Veel fabrikanten hebben kleine, complexe metalen onderdelen nodig. Traditionele bewerking brengt vaak hoge kosten met zich mee en resulteert in materiaalverspilling. Poedermetallurgie heeft beperkingen op het gebied van sterkte en detaillering. Metaalspuitgieten lost deze problemen op. Het combineert de details van kunststof spuitgieten met de sterkte van metaal. MIM kan sterke, gedetailleerde onderdelen maken tegen lagere kosten.
MIM klinkt als een mix van kunststof- en metaalprocessen. Dat is ook zo. Laten we nu eens kijken hoe het werkt en waar het wordt gebruikt.
Wat is metaalspuitgieten?
Metal Injection Molding (MIM) is een productiemethode waarbij metaalpoeder en een kunststof bindmiddel worden gebruikt. Eerst wordt het metaalpoeder gemengd met het bindmiddel om een grondstof te vormen. Dit mengsel wordt in een mal geïnjecteerd, net zoals plastic onderdelen worden gemaakt.
Na het gieten wordt het bindmiddel verwijderd in een stap die ontbinding wordt genoemd. Daarna wordt het onderdeel verhit in een oven tijdens het sinterproces. Deze stap verbindt de metaaldeeltjes, waardoor een dicht en sterk eindproduct ontstaat. Het resultaat is een metalen onderdeel met een hoge nauwkeurigheid en een goede oppervlakteafwerking.
MIM is uitstekend geschikt om kleine en complexe onderdelen in grote hoeveelheden te maken. Het vermindert ook materiaalverspilling en nabewerking.
Materialen gebruikt bij metaalspuitgieten
Het selecteren van de juiste materialen is cruciaal voor MIM. Het proces heeft fijne metaalpoeders en bindmiddelen nodig die kunnen vormen, vloeien en dan netjes wegbranden. Elk onderdeel van de mix speelt een andere rol.
Soorten metaalpoeders
MIM maakt gebruik van uitstekende metaalpoeders. Deze poeders zijn meestal kleiner dan 20 micron. Kleinere deeltjes helpen het mengsel om de mal beter te vullen en te sinteren tot een dichter onderdeel.
Veel gebruikte metalen in MIM zijn onder andere:
- Roestvrij staal: voor corrosiebestendigheid en sterkte
- Laag gelegeerd staal: voor structurele onderdelen
- Titanium: voor lichtgewicht en hoge sterkte
- Koper: voor goede elektrische geleiding
- Wolfraam en hardmetaallegeringen: voor slijtvastheid en hardheid
Bindmiddelen en hun rol
Het bindmiddel houdt het metaalpoeder bij elkaar tijdens het gieten. Het zorgt voor een grondstof met een plastic-achtige vloei, waardoor het de mal kan vullen net als plastic hars.
Ordners zijn meestal gemaakt van:
- Wassen
- Polymeren
- Additieven om het mengen of vormen te verbeteren
Nadat het onderdeel gevormd is, moet het bindmiddel verwijderd worden. Deze stap wordt debinding genoemd. Het bindmiddel moet schoon worden afgebrand en mag geen resten achterlaten die het sinteren kunnen beïnvloeden.
Materiaalkeuze op basis van toepassing
Het metaal en het bindmiddel dat je kiest, hangen af van wat het onderdeel moet doen. Bijvoorbeeld:
- Gebruik roestvrij staal voor medisch gereedschap of horlogeonderdelen.
- Gebruik titanium voor onderdelen voor de ruimtevaart of chirurgie.
- Gebruik laaggelegeerd staal voor sterke mechanische onderdelen.
Het proces van metaalspuitgieten
MIM bestaat uit vier hoofdstappen. Elke stap speelt een cruciale rol bij het vormen van het metaal en het omzetten van het poeder in een afgewerkt onderdeel. Het proces is herhaalbaar en geschikt voor complexe vormen.
Grondstofvoorbereiding
Eerst wordt metaalpoeder gemengd met een bindmiddel. Dit mengsel wordt grondstof genoemd. Het bindmiddel helpt het metaalpoeder stromen tijdens het vormproces.
Het mengsel moet uniform zijn. Als het poeder en het bindmiddel niet goed gemengd zijn, kan dit later defecten veroorzaken. Eenmaal klaar wordt de grondstof omgezet in pellets, vergelijkbaar met plastic hars.
Spuitgietfase
De korrels worden verwarmd en onder druk in een mal geïnjecteerd. Deze stap werkt zoals kunststof spuitgieten. De mal bepaalt de vorm en de oppervlakte-eigenschappen van het onderdeel.
Het resultaat is een "groen stuk". Het heeft de vorm van het uiteindelijke stuk, maar wordt nog bij elkaar gehouden door de binder. Het groene deel is breekbaar. Het moet voorzichtig behandeld worden voor de volgende stappen.
Ontbindingsproces uitgelegd
Vervolgens wordt het bindmiddel verwijderd. Deze stap wordt debinding genoemd. Er zijn een paar manieren om dit te doen:
- Ontbinding met oplosmiddelen: gebruikt een vloeistof om een deel van het bindmiddel op te lossen
- Thermisch ontbinden: verwarmt het onderdeel langzaam om de rest te verwijderen
Hierna krijg je een "bruin deel". Het heeft nog steeds zijn metalen vorm, maar mist een bindmiddel. Het is in dit stadium erg poreus en zwak.
Sinteren en verdichten
Het bruine deel gaat in een oven. Het wordt verhit tot dicht bij het smeltpunt van het metaal, maar smelt niet. Dit is sinteren. Tijdens het sinteren binden de metaaldeeltjes zich aan elkaar. Het onderdeel krimpt en wordt dicht.
Na het sinteren heeft het onderdeel zijn uiteindelijke vorm, sterkte en grootte. De krimp ligt meestal rond de 15-20%, dus daar moet rekening mee worden gehouden in het ontwerp.
Ontwerpoverwegingen voor MIM
Voor de beste resultaten met MIM moet het onderdeel ontworpen worden met het proces in gedachten. Sommige eigenschappen zijn eenvoudig te maken. Andere vereisen extra aandacht om defecten of extra kosten te voorkomen.
Toleranties en wanddikte
MIM-onderdelen kunnen nauwe toleranties hebben. Typische toleranties zijn ±0,3% van de onderdeelgrootte. In veel gevallen is nabewerken niet nodig.
De wanddikte moet gelijkmatig zijn. Dunne wanden van minder dan 0,5 mm zijn mogelijk, maar kunnen kromtrekken veroorzaken. Dikke wanden kunnen het debinding- en sinterproces vertragen. Een goed bereik is 0,5 mm tot 4 mm.
Plotselinge veranderingen in wanddikte moeten worden vermeden. Geleidelijke overgangen verminderen spanning en vervorming.
Ondersnijdingen, draden en complexe geometrieën
MIM blinkt uit in het maken van complexe vormen. Ondersnijdingen, gaten en fijne details zijn hier gemakkelijker dan met bewerking of gieten.
Functies zoals:
- Binnendraden
- Zijgaten
- Tandwielen
- Logo's of texturen
Deze kunnen rechtstreeks in het onderdeel worden gegoten. Voor sommige onderdelen zijn echter speciale gereedschappen nodig, zoals geleiders of kernen.
Ontwerpers moeten scherpe hoeken en diepe blinde gaten. Deze kunnen het bindmiddel insluiten of spanning veroorzaken tijdens het sinterproces.
Volume en deelconsolidatie
MIM is het meest geschikt voor massaproductie. De gereedschapskosten zijn hoog, maar de onderdeelkosten dalen naarmate het volume toeneemt. Goede toepassingen beginnen bij duizenden stuks per jaar.
MIM maakt ook consolidatie van onderdelen mogelijk. In plaats van verschillende onderdelen te bewerken en samen te voegen, kan MIM ze tot een enkel stuk gieten. Dit verlaagt de kosten, het gewicht en de assemblagestappen.
Voordelen van metaalspuitgieten
MIM biedt verschillende belangrijke voordelen, vooral bij de productie van kleine, ingewikkelde metalen onderdelen in grote hoeveelheden. Het vult de kloof tussen machinale bewerking en traditionele poedermetallurgie.
Hoge precisie voor complexe onderdelen
MIM kan onderdelen maken met zeer nauwe toleranties en fijne details. Het kan complexe of dure vormen aan. Eigenschappen zoals kleine gaten, scherpe randen en oppervlakken met structuur kunnen direct worden gegoten.
Kostenefficiëntie voor massaproductie
Als de mal eenmaal is gemaakt, is MIM zeer kosteneffectief voor grote series. Onderdelen komen bijna afgewerkt uit de mal. U bespaart tijd en arbeid. De kosten per onderdeel dalen naarmate het volume toeneemt.
Minimaal afval en hoog materiaalgebruik
MIM gebruikt bijna al het metaalpoeder in het uiteindelijke onderdeel. Er is maar weinig afval. Dit is een belangrijk voordeel ten opzichte van CNC-bewerking, waarbij grote hoeveelheden metaal worden weggesneden.
Verbeterde mechanische eigenschappen
MIM-onderdelen zijn stevig en dicht. Ze kunnen een dichtheid van meer dan 95% van het smeedmateriaal bereiken. Dit geeft ze een uitstekende sterkte, hardheid en slijtvastheid.
Beperkingen en uitdagingen
Hoewel MIM veel voordelen heeft, heeft het ook zijn beperkingen. Deze moeten vroeg in het project worden begrepen om verrassingen tijdens de productie te voorkomen.
Hoge initiële gereedschapskosten
Voor MIM zijn aangepaste mallen nodig. Het ontwerpen en bouwen van deze matrijzen is duur. Als je een laag productievolume hebt, zijn de gereedschapskosten het misschien niet waard.
Materiaalkrimp en vervorming
MIM-onderdelen krimpen tijdens het sinteren. De krimp is ongeveer 15-20%. Als hier niet goed mee wordt omgegaan, kan dit vervorming of ongelijke afmetingen van onderdelen veroorzaken.
Het meest geschikt voor kleine tot middelgrote onderdelen
MIM is ideaal voor kleine onderdelen, meestal minder dan 100 gram. Grotere onderdelen zijn moeilijker gelijkmatig te verwerken. Ontbinden en sinteren zijn tijdrovender en brengen een hoger risico met zich mee.
Toepassingen van metaalspuitgieten
MIM wordt in veel industrieën gebruikt. Het helpt bij de productie van kleine onderdelen met een hoge sterkte waar precisie en volume cruciaal zijn. Deze onderdelen blijven vaak onopgemerkt, maar spelen een belangrijke rol in kritieke systemen.
Medische hulpmiddelen en chirurgisch gereedschap
MIM wordt vaak gebruikt in chirurgisch gereedschap, tandbeugels en orthopedische apparaten. Deze onderdelen moeten klein, sterk en corrosiebestendig zijn. MIM biedt de benodigde nauwkeurigheid en netheid die nodig is voor medisch gebruik.
Ruimtevaart- en defensieonderdelen
Onderdelen voor de ruimtevaart en defensie moeten licht, duurzaam en nauwkeurig zijn. Het wordt gebruikt in bevestigingsmiddelensensorbehuizingen, sluitsystemen en beugels. Deze onderdelen profiteren van de kracht en het detail die MIM kan leveren.
Consumentenelektronica en mobiele apparaten
MIM komt vaak voor in mobiele telefoons, wearables en laptops. Onderdelen zoals scharnieren, cameramodules en connectoren worden vaak gemaakt met behulp van MIM. Het maakt slanke profielen, gladde oppervlakken en gedetailleerde ontwerpen mogelijk die passen in krappe lay-outs van apparaten.
Motor- en transmissieonderdelen
In voertuigen wordt MIM gebruikt voor tandwielen, onderdelen van turboladers, hendels en vergrendelingsmechanismen. Deze onderdelen moeten bestand zijn tegen hitte, druk en slijtage.
Conclusie
Metaalspuitgieten is een methode die kunststof spuitgieten combineert met metaalbewerking. Het gebruikt fijn metaalpoeder gemengd met een bindmiddel om complexe vormen te gieten. MIM is ideaal voor het produceren van kleine, complexe metalen onderdelen in grote volumes. Het biedt precisie, sterkte en kostenbesparingen.
Heb je metalen onderdelen op maat nodig met nauwe toleranties en uitzonderlijke sterkte? Neem contact met ons op om te onderzoeken hoe MIM uw volgende project kan helpen. Ons team staat klaar om uw productie te ondersteunen, van prototype tot volledige schaal.
Hey, ik ben Kevin Lee
De afgelopen 10 jaar heb ik me verdiept in verschillende vormen van plaatbewerking en ik deel hier de coole inzichten die ik heb opgedaan in verschillende werkplaatsen.
Neem contact op
Kevin Lee
Ik heb meer dan tien jaar professionele ervaring in plaatbewerking, gespecialiseerd in lasersnijden, buigen, lassen en oppervlaktebehandelingstechnieken. Als technisch directeur bij Shengen zet ik me in om complexe productie-uitdagingen op te lossen en innovatie en kwaliteit in elk project te stimuleren.
