Muchos fabricantes necesitan piezas metálicas pequeñas y complejas. El mecanizado tradicional suele generar costes elevados y residuos de material. La pulvimetalurgia tiene limitaciones en cuanto a resistencia y detalle. El moldeo por inyección de metales resuelve estos problemas. Combina los detalles del moldeo por inyección de plástico con la resistencia del metal. El MIM puede producir piezas resistentes y detalladas a un coste menor.
MIM suena como una mezcla de procesos de plástico y metal. Y así es. Veamos cómo funciona y dónde se utiliza.
¿Qué es el moldeo por inyección de metales?
El moldeo por inyección de metal (MIM) es un método de fabricación que utiliza polvo metálico y un aglutinante plástico. En primer lugar, el polvo metálico se mezcla con el aglutinante para formar una materia prima. Esta mezcla se inyecta en un molde, de forma muy similar a como se fabrican las piezas de plástico.
Tras el moldeo, se retira el aglutinante en un paso denominado desbobinado. A continuación, la pieza se calienta en un horno durante el proceso de sinterización. Este paso une las partículas metálicas, dando lugar a una pieza final densa y resistente. El resultado es una pieza metálica de gran precisión y buen acabado superficial.
El MIM es excelente para fabricar piezas pequeñas y complejas en grandes cantidades. También reduce el desperdicio de material y el trabajo posterior al proceso.
Materiales utilizados en el moldeo por inyección de metales
Seleccionar los materiales adecuados es crucial para el MIM. El proceso necesita polvos metálicos finos y aglutinantes que puedan formarse, fluir y luego quemarse limpiamente. Cada parte de la mezcla desempeña un papel diferente.
Tipos de polvo metálico
El MIM utiliza polvos metálicos excelentes. Estos polvos suelen tener un tamaño inferior a 20 micras. Las partículas más pequeñas ayudan a que la mezcla llene el molde con mayor eficacia y sinterice en una pieza más densa.
Los metales más utilizados en el MIM son
- Acero inoxidableResistencia a la corrosión y solidez
- Acero de baja aleación: para piezas estructurales
- Titanio: por su ligereza y resistencia
- Cobre: para una buena conductividad eléctrica
- Aleaciones de wolframio y carburoresistencia al desgaste y dureza
Materiales aglutinantes y su función
El aglutinante mantiene unido el polvo metálico durante el moldeo. Proporciona una materia prima con una fluidez similar a la del plástico, lo que le permite rellenar el molde igual que la resina plástica.
Las carpetas suelen estar hechas de:
- Ceras
- Polímeros
- Aditivos para mejorar la mezcla o el moldeo
Una vez moldeada la pieza, hay que retirar el aglutinante. Este paso se denomina eliminación del aglutinante. El aglutinante debe quemarse limpiamente y no dejar residuos que puedan afectar a la sinterización.
Selección del material en función de la aplicación
El metal y el aglutinante que elija dependerán de la función de la pieza. Por ejemplo:
- Utilice acero inoxidable para herramientas médicas o piezas de relojería.
- Utilice titanio para piezas aeroespaciales o quirúrgicas.
- Utilice acero de baja aleación para piezas mecánicas resistentes.
El proceso de moldeo por inyección de metales
El MIM consta de cuatro pasos principales. Cada una de ellas desempeña un papel crucial en la conformación del metal y la transformación del polvo en una pieza acabada. El proceso es repetible y adecuado para formas complejas.
Preparación de la materia prima
En primer lugar, el polvo metálico se mezcla con un aglutinante. Esta mezcla se denomina materia prima. El aglutinante ayuda a que el polvo metálico fluya durante el proceso de moldeo.
La mezcla debe ser uniforme. Si el polvo y el aglutinante no están bien mezclados, puede causar defectos más adelante. Una vez lista, la materia prima se convierte en gránulos, similares a la resina plástica.
Fase de moldeo por inyección
Los gránulos se calientan y se inyectan a presión en un molde. Este paso funciona como el moldeo por inyección de plástico. El molde define la forma y las características de la superficie de la pieza.
El resultado es una "pieza verde". Tiene la forma de la pieza final, pero sigue unida por el aglutinante. La pieza verde es frágil. Debe manipularse con cuidado antes de los siguientes pasos.
Explicación del proceso de descortezado
A continuación, se retira el aglutinante. A este paso se le llama desencolado. Hay varias formas de hacerlo:
- Desencolado con disolventeutiliza un líquido para disolver parte del aglutinante
- Desencolado térmico: calienta la pieza lentamente para eliminar el resto
Después de esto, se obtiene una "pieza marrón". Aún conserva su forma metálica, pero carece de aglutinante. En esta fase es muy porosa y débil.
Sinterización y densificación
La parte marrón se introduce en un horno. Se calienta cerca del punto de fusión del metal, pero no se funde. Esto es la sinterización. Durante la sinterización, las partículas de metal se unen. La pieza se encoge y se vuelve densa.
Tras la sinterización, la pieza adquiere su forma, resistencia y tamaño definitivos. La contracción suele rondar los 15-20%, por lo que debe tenerse en cuenta en el diseño.
Consideraciones sobre el diseño del MIM
Para obtener los mejores resultados con el MIM, la pieza debe diseñarse teniendo en cuenta el proceso. Algunas características son fáciles de realizar. Otras requieren una atención especial para evitar defectos o costes añadidos.
Tolerancias y espesor de pared
Las piezas MIM pueden tener tolerancias muy ajustadas. Las tolerancias típicas son de ±0,3% del tamaño de la pieza. En muchos casos, no es necesario un mecanizado secundario.
El grosor de las paredes debe ser uniforme. Las paredes finas de menos de 0,5 mm son posibles, pero pueden provocar alabeos. Las paredes gruesas pueden ralentizar los procesos de desaglomerado y sinterización. Un buen rango es de 0,5 mm a 4 mm.
Deben evitarse los cambios bruscos en el grosor de las paredes. Las transiciones graduales reducen la tensión y la distorsión.
Recortes, roscas y geometrías complejas
El MIM brilla en la fabricación de formas complejas. Los rebajes, agujeros y detalles finos son más fáciles aquí que con el mecanizado o fundición.
Características como:
- Roscas interiores
- Orificios laterales
- Dientes de engranaje
- Logotipos o texturas
Pueden moldearse directamente en la pieza. Sin embargo, algunas pueden requerir utillaje especializado, como guías o núcleos.
Los diseñadores deben evitar las esquinas afiladas y agujeros ciegos. Éstas pueden atrapar el aglutinante o provocar tensiones durante el proceso de sinterización.
Consolidación de volúmenes y piezas
El MIM es mejor para la producción de grandes volúmenes. El coste de las herramientas es elevado, pero el de las piezas disminuye con el volumen. Las buenas aplicaciones empiezan con miles de piezas al año.
El MIM también permite consolidar piezas. En lugar de mecanizar y unir varias piezas, el MIM puede moldearlas en una sola. Esto reduce el coste, el peso y los pasos de montaje.
Ventajas del moldeo por inyección de metales
El MIM ofrece varias ventajas significativas, sobre todo a la hora de producir piezas metálicas pequeñas y complejas en grandes cantidades. Llena el vacío existente entre el mecanizado y la pulvimetalurgia tradicional.
Alta precisión para piezas complejas
El MIM puede crear piezas con tolerancias muy ajustadas y detalles muy finos. Permite crear formas complejas o caras de mecanizar. Pueden moldearse directamente elementos como pequeños orificios, bordes afilados y superficies texturizadas.
Rentabilidad de la producción en serie
Una vez fabricado el molde, el MIM es muy rentable para grandes tiradas. Las piezas salen del molde casi terminadas. Se ahorra tiempo y mano de obra. El coste por pieza disminuye a medida que aumenta el volumen.
Residuos mínimos y alto aprovechamiento del material
El MIM utiliza casi todo el polvo metálico en la pieza final. El desecho es mínimo. Esto supone una ventaja significativa frente al mecanizado CNC, que implica cortar grandes cantidades de metal.
Propiedades mecánicas mejoradas
Las piezas MIM son firmes y densas. Pueden alcanzar más de 95% de densidad de material forjado. Esto les confiere una excelente resistencia, dureza y resistencia al desgaste.
Limitaciones y desafíos
Aunque el MIM presenta numerosas ventajas, también tiene sus limitaciones. Conviene conocerlas en una fase temprana del proyecto para evitar sorpresas durante la producción.
Elevados costes iniciales de utillaje
El MIM requiere moldes a medida. El diseño y la fabricación de estos moldes son costosos. Si su volumen de producción es bajo, puede que el coste de las herramientas no merezca la pena.
Contracción y deformación del material
Las piezas MIM se encogen durante la sinterización. La contracción es de unos 15-20%. Si no se gestiona bien, puede provocar distorsiones o tamaños desiguales de las piezas.
El más adecuado para piezas pequeñas y medianas
El MIM es ideal para piezas pequeñas, normalmente de menos de 100 gramos. Las piezas más grandes son más difíciles de procesar uniformemente. El desbobinado y la sinterización requieren más tiempo y conllevan un mayor riesgo.
Aplicaciones del moldeo por inyección de metales
El MIM se utiliza en muchos sectores. Ayuda a fabricar piezas pequeñas de alta resistencia en las que la precisión y el volumen son cruciales. Estas piezas suelen pasar desapercibidas, pero desempeñan un papel fundamental en sistemas críticos.
Productos sanitarios y herramientas quirúrgicas
El MIM se utiliza a menudo en herramientas quirúrgicas, brackets dentales y dispositivos ortopédicos. Estas piezas deben ser pequeñas, fuertes y resistentes a la corrosión. El MIM ofrece la precisión y limpieza necesarias para el uso médico.
Componentes aeroespaciales y de defensa
Las piezas aeroespaciales y de defensa deben ser ligeras, duraderas y precisas. Se utiliza en sujetadoresde los sensores, los sistemas de cierre y los soportes. Estas piezas se benefician de la resistencia y el detalle que ofrece el MIM.
Electrónica de consumo y dispositivos móviles
El MIM es habitual en teléfonos móviles, wearables y ordenadores portátiles. Piezas como bisagras, módulos de cámara y conectores suelen fabricarse con MIM. Permite obtener perfiles delgados, superficies lisas y diseños detallados que se adaptan a los diseños ajustados de los dispositivos.
Piezas de motor y transmisión
En los vehículos, el MIM se utiliza para engranajes, componentes de turbocompresores, palancas y mecanismos de bloqueo. Estas piezas deben soportar calor, presión y desgaste.
Conclusión
El moldeo por inyección de metales es un método que combina el moldeo por inyección de plásticos y el procesamiento de metales. Utiliza polvo fino de metal mezclado con un aglutinante para moldear formas complejas. El MIM es ideal para producir piezas metálicas pequeñas y complejas en grandes volúmenes. Ofrece precisión, resistencia y ahorro de costes.
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Hola, soy Kevin Lee
Durante los últimos 10 años, he estado inmerso en diversas formas de fabricación de chapa metálica, compartiendo aquí ideas interesantes de mis experiencias en diversos talleres.
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Kevin Lee
Tengo más de diez años de experiencia profesional en la fabricación de chapas metálicas, especializada en corte por láser, plegado, soldadura y técnicas de tratamiento de superficies. Como Director Técnico de Shengen, me comprometo a resolver complejos retos de fabricación y a impulsar la innovación y la calidad en cada proyecto.
