Motlle per injecció de metalls
El modelat per injecció de metalls (MIM) és un procés de fabricació de metalls en què el metall de pols fines es barreja amb material aglutinant per crear una "matèria prima" que després es conforma i es solidifica mitjançant el modelat per injecció . El procés de modelat permet que les peces complexes i de gran volum es configuren en un sol pas. Després del modelat, la peça es sotmet a operacions de condicionament per extreure l’enllaç (desgranat) i densificar els pols. Els productes acabats són petits components utilitzats en moltes indústries i aplicacions.
El comportament dels pinsos MIM es regeix per la reologia , l'estudi de fangs, suspensions i altres fluids no newtonians.
A causa de les limitacions actuals dels equips, els productes s'han de modelar utilitzant quantitats de 100 grams o menys per "tret" al motlle. Aquest tret es pot distribuir en diverses cavitats, fent que la MIM sigui rendible per a productes de gran volum petit i complex, que altrament serien costosos de produir. La matèria primera es pot compondre amb una gran quantitat de metalls, però els més comuns són els acers inoxidables, àmpliament utilitzats en la metal·lúrgia en pols . Després del modelat inicial, s’elimina l’enllaç de matèries primeres, i les partícules metàl·liques s’enllacen i es densifiquen per aconseguir les propietats de resistència desitjades. Aquesta última operació redueix el producte un 15% en cada dimensió.
El mercat d'emmotllament per injecció de metalls ha passat de 9 milions de dòlars EUA el 1986, a 382 milions de dòlars EUA el 2004, a més de 1.500 milions de dòlars americans el 2015. Una tecnologia relacionada és el modelat per injecció de pólvora ceràmica, que ha suposat unes vendes totals de prop de 2.000 milions de dòlars. La major part del creixement dels darrers anys ha estat a Àsia.
Procés
Les etapes del procés consisteixen en combinar pols metàl·liques amb polímers com ara cera i aglutinants de polipropilè per produir la barreja "matèria primera" que s'injecta com a líquid en un motlle mitjançant màquines de modelat per injecció de plàstic. El model modelat o "part verda" es refreda i expulsa del motlle. A continuació, s’elimina una part del material aglutinant mitjançant dissolvents, forns tèrmics, procés catalític o una combinació de mètodes. La part resultant, fràgil i porosa (40 per cent de volum "aire"), es troba en una condició anomenada etapa "marró". Per millorar la manipulació, sovint, la depuració i la sinterització es combinen en un sol procés. La sinterització escalfa la pols a temperatures properes al punt de fusió en un forn d’atmosfera protectora per densificar les partícules mitjançant forces capil·lars en un procés anomenat sinterització . Les parts MIM solen sinteritzar-se a temperatures prou altes com per induir la fusió parcial en un procés anomenat sinterització en fase líquida. Per exemple, un acer inoxidable es pot escalfar de 1350 a 1400 graus centígrads). Les taxes de difusió són elevades i provoquen una densificació i una contracció elevades. Si es realitza al buit, és habitual assolir una densitat de sòlids entre el 96 i el 99%. El producte final del metall té propietats físiques i mecàniques comparables amb peces recobertes realitzades mitjançant mètodes clàssics de fabricació de metalls. Els tractaments de calor post-sinterització per a MIM són els mateixos que amb altres vies de fabricació, i amb alta densitat el component MIM és compatible amb els tractaments de condicionament metàl·lics com ara l’aplicació , el pasivat , el recuit, la carburització, la nitruració i l’enduriment de les precipitacions.
Les aplicacions
La finestra d’avantatge econòmic de les peces modelades per injecció de metall rau en la complexitat i el volum de les peces de mida petita. Els materials MIM són comparables als metàl·lics formats per mètodes de competició i els productes finals s’utilitzen en una àmplia gamma d’aplicacions industrials, comercials, mèdiques, dentals, d’armes de foc, aeroespacials i automoció . Les toleràncies dimensionals de ± 0,3% són habituals i cal mecanitzar per a toleràncies més properes. MIM pot produir peces on sigui difícil, o fins i tot impossible, fabricar eficientment un article mitjançant altres mitjans de fabricació. L’ideal és que siguin com a mínim 75 especificacions dimensionals en un component de tan sols 25 mm de mida màxima i 10 g de massa. Els costos més elevats per a mètodes de fabricació tradicionals inherents a la complexitat de peces, com ara fils interns / externs, miniaturització o marcatge d’identitat, normalment no augmenten el cost d’una operació MIM a causa de la flexibilitat del modelat per injecció.
Altres funcions de disseny que es poden implementar en l'operació MIM inclouen codis de producte, números de referència o segells de data; les peces fabricades al seu pes net reduint els residus i costos materials; Densitat controlada dins del 95–98%; Amalgamació de peces i geometries 3D complexes .
La capacitat de combinar diverses operacions en un sol procés garanteix que la MIM tingui èxit tant en estalviar temps de despesa com en costos, proporcionant avantatges importants als fabricants. El procés de modelat per injecció de metalls podria ser una tecnologia verda a causa de la reducció significativa del malbaratament en comparació amb mètodes de fabricació "tradicionals" com ara el mecanitzat a 5 eixos CNC. Tanmateix, algunes de les operacions anteriors generen emissions tòxiques com el formaldehid, disposen de dissolvents clorats i han de cremar cera o altres polímers, provocant emissions de gasos d’efecte hivernacle.
Hi ha una àmplia gamma de materials disponibles quan s’utilitza el procés MIM. Els processos tradicionals de fabricació de metalls sovint comporten una quantitat important de residus de material, cosa que converteix MIM en una opció altament eficient per a la fabricació de components complexos constituïts per aliatges cars / especials ( cobalt-crom , acer inoxidable 17-4 PH , aliatges de titani i carburs de tungstè ). El MIM és una opció viable quan calen especificacions de parets extremadament fines (és a dir, 100 micròmetres). A més, els requisits de protecció EMI ( interferència electromagnètica ) han presentat reptes únics, que s'estan aconseguint amb èxit mitjançant la utilització d'aliatges especials.