、年間数千から数百万個の部品を非常に経済的に作ることができます。鋳造品や射出成形品と同様、MIMは金型や金型費用への投資を必要とするため、小ロットの部品では通常、コスト見積もりに影響します。

幅広い適用材料と幅広い応用分野

There are a lot of materials that can be used for injection molding. Basically, any powder material that can be cast at high temperature can be made into parts by MIM process, including difficult-to-process materials and high-melting-point materials in traditional manufacturing processes.

また、MIMはユーザーの要求に応じて材料配合を研究し、合金材料を自由に組み合わせ、複合材料を部品にすることができます。MIM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、KoVr合金、ファインセラミックスなど、多くの材料を加工することができます。

アルミニウムや銅の非鉄合金は技術的には可能だが、通常はダイカストや機械加工など、より経済的な方法で加工される。

ミクロン級の微粉末を使用するMIMプロセス

MIMでは粒径2～15μの微粉末を使用するが、従来の粉末冶金では粒径50～100μの粉末を使用する。粒径が小さいと、焼結収縮が早くなり、機械的特性が向上し、疲労寿命が延び、耐応力腐食性や磁気特性が向上する。

粒径が細かいとコストが高くなる（従来のPM粉末の約1～10倍）だけでなく、凝集しやすく、均一混合が難しくなり、脱脂速度が相対的に遅くなるため、MIMプロセスの生産効率が低下する。

従来の粉末冶金に比べ、MIMでは射出時に粉末バインダー系が金型内にスムーズに充填されるように、約30～55%（体積分率）の有機バインダーを添加する。

ですから、緻密な最終製品を得るためには、焼結力の強い微粉末を使う必要があります。もうひとつ、微粉末を使うといいのは、焼結部品の表面がきれいに仕上がることです。MIM部品が良好に焼結し、良好な特性を持つようにするには、できるだけ純度が高く、酸素の少ない粉末を使いたいものです。

複雑なパーツの場合、通常は個々のパーツに分解してから組み立てる。MIMは、部品全体を一度に作るので、工程が少なくて済みます。

また、従来の金属成形では、部品が複雑であればあるほどコストがかかります。MIMでは、金型をより複雑にするだけなので、部品がどんなに複雑でもコストは同じです。部品が複雑であればあるほど、MIMは安くなり、節約になります。

金属射出成形のデメリットとは？

高い生産コスト

粉末冶金に比べ、金属粉末射出成形技術（MIM）の材料費は高く、原材料への要求も厳しい。つまり、金属粉末の直径をできるだけ小さくする必要がある。より良い性能を達成するために、金属粉末射出成形（MIM）プロセスでは粉末冶金よりもバインダーの添加が必要となる。

したがって、金属粉末射出成形技術を使用するコストはより高価である。従来のプラスチック射出成形と比較して、バインダーの除去や焼結など、より多くの後処理工程が必要となり、生産時間とコストが増加する可能性がある。

粉体品質管理の難しさ

金属粉末射出成形技術は、粉末の大きさ、分布、形状などの複数のパラメータを保証し、完成品の精度と強度を保証する必要があります。しかし、粉末の製造や加工は、環境や設備などの複数の要因に影響されやすいため、粉末の品質管理は困難である。

満足できない表面品質

金属粉末射出成形技術は、組織と表面に関する品質問題を抱えている。金属粉末は射出成形の過程で、密度むら、気孔、欠陥などの問題がしばしば発生する。これらの問題は、完成品の作業性能に影響を与えるだけでなく、表面品質が満足できず、錆びやすく、破損しやすくなります。

設備と材料への高い要求

金属粉末射出成形（MIM）技術は、特殊な射出成形機と焼結設備を必要とし、高価でメンテナンスが難しい。一方、金属粉末の生産、保管、加工にも厳しい環境と条件が必要で、企業の生産と管理には不利だ。

MIM部品は通常規模が小さい

金属粉末射出成形技術の炉は稼働スペースが小さいため、製造されるMIM部品は通常小さい。

この技術は、金属粉末の製造範囲に適している。 射出成形 例えば、精密異形部品、複雑部品、粉末冶金マイクロギア、小弾性ギアなどである。これもMIM技術の発展を大きく制限している理由の一つである。

生産要因

粉末冶金メーカーの新泰星は、金型は高価であるため、大規模生産には金属粉末射出成形技術が適していると考えている。そのため、形状は複雑だが要求が高くない一部の小型金属部品については、CNC機械加工の方が安価で手頃な場合がある。

金属射出成形技術の応用分野は？

自動車産業： 金属射出成形技術は、エンジン部品、ギア、カムシャフトなどを作るために自動車産業で多く使われている。

電子産業：エレクトロニクス業界では、金属射出成形技術を用いて、携帯電話、コンピューター、テレビなどの製品の金属筐体や部品を製造しています。

医療機器：金属射出成形技術は医療用金属射出成形、例えば手術器具、歯科インプラントなどの製造にも広く使われている。

その他の業界金属射出成形（MIM）技術は、航空宇宙、エネルギー、化学、その他の産業でも使用されている。

結論

要するに、金属粉末射出成形（MIM）は、金属部品を作る派手な方法である。高密度で複雑な形状の金属部品を効率的に製造できるため、さまざまな産業で使用されている。通常のプラスチックのようなものだ。 射出成形ただし、金属用だ。

本当に丈夫で細部まで作り込んだ部品を作ることができる。しかし、MIMは完璧ではありません。高価で、粉末の品質管理が難しく、特殊な機械が必要です。このようなことから、MIMを大量生産に使ったり、安価でなければならない部品に使ったりするのは難しいのです。

だから、MIMはあるものには適しているが、すべてに適しているわけではない。パーツを作りたいのであれば、何を作りたいのか、いくらかかるのかを考える必要がある。