Metalno injekcijsko prešanje
Metalno injekcijsko lijevanje (MIM) je postupak obrade metala u kojem se fino prah metala miješa sa vezivnim materijalom kako bi se stvorila „sirovina“ koja se zatim oblikuje i učvršćuje pomoću injekcijskog lijevanja . Proces oblikovanja omogućava oblikovanje složenih dijelova velike zapremine u jednom koraku. Nakon oblikovanja, dio se podvrgava operacijama kondicioniranja radi uklanjanja veziva (odvajanja) i zgušnjavanja pudera. Gotovi proizvodi su male komponente koje se koriste u mnogim industrijama i primjenama.
Ponašanje MIM sirovine upravlja se reologijom , proučavanjem mulja, suspenzija i ostalih ne-newtonskih tečnosti.
Zbog postojećih ograničenja opreme, proizvodi se moraju oblikovati upotrebom količine od 100 grama ili manje po "pucanju" u kalup. Ovaj se snimak može distribuirati u više šupljina, što MIM čini isplativim za male, zamršene proizvode velikog volumena, koje bi u protivnom bilo skupo proizvesti. MIM sirovine mogu biti sastavljene od mnoštva metala, ali najčešći su nehrđajući čelici koji se široko koriste u metalurgiji praha . Nakon početnog oblikovanja, vezivno sredstvo se odstranjuje, a metalne čestice se difuzijskim vezanjem i zgušnjavanjem postižu željena svojstva čvrstoće. Potonji rad obično smanjuje proizvod za 15% u svakoj dimenziji.
Tržište za brizganje metala poraslo je s 9 milijuna USD u 1986., na 382 milijuna USD u 2004. na više od 1,5 milijardi USD u 2015. Srodna tehnologija je brizganje keramičkog praha, što dovodi do ukupne prodaje od oko dvije milijarde USD. Većina rasta posljednjih godina je u Aziji.
Proces
Koraci postupka uključuju kombiniranje metalnih prahova s polimerima kao što su vosak i polipropilenska veziva za dobivanje smjese "sirovine" koja se ubrizgava kao tekućina u kalup koristeći plastične mašine za brizganje. Oblikovani ili "zeleni deo" ohladi se i izbaci iz kalupa. Zatim se dio vezivnog materijala uklanja s rastvaračem, termičkim pećima, katalitičkim postupkom ili kombinacijom metoda. Rezultirajući, lomljiv i porozan (40 zapreminskih procenata "vazduh"), nalazi se u stanju zvanom "smeđa" faza. Da bi se poboljšalo rukovanje, često se združivanje i sinterovanje kombiniraju u jedan proces. Sinteriranje zagrijava prah na temperaturama blizu tališta u zaštitnoj atmosferi peći kako bi se čestice zgusnule pomoću kapilarnih sila u procesu zvanom sinterovanje . MIM dijelovi se često sintraju na temperaturama gotovo dovoljno visokim da se inducira djelomično otapanje u procesu nazvanom sinterovanje u tekućoj fazi. Na primjer, nehrđajući čelik može biti zagrijan na 1350 do 1400 stepeni Celzijusa). Brzine difuzije su visoke što dovodi do visokog skupljanja i zgušnjavanja. Ako se izvodi u vakuumu, uobičajeno je da dostigne 96–99% čvrste gustoće. Metal krajnjeg proizvoda ima uporediva mehanička i fizikalna svojstva sa žarenim dijelovima izrađenim klasičnim metodama obrade metala. Toplinski tretmani za sintermiranje MIM-a isti su kao i za ostale puteve izrade, a MIM komponenta visoke gustoće kompatibilna je s tretmanima za kondicioniranje metala poput oblaganja , pasiviziranja , žarenja, karburizacije, nitriranja i stvrdnjavanja oborina.
Aplikacije
Prozor ekonomske prednosti u metalno oblikovanim dijelovima leži u složenosti i zapremini za manje dijelove. MIM materijali su uporedivi sa metalima stvorenim konkurentskim metodama, a finalni se proizvodi koriste u širokom rasponu industrijske, komercijalne, medicinske, stomatološke, vatrenog oružja, zrakoplovne i automobilske primjene. Dimenzijske tolerancije od ± 0,3% su uobičajene, a za bliže tolerancije potrebna je obrada. MIM može proizvesti dijelove na kojima je teško, ili čak nemoguće, efikasno izraditi predmet drugim proizvodnim sredstvima. U idealnom slučaju, najbolje je imati najmanje 75 dimenzija u komponenti maksimalne veličine od samo 25 mm i mase 10 g - kao što je na primjer potrebno za kućišta satova, utikače za mobilne telefone i šarke prijenosnog računala. Povećani troškovi za tradicionalne proizvodne metode svojstvene složenosti dijela, kao što su unutrašnje / vanjske niti, minijaturizacija ili označavanje identiteta, obično ne povećavaju troškove u MIM operaciji zbog fleksibilnosti injekcijskog lijevanja.
Ostale dizajnerske mogućnosti koje se mogu implementirati u MIM operaciju uključuju kodove proizvoda, brojeve dijelova ili pečate datuma; dijelovi proizvedeni po njihovoj neto težini smanjujući materijalni otpad i troškove; Gustina kontrolirana do 95–98%; Spajanje dijelova i složene 3D geometrije.
Mogućnost kombiniranja nekoliko operacija u jedan proces osigurava uspjeh MIM-a u uštedi vremena, kao i troškova, pružajući značajne koristi proizvođačima. Proces ubrizgavanja metala mogao bi biti zelena tehnologija zbog značajnog smanjenja otpada u odnosu na „tradicionalne“ metode izrade kao što je 5-osna CNC obrada. Međutim, neke starije operacije stvaraju otrovne emisije poput formaldehida, odlažu hlorirana otapala i moraju sagorjeti vosak ili druge polimere, što dovodi do emisije stakleničkih plinova.
Na raspolaganju je širok spektar materijala pri korištenju MIM procesa. Tradicionalni postupci obrade metala često uključuju značajnu količinu materijalnog otpada, što MIM čini visoko efikasnom opcijom za izradu složenih komponenti koje se sastoje od skupih / specijalnih legura ( kobalt-hrom , nehrđajući čelik 17-4 PH , legura titanijuma i karbid volframa ). MIM je održiva opcija kada su potrebne izuzetno tanke specifikacije zidova (tj. 100 mikrometara). Pored toga, zahtjevi za EMI oklopnim zaštitom ( elektromagnetske smetnje ) predstavljali su jedinstvene izazove, koji se uspješno postižu korištenjem specijalnih legura.