많은 제조업체는 작고 복잡한 금속 부품을 필요로 합니다. 전통적인 기계 가공은 종종 높은 비용이 발생하고 재료 낭비를 초래합니다. 분말 야금은 강도와 디테일 측면에서 한계가 있습니다. 금속 사출 성형은 이러한 문제를 해결합니다. 금속 사출 성형은 플라스틱 사출 성형의 디테일과 금속의 강도를 결합한 기술입니다. MIM은 더 낮은 비용으로 강력하고 디테일한 부품을 생산할 수 있습니다.
MIM은 플라스틱과 금속 공정이 혼합된 것처럼 들립니다. 그렇기 때문입니다. 이제 어떻게 작동하고 어디에 사용되는지 자세히 살펴보겠습니다.
금속 사출 성형이란?
금속 사출 성형(MIM)은 금속 분말과 플라스틱 바인더를 사용하는 제조 방법입니다. 먼저 금속 분말이 바인더와 혼합되어 공급 원료를 형성합니다. 이 혼합물은 플라스틱 부품을 제조하는 방식과 마찬가지로 금형에 주입됩니다.
성형 후 디바인딩이라는 단계를 통해 바인더를 제거합니다. 그런 다음 소결 공정 중에 용광로에서 부품을 가열합니다. 이 단계에서는 금속 입자를 결합하여 조밀하고 견고한 최종 부품을 만듭니다. 그 결과 높은 정확도와 우수한 표면 마감을 갖춘 금속 부품이 탄생합니다.
MIM은 작고 복잡한 부품을 대량으로 제작하는 데 탁월합니다. 또한 재료 낭비와 후처리 작업도 줄여줍니다.
금속 사출 성형에 사용되는 재료
MIM에는 올바른 재료를 선택하는 것이 중요합니다. 이 공정에는 미세한 금속 분말과 바인더가 형성되고 흐르다가 깨끗하게 연소될 수 있어야 합니다. 혼합물의 각 부분은 서로 다른 역할을 합니다.
금속 분말의 종류
MIM은 우수한 금속 분말을 사용합니다. 이러한 분말은 일반적으로 크기가 20미크론 미만입니다. 입자가 작을수록 혼합물이 금형을 더 효과적으로 채우고 밀도가 높은 부품으로 소결하는 데 도움이 됩니다.
MIM에 사용되는 일반적인 금속은 다음과 같습니다:
- 스테인레스 스틸내식성 및 강도
- 저합금강구조 부품용
- 티탄경량 및 고강도용
- 구리우수한 전기 전도성
- 텅스텐 및 카바이드 합금내마모성 및 경도
바인더 재료와 그 역할
바인더는 성형 중에 금속 분말을 함께 고정합니다. 플라스틱과 같은 흐름을 가진 공급 원료를 제공하여 플라스틱 수지처럼 금형을 채울 수 있도록 합니다.
바인더는 일반적으로 다음으로 만들어집니다:
- 왁스
- 폴리머
- 혼합 또는 성형 개선을 위한 첨가제
부품을 성형한 후에는 바인더를 제거해야 합니다. 이 단계를 디바인딩이라고 합니다. 바인더는 깨끗하게 연소되어야 하며 소결에 영향을 줄 수 있는 잔여물이 남지 않아야 합니다.
애플리케이션에 따른 재료 선택
부품의 용도에 따라 선택하는 금속과 바인더가 달라집니다. 예를 들어
- 의료용 도구나 시계 부품에는 스테인리스 스틸을 사용하세요.
- 항공우주 또는 수술용 부품에는 티타늄을 사용하세요.
- 튼튼한 기계 부품에는 저합금강을 사용합니다.
금속 사출 성형 공정
MIM에는 네 가지 주요 단계가 있습니다. 각 단계는 금속을 성형하고 파우더를 완성된 부품으로 변형하는 데 중요한 역할을 합니다. 이 프로세스는 반복 가능하며 복잡한 모양에 적합합니다.
공급 원료 준비
먼저 금속 분말을 바인더와 혼합합니다. 이 혼합물을 공급 원료라고 합니다. 바인더는 성형 과정에서 금속 분말의 흐름을 돕습니다.
혼합은 균일해야 합니다. 분말과 바인더가 잘 섞이지 않으면 나중에 결함이 발생할 수 있습니다. 준비가 완료되면 공급 원료는 플라스틱 수지와 유사한 펠릿으로 변환됩니다.
사출 성형 단계
펠릿을 가열하고 압력을 가하여 금형에 주입합니다. 이 단계는 플라스틱 사출 성형처럼 작동합니다. 금형은 부품의 모양과 표면 특징을 정의합니다.
결과는 "녹색 부분"입니다. 최종 작품의 모양을 갖지만 여전히 바인더에 의해 함께 고정되어 있습니다. 녹색 부분은 깨지기 쉽습니다. 다음 단계로 넘어가기 전에 조심스럽게 다루어야 합니다.
디바인딩 프로세스 설명
다음으로 바인더를 제거합니다. 이 단계를 디바인딩이라고 합니다. 몇 가지 방법이 있습니다:
- 솔벤트 디바인딩액체를 사용하여 바인더의 일부를 용해시킵니다.
- 열 디바인딩: 부품을 천천히 가열하여 나머지를 제거합니다.
그 후에는 "갈색 부분"이 생깁니다. 여전히 금속 모양을 유지하지만 바인더가 부족합니다. 이 단계에서는 매우 다공성이고 약합니다.
소결 및 치밀화
갈색 부분은 용광로에 들어갑니다. 금속의 녹는점에 가깝게 가열되지만 녹지는 않습니다. 이것이 소결입니다. 소결하는 동안 금속 입자는 서로 결합합니다. 부품이 줄어들고 밀도가 높아집니다.
소결 후 부품은 최종 모양, 강도 및 크기를 갖게 됩니다. 수축은 일반적으로 약 15-20%이므로 설계에 이를 고려해야 합니다.
MIM을 위한 설계 고려 사항
MIM으로 최상의 결과를 얻으려면 프로세스를 염두에 두고 부품을 설계해야 합니다. 일부 기능은 쉽게 만들 수 있습니다. 다른 기능들은 결함이나 추가 비용 발생을 방지하기 위해 추가적인 고려가 필요합니다.
공차 및 벽 두께
MIM 부품은 엄격한 공차를 유지할 수 있습니다. 일반적인 공차는 부품 크기의 ±0.3%입니다. 대부분의 경우 2차 가공이 필요하지 않습니다.
벽 두께는 균일해야 합니다. 0.5mm 미만의 얇은 벽도 가능하지만 뒤틀림이 발생할 수 있습니다. 벽이 두꺼우면 디바인딩 및 소결 공정이 느려질 수 있습니다. 적절한 범위는 0.5mm에서 4mm입니다.
벽 두께의 갑작스러운 변화는 피해야 합니다. 점진적으로 전환하면 스트레스와 왜곡이 줄어듭니다.
언더컷, 스레드 및 복잡한 도형
MIM은 복잡한 모양을 만들 때 빛을 발합니다. 언더컷, 구멍, 미세한 디테일을 더 쉽게 만들 수 있습니다. 가공 또는 주조.
다음과 같은 기능:
- 내부 스레드
- 측면 구멍
- 기어 톱니
- 로고 또는 텍스처
이러한 부품은 부품에 직접 성형할 수 있습니다. 그러나 일부는 슬라이드나 코어와 같은 특수한 툴링이 필요할 수 있습니다.
디자이너는 날카로운 모서리와 깊은 막힌 구멍. 이는 소결 과정에서 바인더를 가두거나 응력을 유발할 수 있습니다.
볼륨 및 파트 통합
MIM은 대량 생산에 가장 적합합니다. 툴링 비용은 높지만 대량 생산에 따라 부품 비용이 떨어집니다. 좋은 애플리케이션은 연간 수천 개부터 시작됩니다.
MIM은 또한 부품 통합을 가능하게 합니다. MIM은 여러 부품을 가공하고 결합하는 대신 하나의 부품으로 성형할 수 있습니다. 따라서 비용, 무게, 조립 단계를 줄일 수 있습니다.
금속 사출 성형의 장점
MIM은 특히 작고 복잡한 금속 부품을 대량으로 생산할 때 몇 가지 중요한 이점을 제공합니다. 기계 가공과 기존 분말 야금 사이의 간극을 메워줍니다.
복잡한 부품을 위한 높은 정밀도
MIM은 매우 엄격한 공차와 미세한 디테일이 있는 부품을 제작할 수 있습니다. 복잡하거나 기계 가공 비용이 많이 드는 형상을 처리합니다. 작은 구멍, 날카로운 모서리, 질감이 있는 표면과 같은 특징을 직접 성형할 수 있습니다.
대량 생산을 위한 비용 효율성
일단 금형이 만들어지면 MIM은 대량 생산에 매우 비용 효율적입니다. 부품이 거의 완성된 상태로 금형에서 나옵니다. 시간과 노동력을 절약할 수 있습니다. 생산량이 증가함에 따라 부품당 비용도 감소합니다.
낭비 최소화 및 높은 재료 활용도
MIM은 최종 부품에 거의 모든 금속 분말을 사용합니다. 아주 작은 조각이 남습니다. 이는 대량의 금속을 깎아내는 CNC 가공에 비해 상당한 장점입니다.
향상된 기계적 특성
MIM 부품은 견고하고 밀도가 높습니다. 가공 재료 밀도가 95% 이상에 달할 수 있습니다. 따라서 강도, 경도 및 내마모성이 뛰어납니다.
한계와 과제
MIM에는 많은 장점이 있지만 한계도 있습니다. 이러한 한계는 프로젝트 초기에 이해하여 프로덕션 중에 예상치 못한 상황을 피해야 합니다.
높은 초기 툴링 비용
MIM에는 맞춤형 몰드가 필요합니다. 이러한 금형은 설계 및 제작 비용이 많이 듭니다. 생산량이 적다면 툴링 비용을 감당할 수 없을 수도 있습니다.
머티리얼 수축 및 왜곡
MIM 부품은 소결 중에 수축합니다. 수축은 약 15-20%입니다. 잘 관리하지 않으면 부품이 왜곡되거나 크기가 고르지 않을 수 있습니다.
중소형 부품에 가장 적합
MIM은 보통 100g 미만의 소형 부품에 이상적입니다. 더 큰 부품은 균일하게 처리하기가 더 어렵습니다. 디바인딩과 소결은 시간이 더 많이 걸리고 위험도 더 높습니다.
금속 사출 성형의 응용 분야
MIM은 다양한 산업 분야에서 사용됩니다. 정밀도와 부피가 중요한 소형 고강도 부품을 생산하는 데 도움이 됩니다. 이러한 부품은 종종 눈에 띄지 않지만 중요한 시스템에서 핵심적인 역할을 합니다.
의료 기기 및 수술 도구
MIM은 수술 도구, 치과용 브라켓, 정형외과용 장치에 자주 사용됩니다. 이러한 부품은 작고 튼튼하며 부식에 강해야 합니다. MIM은 의료용에 필요한 정확성과 청결성을 제공합니다.
항공우주 및 방위 부품
항공우주 및 방위 부품은 가볍고 내구성이 뛰어나며 정밀해야 합니다. 다음 분야에서 사용됩니다. 패스너센서 하우징, 잠금 시스템 및 브래킷. 이러한 부품은 MIM이 제공하는 강점과 디테일의 이점을 누릴 수 있습니다.
소비자 가전 및 모바일 디바이스
MIM은 휴대폰, 웨어러블, 노트북에서 흔히 볼 수 있습니다. 힌지, 카메라 모듈, 커넥터와 같은 부품은 종종 MIM을 사용하여 제작됩니다. 슬림한 프로파일, 매끄러운 표면, 좁은 디바이스 레이아웃에 맞는 섬세한 디자인을 구현할 수 있습니다.
자동차 엔진 및 변속기 부품
차량에서 MIM은 기어, 터보차저 부품, 레버, 잠금 장치 등에 사용됩니다. 이러한 부품은 열, 압력, 마모를 견뎌야 합니다.
결론
금속 사출 성형은 플라스틱 사출 성형과 금속 가공을 결합한 방식입니다. 미세한 금속 분말과 바인더를 혼합하여 복잡한 모양을 성형합니다. MIM은 작고 복잡한 금속 부품을 대량으로 생산하는 데 이상적입니다. 정밀도, 강도 및 비용 절감 효과를 제공합니다.
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지난 10년 동안 저는 다양한 형태의 판금 제작에 몰두해 왔으며 다양한 워크숍에서 얻은 경험에서 얻은 멋진 통찰력을 이곳에서 공유했습니다.
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케빈 리
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