מה זה הזרקת מתכת

דפוס הזרקת מתכת

דפוס הזרקת מתכת (MIM) הוא תהליך עיבוד מתכת בו מערבבים מתכת אבקה דקה עם חומר קלסר ליצירת "חומר הזנה" אשר מעוצב ואז מתמצק באמצעות דפוס הזרקה . תהליך הדפוס מאפשר לעצב חלקים מורכבים וגדולים בנפח גבוה. לאחר הדפוס החלק עובר פעולות מיזוג להסרת הקלסר (הכבילה) ולעיבוי האבקות. מוצרים מוגמרים הם רכיבים קטנים המשמשים בתעשיות ויישומים רבים.

התנהגותם של חומרי הזנה של MIM נשלטת על ידי ריאולוגיה , חקר בוצה, מתלים ונוזלים אחרים שאינם ניוטוניים.

בשל מגבלות הציוד הנוכחיות, יש לעצב מוצרים באמצעות כמויות של 100 גרם ומטה לכל "זריקה" לתבנית. ניתן לחלק זריקה זו למספר חללים, מה שהופך את MIM לחסכוני עבור מוצרים קטנים, מורכבים, בעלי נפח גבוה, שאחרת יהיה יקר לייצר. חומרי הזנה של MIM יכולים להיות מורכבים משלל מתכות, אך הנפוצות ביותר הן פלדות אל חלד, הנמצאות בשימוש נרחב במתכות אבקות . לאחר הדפוס הראשוני מסירים את קלסר החומר, וחלקיקי המתכת מחוברים ומפוזרים כדי להשיג את תכונות החוזק הרצויות. הפעולה האחרונה בדרך כלל מכווצת את המוצר ב- 15% בכל ממד.

שוק הזרקת המתכות צמח מ -9 מיליון דולר בארה"ב ב -1986, ל -382 מיליון דולר בשנת 2004 ליותר מ -1.5 מיליארד דולר בשנת 2015. טכנולוגיה קשורה היא יציקת אבקת קרמיקה, מה שמוביל לסך המכירות של כ -2 מיליארד דולר. עיקר הגידול בשנים האחרונות היה באסיה.

תהליך

שלבי התהליך כוללים שילוב של אבקות מתכת עם פולימרים כמו שעווה וקלסרי פוליפרופילן לייצור תערובת "חומרי הזנה" המוזרקים כנוזל לתבנית באמצעות מכונות הזרקת פלסטיק. החלק המעוצב או "החלק הירוק" מקורר ונפלט מהתבנית. בשלב הבא מוסר חלק מחומר הקלסר באמצעות ממס, תנורים תרמיים, תהליך קטליטי או שילוב של שיטות. החלק שהתקבל, שברירי ונקבובי (40% אחוז "אוויר"), נמצא במצב המכונה השלב "החום". כדי לשפר את הטיפול לרוב משולבים ההתחברות והסינון לתהליך יחיד. סיור מחמם את האבקה לטמפרטורות הסמוכות לנקודת ההיתוך בכבשן אטמוספרה מגנה בכדי לצפיפת החלקיקים באמצעות כוחות נימים בתהליך הנקרא sintering . לעתים קרובות מועברים חלקי MIM בטמפרטורות כמעט גבוהות בכדי לגרום להמסה חלקית בתהליך המכונה sintering בשלב נוזלי. לדוגמה, נירוסטה עשויה להיות מחוממת ל 1350 עד 1400 מעלות צלזיוס). שיעורי הפיזור הם גבוהים המובילים להתכווצות וצפיפות גבוהה. אם מבוצעים בוואקום, מקובל להגיע לצפיפות מוצקה של 96-99%. המתכת של המוצר הסופי בעלת תכונות מכניות ופיזיות דומות לחלקים מחוסמים המיוצרים בשיטות עיבוד מתכת קלאסיות. טיפולי חום לאחר sintering עבור MIM זהים לנתיבי ייצור אחרים, ובצפיפות גבוהה רכיב MIM תואם את טיפולי מיזוג המתכת כמו ציפוי , פסיבציה , חישול, קרבוריזציה, חנקות והקשחת משקעים.

היישומים

חלון היתרון הכלכלי בחלקים מעוטרים הזרקת מתכת טמון במורכבות ונפח לחלקים בגודל קטן. חומרי MIM דומים למתכת הנוצרת בשיטות מתחרות, ומוצרים סופיים משמשים במגוון רחב של יישומים תעשייתיים, מסחריים, רפואיים, שיניים, כלי נשק, תעופה וחלל ותעשיות רכב . סיבוכים ממדיים של ± 0.3% נפוצים ונדרשת עיבוד שבבי לסיבולת קרובה יותר. MIM יכול לייצר חלקים שבהם קשה, או אפילו בלתי אפשרי, לייצר פריט ביעילות באמצעות אמצעי ייצור אחרים. באופן אידיאלי, לפחות 75 מפרטים ממדיים ברכיב בגודל מקסימאלי של 25 מ"מ בלבד ובמסה של 10 גרם הם הטובים ביותר - כמו למשל נדרש למקרי שעון, תקעי טלפון סלולרי וצירים למחשב נייד. עלויות מוגברות עבור שיטות ייצור מסורתיות הטבועות במורכבות חלקית, כמו חוטים פנימיים / חיצוניים, מיניאטוריות או סימון זהות, בדרך כלל לא מגדילים את העלות בפעולה של MIM בגלל הגמישות של הזרקת הזרקה.

יכולות תכנון אחרות הניתנות ליישום בפעולת MIM כוללות קודי מוצר, מספרי חלקים או חותמות תאריך; חלקים המיוצרים במשקלם נטו ומפחיתים את בזבוז החומר ועלותו; צפיפות נשלטת בתוך 95-98%; מיזוג חלקים וגיאומטריות תלת מימדיות מורכבות .

היכולת לשלב מספר פעולות בתהליך אחד מבטיחה כי MIM מצליח לחסוך זמני עופרת כמו גם בעלויות, ומספק יתרונות משמעותיים ליצרנים. תהליך הזרקת המתכת עשוי להיות טכנולוגיה ירוקה בגלל הפחתה משמעותית בפסולת בהשוואה לשיטות ייצור "מסורתיות" כגון עיבוד CNC 5 צירים. עם זאת, חלק מהניתוחים הישנים מייצרים פליטות רעילות כמו פורמלדהיד, מסלקים ממיסים כלוריים ועליהם לשרוף שעווה או פולימרים אחרים, מה שמוביל לפליטת גזי חממה.

יש מגוון רחב של חומרים זמינים בעת השימוש בתהליך MIM. תהליכי עיבוד מתכת מסורתיים כוללים לעתים קרובות כמות משמעותית של פסולת חומרית, מה שהופך את MIM לאופציה יעילה במיוחד לייצור רכיבים מורכבים המורכבים מסגסוגות יקרות / מיוחדות ( קובלט כרום , נירוסטה 17-4 PH , סגסוגות טיטניום וקרביד טונגסטן ). MIM הוא אפשרות ברת קיימא כאשר יש צורך במפרט קירות דקיקים במיוחד (כלומר 100 מיקרומטר). בנוסף, דרישות מיגון EMI ( הפרעות אלקטרומגנטיות ) הציגו אתגרים ייחודיים אשר מושגים בהצלחה באמצעות שימוש בסגסוגות מיוחדות.