Metaal spuitgieten
Metaalspuitgieten (MIM) is een metaalbewerkingsproces waarbij fijn gepoederd metaal wordt gemengd met bindmateriaal om een "grondstof" te creëren die vervolgens wordt gevormd en gestold met behulp van spuitgieten . Door het vormproces kunnen complexe delen met een groot volume in één stap worden gevormd. Na het gieten ondergaat het onderdeel conditioneringshandelingen om het bindmiddel te verwijderen (ontbinden) en de poeders te verdichten. Afgewerkte producten zijn kleine componenten die in veel industrieën en toepassingen worden gebruikt.
Het gedrag van MIM-grondstoffen wordt bepaald door reologie , de studie van slib, suspensies en andere niet-Newtoniaanse vloeistoffen.
Vanwege de huidige apparatuurbeperkingen moeten producten worden gegoten met hoeveelheden van 100 gram of minder per "shot" in de mal. Deze opname kan in meerdere holtes worden verdeeld, waardoor MIM kosteneffectief is voor kleine, ingewikkelde producten met een hoog volume, die anders duur zouden zijn om te produceren. MIM-grondstoffen kunnen bestaan uit een overvloed aan metalen, maar de meest voorkomende zijn roestvrij staal, dat veel wordt gebruikt in poedermetallurgie . Na het initiële vormen wordt het toevoerbindmiddel verwijderd en worden de metaaldeeltjes diffusie gebonden en verdicht om de gewenste sterkte-eigenschappen te bereiken. De laatste bewerking krimpt het product typisch met 15% in elke dimensie.
De markt voor metaalspuitgieten is gegroeid van US $ 9 miljoen in 1986 tot US $ 382 miljoen in 2004 tot meer dan US $ 1,5 miljard in 2015. Een verwante technologie is spuitgieten van keramisch poeder met een totale omzet van ongeveer US $ 2 miljard. Het grootste deel van de groei in de afgelopen jaren was in Azië.
Werkwijze
De processtappen omvatten het combineren van metaalpoeders met polymeren zoals was en polypropyleenbindmiddelen om het "voedingsmateriaal" -mengsel te produceren dat als een vloeistof in een vorm wordt geïnjecteerd met behulp van kunststof spuitgietmachines. Het gevormde of "groene deel" wordt gekoeld en uit de vorm uitgeworpen. Vervolgens wordt een deel van het bindmiddelmateriaal verwijderd met behulp van oplosmiddel, thermische ovens, een katalytisch proces of een combinatie van methoden. Het resulterende, fragiele en poreuze deel (40 volumeprocent "lucht") bevindt zich in een toestand die het "bruine" stadium wordt genoemd. Om de verwerking te verbeteren, worden het ontbinden en sinteren vaak gecombineerd in een enkel proces. Sinteren verwarmt het poeder tot temperaturen nabij het smeltpunt in een beschermende atmosfeeroven om de deeltjes te verdichten met behulp van capillaire krachten in een proces dat sinteren wordt genoemd . MIM-delen worden vaak gesinterd bij temperaturen die bijna hoog genoeg zijn om gedeeltelijk smelten te induceren in een proces dat sinteren in vloeibare fase wordt genoemd. Een roestvrij staal kan bijvoorbeeld worden verwarmd tot 1350 tot 1400 graden Celsius). Diffusiesnelheden zijn hoog hetgeen leidt tot hoge krimp en verdichting. Als het in vacuüm wordt uitgevoerd, is het gebruikelijk om een vaste dichtheid van 96-99% te bereiken. Het eindproduct metaal heeft vergelijkbare mechanische en fysische eigenschappen met gegloeide onderdelen gemaakt met behulp van klassieke metaalbewerkingsmethoden. Nabehandelingswarmtebehandelingen voor MIM zijn hetzelfde als bij andere fabricageroutes, en met een hoge dichtheid is de MIM-component compatibel met de metaalconditioneringsbehandelingen zoals plateren , passiveren , gloeien, carbureren, nitreren en precipitatieharden.
De toepassingen
Het venster van economisch voordeel in metalen spuitgietonderdelen ligt in de complexiteit en het volume voor kleine onderdelen. MIM-materialen zijn vergelijkbaar met metaal dat wordt gevormd door concurrerende methoden en eindproducten worden gebruikt in een breed scala van industriële, commerciële, medische, tandheelkundige, vuurwapens, ruimtevaart- en automobieltoepassingen . Maattoleranties van ± 0,3% zijn gebruikelijk en bewerking is vereist voor nauwere toleranties. MIM kan onderdelen produceren waar het moeilijk of zelfs onmogelijk is om een artikel efficiënt te fabriceren via andere fabricagemiddelen. In het ideale geval zijn ten minste 75 dimensionale specificaties in een component van slechts 25 mm maximale grootte en 10 g massa het beste - zoals bijvoorbeeld vereist voor horlogekasten, mobiele telefoonstekkers en scharnieren voor laptopcomputers. Verhoogde kosten voor traditionele productiemethoden die inherent zijn aan de complexiteit van onderdelen, zoals interne / externe schroefdraden, miniaturisatie of identiteitsmarkering, verhogen typisch niet de kosten in een MIM-operatie vanwege de flexibiliteit van spuitgieten.
Andere ontwerpmogelijkheden die kunnen worden geïmplementeerd in de MIM-bewerking zijn productcodes, onderdeelnummers of datumstempels; onderdelen vervaardigd om hun netto gewicht te verminderen afval en kosten; Dichtheid gecontroleerd tot binnen 95-98%; Samenvoeging van onderdelen en complexe 3D- geometrieën.
De mogelijkheid om meerdere bewerkingen in één proces te combineren, zorgt ervoor dat MIM succesvol is in het besparen van doorlooptijden en kosten, wat fabrikanten aanzienlijke voordelen oplevert. Het metaal spuitgietproces kan een groene technologie zijn vanwege de significante vermindering van verspilling in vergelijking met "traditionele" productiemethoden zoals 5-assige CNC-bewerking. Sommige van de oudere activiteiten genereren echter giftige emissies, zoals formaldehyde, verwijderen gechloreerde oplosmiddelen en moeten was of andere polymeren verbranden, wat leidt tot broeikasgasemissies.
Er is een breed scala aan materialen beschikbaar bij gebruik van het MIM-proces. Traditionele metaalbewerkingsprocessen brengen vaak een aanzienlijke hoeveelheid materiaalverspilling met zich mee, waardoor MIM een zeer efficiënte optie is voor de fabricage van complexe componenten bestaande uit dure / speciale legeringen ( kobalt-chroom , 17-4 PH roestvrij staal , titaniumlegeringen en wolfraamcarbiden ). MIM is een uitvoerbare optie wanneer specificaties voor extreem dunne wanden (dwz 100 micrometer) vereist zijn. Bovendien hebben de vereisten van EMI-afscherming ( elektromagnetische interferentie ) unieke uitdagingen opgeleverd, die met succes worden bereikt door het gebruik van speciale legeringen.