Introdução: Metal moldagem por injeção (MIM) é uma coisa fixe em que se combina a moldagem por injeção de plástico com a metalurgia do pó. Misturam pó metálico com um aglutinante de polímeros, derretem-no e injectam-no num molde utilizando uma máquina de moldagem por injeção normal.

Em seguida, arrefece e endurece até obter a forma pretendida. O produto final é utilizado em todo o tipo de indústrias, como a médica, a dentária, a aeroespacial e a automóvel. O processo de moldagem por injeção de metal é diferente dos métodos de fabrico tradicionais.

Representa uma tecnologia de fabrico avançada e eficiente, adequada ao fabrico de peças metálicas que exigem elevada precisão, geometria complexa ou produção em grande escala. Este artigo explora principalmente a moldagem por injeção de metal.

O que é o MIM?

A moldagem por injeção de metal combina a moldagem por injeção de plástico tradicional e os processos de metalurgia do pó, que é uma forma de misturar pó de metal e aglutinante para moldagem por injeção.

Primeiro, mistura-se o pó que se pretende com um aglutinante. Em seguida, fazem-se pequenas bolas com a mistura e dão-se-lhe a forma pretendida. Retira-se o aglutinante queimando-o e obtém-se a peça metálica pretendida, ou podem fazer-se mais coisas, como moldá-la de novo, melhorar o seu aspeto, aquecê-la ou cortá-la para a tornar ainda melhor.

MIM = Metalurgia do pó + Moldagem por injeção

O MIM é um produto interdisciplinar típico. Integra duas tecnologias de processamento completamente diferentes (metalurgia do pó e moldagem por injeção de plástico) para permitir que os engenheiros se libertem das restrições tradicionais e obtenham peças de aço inoxidável, níquel, ferro, cobre, titânio e outros metais de forma especial e a baixo preço através da moldagem por injeção de plástico, pelo que tem maior liberdade de design do que muitos outros processos de produção.

O que é o processo MIM?

Os passos da moldagem por injeção de metal são: em primeiro lugar, escolher o pó de metal que cumpre os requisitos da moldagem por injeção de metal e misturá-lo com um aglutinante orgânico a uma determinada temperatura através de um método adequado para fazer uma alimentação uniforme, depois, após a granulação, utilizar uma máquina de moldagem por injeção para injectá-lo na cavidade do molde sob um estado de plástico aquecido para obter um espaço em branco formado, depois desengordurá-lo por extração química ou por solvente e, finalmente, obter o produto final por sinterização e densificação.

Pó metálico

O tamanho das partículas do pó metálico utilizado no processo de moldagem por injeção de metal é geralmente de 0,5 a 20 micrómetros. Em teoria, quanto mais finas forem as partículas, maior será a área de superfície específica e mais fácil será a moldagem e a sinterização. O processo tradicional de metalurgia do pó utiliza um pó mais grosso, com mais de 40 micrómetros.

Adesivo orgânico

O adesivo orgânico é utilizado para ligar as partículas de pó metálico, de modo a que a mistura tenha propriedades reológicas e lubrificantes quando aquecida no cilindro da máquina de injeção, ou seja, é um veículo que faz fluir o pó.

Por conseguinte, a seleção do adesivo é a chave para toda a moldagem por injeção de pó. Requisitos para as colas orgânicas: pequena dosagem, ou seja, a utilização de menos cola pode fazer com que a mistura tenha melhores propriedades reológicas; não reactiva, sem reação química com o pó metálico durante a remoção da cola; fácil de remover, sem resíduos de carbono no produto.

Mistura e granulação

Durante a mistura, o pó metálico e o adesivo orgânico são misturados uniformemente para ajustar as suas propriedades reológicas ao estado adequado para moldagem por injeção.

A uniformidade da mistura afecta diretamente a sua fluidez, afectando assim os parâmetros do processo de moldagem por injeção e mesmo a densidade e outras propriedades do material final. As aparas e os resíduos gerados durante o processo de moldagem por injeção podem ser triturados, granulados e reciclados.

Moldagem por injeção

O processo desta etapa é basicamente o mesmo que o processo de moldagem por injeção de plástico, e as condições do equipamento são basicamente as mesmas.

Durante o processo de moldagem por injeção, a mistura é aquecida no cilindro da máquina de injeção para formar um material plástico com propriedades reológicas, e injectada no molde sob pressão de injeção adequada para formar um molde em branco. A densidade da peça em bruto moldada por injeção deve ser uniforme a nível microscópico para que o produto encolha uniformemente durante o processo de sinterização.

O controlo dos parâmetros de moldagem, como a temperatura de injeção, a temperatura do molde, a pressão de injeção e o tempo de retenção, é crucial para obter um peso verde estável. É necessário evitar a separação e a segregação dos componentes no material de injeção, caso contrário, isso conduzirá à perda dimensional, à distorção e à sucata.Descolagem

O aglutinante orgânico na peça em bruto moldada deve ser removido antes da sinterização. Este processo é designado por "debonding". O processo de descolagem deve garantir que o ligante é gradualmente descarregado de diferentes partes do molde ao longo dos pequenos canais entre as partículas, sem reduzir a resistência do molde.

Depois de o solvente extrair parte do aglutinante, o restante aglutinante também deve ser removido por descolagem térmica. Durante a descolagem, o teor de carbono no material em bruto deve ser controlado e o teor de oxigénio deve ser reduzido.

Sinterização

A sinterização é efectuada num forno de sinterização com uma atmosfera controlada. A elevada densidade das peças MIM é conseguida através de uma temperatura de sinterização elevada e de um tempo de sinterização longo, o que aumenta e melhora consideravelmente as propriedades mecânicas do material da peça.

Pós-processamento

Para peças com requisitos dimensionais mais precisos e requisitos de desempenho especiais, é necessário efetuar algum pós-processamento. Este processo é idêntico ao processo de tratamento térmico de componentes metálicos convencionais com formas complexas.

Quais são as vantagens do MIM?

A MIM combina as vantagens da metalurgia do pó e da moldagem por injeção de plástico. Ultrapassa as limitações dos processos tradicionais de moldagem de pó metálico na forma do produto. Utiliza a tecnologia de moldagem por injeção de plástico para a produção em massa e a moldagem eficiente de peças com formas complexas. Tornou-se uma tecnologia de moldagem quase líquida para o fabrico moderno de peças de precisão de alta qualidade.

A maquinagem cnc pode ser utilizada para o processamento secundário de peças MIM, como a maquinagem de furos, a maquinagem de roscas, a retificação de superfícies, etc., para satisfazer requisitos de engenharia específicos.

Peças altamente complexas que podem ser moldadas

Em comparação com outros processos de conformação de metais, como a estampagem de chapas metálicas, o MIM pode produzir peças com formas realmente complexas.

A MIM também pode produzir as mesmas formas complexas que a moldagem por injeção de plástico.

Por este motivo, o MIM pode fabricar peças que costumavam ser fabricadas por outros processos de conformação de metal numa só peça.

A maquinação cnc pode ser utilizada para o processamento secundário de peças MIM, tais como maquinação de furos, maquinação de roscas, retificação de superfícies, etc., para satisfazer requisitos específicos de engenharia.

Elevada taxa de utilização de material

A conformação MIM é um processo de conformação quase líquida. A forma das suas peças está próxima da forma do produto final e a taxa de utilização do material é elevada, o que é particularmente importante para a perda de processamento de metais preciosos.

as técnicas de metal poroso e os processos de moldagem por injeção de metal podem complementar-se e desenvolver-se mutuamente na intersecção entre o fabrico de materiais e a sua aplicação, conduzindo a tecnologia de fabrico de materiais para uma direção mais eficiente e complexa.

A microestrutura das peças é uniforme, a densidade é elevada e o desempenho é bom

O MIM é um processo de fabrico de objectos a partir de líquido. A cola faz com que o pó fique unido para que o objeto fabricado não tenha buracos. Assim, é possível fazer com que o objeto fabricado seja tão pesado como é suposto ser.

Normalmente, o MIM produz coisas que são pesadas entre 95% e 99%. Se tornarmos as coisas pesadas, elas ficam mais fortes. Também se tornam mais resistentes, mais elásticas e melhores para transportar eletricidade e calor. Também se tornam melhores como ímanes.

A densidade das peças prensadas por moldagem de pó tradicional só pode atingir, no máximo, 85% da densidade teórica. Isto deve-se principalmente à fricção entre a parede do molde e o pó e entre os pós, o que faz com que a pressão de prensagem seja distribuída de forma desigual, resultando numa microestrutura desigual da peça prensada.

Isto fará com que as peças prensadas de metalurgia do pó encolham de forma desigual durante o processo de sinterização, pelo que a temperatura de sinterização tem de ser reduzida para diminuir este efeito, resultando em grande porosidade, fraca densidade do material e baixa densidade dos produtos, o que afecta seriamente as propriedades mecânicas das peças.

Elevada eficiência, fácil de obter uma produção em massa e em grande escala

O MIM utiliza moldagem por injeção máquinas para moldar tarugos verdes de produtos, o que melhora muito a eficiência do consumo e é adequado para a produção em massa; ao mesmo tempo, a consistência e a repetibilidade dos produtos de moldagem por injeção são boas, o que fornece uma garantia para a produção industrial em massa e em grande escala.

A tecnologia de moldagem por injeção de metal tem vantagens significativas no fabrico de peças de ligas magnéticas macias e pode satisfazer os requisitos de formas complexas e de alta precisão, reduzindo simultaneamente os custos de produção e melhorando a eficiência da produção.

Vasta gama de materiais aplicáveis e amplos campos de aplicação

Existem muitos materiais metálicos que podem ser utilizados para MIM. Basicamente, qualquer material em pó que possa ser fundido a alta temperatura pode ser transformado em peças por MIM, incluindo materiais que são difíceis de processar e materiais que têm pontos de fusão elevados no processo de fabrico tradicional.

Os materiais metálicos que podem ser processados por MIM incluem aço de baixa liga, aço inoxidável, aço para ferramentas, liga à base de níquel, liga de tungsténio, carboneto cementado, liga de titânio, material magnético, liga de Kovar, cerâmica de precisão, etc.

Além disso, o MIM pode realizar pesquisas de fórmulas de materiais de acordo com os requisitos do utilizador, produzir ligas de materiais de qualquer combinação e transformar materiais compostos em peças.

A moldagem MIM de ligas não ferrosas de alumínio e cobre é tecnicamente viável, mas é normalmente efectuada por outros métodos mais económicos, como a fundição sob pressão ou a maquinagem.

Quais são as caraterísticas dos produtos MIM?

Complexidade

A MIM, tal como a moldagem por injeção, não tem restrições de forma. Uma vez que o MIM é um processo de moldagem, acrescentar caraterísticas não acresce custos, o que faz do MIM uma óptima forma de combinar peças em produtos multifuncionais. As regras de conceção do MIM estão muito próximas da moldagem por injeção, tornando-o adequado para quase todos os produtos.

Precisão

O desenho de referência da precisão da moldagem em rede MIM é normalmente ± 0,5% do tamanho. A moldagem líquida de algumas caraterísticas pode atingir ± 0,3%. Tal como noutras tecnologias, quanto maior for o requisito de precisão, maior será o custo, pelo que se incentiva uma flexibilização moderada dos requisitos de tolerância, se a qualidade o permitir. As tolerâncias que não podem ser alcançadas com a MIM numa única passagem podem ser alcançadas com a ajuda do tratamento de superfície.

Peso e tamanho

O MIM é ótimo para peças com menos de 100 gramas, sendo que as peças com menos de 50 gramas são as mais rentáveis. No entanto, podem ser fabricadas peças até 250 gramas. O principal custo do MIM é a matéria-prima, pelo que o MIM utiliza novas tecnologias para reduzir o peso das peças tanto quanto possível.

Tal como as peças de plástico, o peso das peças pode ser reduzido através da utilização de núcleos e suportes sem afetar a integridade do produto. A MIM é óptima para peças muito pequenas e micro, e é possível obter pesos inferiores a 0,1 gramas. O peso não é um fator limitativo e podem ser fabricadas peças com mais de 250 mm de comprimento.

Desbaste

Para MIM, as espessuras de parede inferiores a 6 mm são as melhores. É possível aumentar a espessura, mas será mais dispendioso porque demora mais tempo e é necessário mais material. Também se pode ir mais fino, até 0,5 mm, mas é mais difícil de projetar.

Produção

O MIM é um processo super flexível e pode fabricar milhares a milhões de peças por ano de forma muito económica. Tal como as fundições e a moldagem por injeção, o MIM exige a compra de moldes e ferramentas, pelo que, para pequenas quantidades de peças, normalmente afecta o custo.

Matérias-primas

A MIM pode processar uma grande quantidade de material, como ligas de ferro, superligas, ligas de titânio, ligas de cobre, metais refractários, carbonetos cimentados, cerâmicas e compósitos de matriz de partículas metálicas. As ligas não ferrosas de alumínio e de cobre são tecnicamente possíveis, mas são normalmente feitas por outros métodos mais baratos, como a fundição sob pressão ou a maquinagem.

Quais são as aplicações do MIM?

A MIM é utilizada em produtos electrónicos de consumo, peças para automóveis, dispositivos médicos, ferramentas eléctricas, equipamento industrial e produtos de necessidade diária.

Eletrónica de consumo

Os produtos electrónicos de consumo incluem normalmente smartphones, tablets, computadores portáteis, câmaras digitais, vestíveis inteligentes, drones, etc.

Em 2010, a tecnologia de processo MIM foi utilizada no aparecimento da sinalização do telemóvel BlackBerry, o que abriu a aplicação em massa de peças MIM em telemóveis.

A Apple também começou a utilizar peças MIM desde 2010 e tem vindo a expandir e a liderar o âmbito de aplicação da MIM. As peças MIM, tais como peças de interface de alimentação, tabuleiros de cartões, dobradiças, anéis de câmara, botões, etc., têm sido utilizadas com êxito em telemóveis.

À medida que os smartphones e os objectos de vestuário inteligentes se tornam mais leves e mais finos, o material no seu interior torna-se mais refinado e complicado. É por isso que a MIM vai ser um grande negócio.

Peças para automóveis

No domínio do fabrico de peças para automóveis, a tecnologia MIM é um processo de formação de peças metálicas sem corte que pode poupar materiais e reduzir os custos de produção. Por conseguinte, a tecnologia MIM tem recebido grande atenção por parte da indústria automóvel e começou a ser utilizada no mercado de peças automóveis na década de 1990.

Atualmente, a indústria automóvel está a utilizar a tecnologia MIM para fabricar algumas peças bimetálicas de forma complexa e peças micropequenas agrupadas, como peças de turbocompressores, anéis de regulação, peças de injectores de combustível, lâminas, caixas de velocidades, peças de direção assistida, etc.

Dispositivos médicos

No domínio dos dispositivos médicos, os acessórios médicos consumidos pelo processo MIM são de elevada precisão e podem satisfazer os requisitos de dimensões reduzidas, elevada complexidade, elevadas propriedades mecânicas e outros requisitos dos acessórios exigidos pela maioria dos dispositivos médicos finos.

Nos últimos anos, a aplicação da tecnologia MIM tem-se tornado cada vez mais extensa, como cabos cirúrgicos, tesouras, pinças, peças dentárias, peças de articulações ortopédicas, etc.

Ferramentas eléctricas

O processamento de peças de ferramentas eléctricas é muito complicado, o custo de processamento é elevado, a taxa de utilização do material é baixa e a dependência do MIM é elevada. Os produtos típicos incluem fresas de formato especial, ferramentas de corte, fixadores, micro-engrenagens, máquinas de afrouxamento/máquinas têxteis/peças de máquinas de cravar desenvolvidas nos últimos anos, etc.

Conclusão

A moldagem por injeção de metal (MIM) é uma forma sofisticada de fazer coisas. É como uma mistura de metalurgia do pó e plástico moldagem por injeção. Mistura-se pó metálico e outras coisas para fazer uma pasta. Depois, esguicha-se para um molde. Depois disso, elimina-se o resto e aquece-se.

Quando termina, tem uma peça metálica que é realmente boa. As pessoas utilizam a MIM para fazer todo o tipo de coisas. Utilizam-no na medicina, na medicina dentária, no espaço e nos automóveis. Também se pode utilizar a MIM para fazer coisas difíceis de fabricar. É uma boa maneira de fazer coisas.