Metalno injekcijsko prešanje
Metalno injekcijsko lijevanje (MIM) je postupak obrade metala u kojem se fino prah metala miješa s vezivnim materijalom kako bi se stvorila „sirovina“ koja se zatim oblikuje i učvršćuje pomoću injekcijskog lijevanja . Proces oblikovanja omogućuje oblikovanje složenih dijelova velike količine, u jednom koraku. Nakon oblikovanja, dio se podvrgava kondicioniranju radi uklanjanja veziva (odstranjenja) 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 tekućina.
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 isplativijim za male, zamršene proizvode velikog volumena, koje bi inače bilo skupo proizvesti. MIM sirovine mogu se sastojati od mnoštva metala, ali najčešći su nehrđajući čelici koji se široko koriste u metalurgiji praha . Nakon početnog oblikovanja, vezivno sredstvo se uklanja, a metalne čestice su difuzijskim i zgusnutim da se postignu željena svojstva čvrstoće. Potonji postupak 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 2 milijarde USD. Većina rasta posljednjih godina ostvarena je u Aziji.
Postupak
Koraci postupka uključuju kombiniranje metalnih prahova s polimerima kao što su vosak i polipropilenska veziva radi dobivanja smjese "sirovine" koja se ubrizgava kao tekućina u kalup koristeći plastične strojeve za brizganje. Oblikovani ili "zeleni dio" hladi se i izbacuje iz kalupa. Zatim se dio vezivnog materijala uklanja s otapalom, termalnim pećima, katalitičkim postupkom ili kombinacijom postupaka. Rezultirajući, krhki i porozni (40 volumnih posto „zračni“) dio je u stanju koji se naziva „smeđi“ stadij. 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 zgusnule čestice koristeći kapilarne sile u procesu koji se naziva sinteriranje . MIM dijelovi se često sinteriraju na temperaturama gotovo dovoljno visokim da se inducira djelomično otapanje u procesu nazvanom sinteriranje u tekućoj fazi. Na primjer, nehrđajući čelik može se zagrijati na 1350 do 1400 Celzijevih stupnjeva). Brzine difuzije su visoke što dovodi do visokog skupljanja i zgušnjavanja. Ako se izvodi u vakuumu, uobičajeno je da dosegne 96–99% čvrste gustoće. Metal završnog proizvoda ima usporediva mehanička i fizikalna svojstva sa žarenim dijelovima izrađenim klasičnim metodama obrade metala. Toplinski tretmani za MIM nakon sinteriranja isti su kao i za druge načine izrade, a s visokom gustoćom komponenta MIM kompatibilna je s tretmanima za kondicioniranje metala poput oblaganja , pasiviziranja , žarenja, karburiziranja, nitriranja i stvrdnjavanja oborinom.
Aplikacije
Prozor ekonomske prednosti u metalno lijevanim dijelovima leži u složenosti i volumenu za manje dijelove. MIM materijali su usporedivi s metalima stvorenim natjecateljskim metodama, a finalni se proizvodi koriste u širokom rasponu industrijskih, komercijalnih, medicinskih, stomatoloških, vatrenog oružja, zrakoplovne i automobilske primjene. Dimenzijska odstupanja od ± 0,3% su uobičajena, a za bliže odstupanja potrebna je strojna obrada. MIM može proizvesti dijelove na kojima je teško, ili čak nemoguće, učinkovito 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, mobilne utičnice i šarke prijenosnog računala. Povećani troškovi za tradicionalne metode proizvodnje svojstvene složenosti dijela, poput unutarnjih / vanjskih navoja, minijaturizacije ili označavanja 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; Gustoća kontrolirana do 95–98%; Spajanje dijelova i složenih 3D geometrija.
Mogućnost kombiniranja nekoliko operacija u jedan proces osigurava uspjeh MIM-a u uštedi vremena, kao i troškova, pružajući značajne koristi proizvođačima. Postupak injekcijskog lijevanja metala mogao bi biti zelena tehnologija zbog značajnog smanjenja otpada u usporedbi s "tradicionalnim" proizvodnim metodama kao što je 5-osna CNC obrada. Međutim, neke starije operacije stvaraju otrovne emisije poput formaldehida, odlažu klorirana otapala i moraju sagorjeti vosak ili druge polimere, što dovodi do emisije stakleničkih plinova.
Na raspolaganju je širok spektar materijala kada se koristi MIM proces. Tradicionalni postupci obrade metala često uključuju značajnu količinu materijalnog otpada, što MIM čini visoko učinkovitom opcijom za izradu složenih komponenti koje se sastoje od skupih / specijalnih legura ( kobalt-krom , nehrđajući čelik 17-4 PH , legure titana i karbid volfram ). MIM je održiva opcija kada se traže izuzetno tanke specifikacije zidova (tj. 100 mikrometara). Dodatno, zahtjevi za EMI oklopno zaštitanje ( elektromagnetske smetnje ) donijeli su jedinstvene izazove, koji se uspješno postižu korištenjem specijalnih legura.