mim additive Fertigung bezieht sich auf ein industrielles Verfahren zur Herstellung kleiner, komplexer Metallteile in großen Mengen. Ein Verbundwerkstoff aus Metallpulver wird mit Hilfe von Spritzgießmaschinen in eine grüne Form gebracht, entbunden und dann gesintert, um die volle Dichte zu erreichen.
MIM nutzt die geometrische Flexibilität des Polymerspritzgusses und der Grünformung mit der Leistungsfähigkeit von Metalllegierungen. Da die additiven Fertigungsverfahren die Möglichkeiten erweitern, befasst sich dieser Leitfaden mit MIM-Zusammensetzungen, -Eigenschaften, -Anwendungen, -Spezifikationen, -Prozessabläufen, -Lieferanten, -Kompromissen und FAQs.
Zusammensetzung von MIM-Legierungen
Viele Zusammensetzungen sind als MIM-Rohstoffe erhältlich:
| Material | Gängige Legierungen | Übersicht |
|---|---|---|
| Rostfreier Stahl | 316L, 17-4PH, 420 | Korrosionsbeständig, hohe Härte, für medizinische Zwecke |
| Werkzeugstahl | H13, P20 | Hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit, für geformte Werkzeuge |
| Aluminiumlegierung | 2024, 6061, 7075 | Geringes Gewicht, hohes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht |
| Titan-Legierung | Ti-6Al-4V | Geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit und hohe Festigkeit für die Luft- und Raumfahrt |
| Nickel-Legierung | Inconel 625 und 718 | Hitze-/Korrosionsbeständigkeit, geeignet für Turbomaschinen |
| Wolfram | WHA, WC | Extrem hohe Dichte, perfekt für Auswuchtanwendungen |
Je nach Bedarf sind sowohl Standard- als auch kundenspezifische Formulierungen erhältlich.
Eigentum von mim additive Fertigung
Neben der auf die Leistungsanforderungen zugeschnittenen Zusammensetzung gehören zu den wichtigsten resultierenden Eigenschaften:
| Eigentum | Beschreibung |
|---|---|
| Dichte | Spanne von nahezu reiner Metalldichte bis zu einer theoretischen Dichte von über 95% |
| Zugfestigkeit | 250 MPa bis über 1300 MPa je nach Bewehrungsstrategie |
| Härte | Je nach Legierungswahl werden bis zu 70 HRC erreicht |
| Korrosionsbeständigkeit | Unterschiedliche Widerstandsniveaus je nach gewählter Zusammensetzung möglich |
| Oberflächenrauhigkeit | Wie geformt <6 μm Ra bis zu <0,2 μm Ra nach Plattieren/Polieren |
| Komplexe Geometrie | Formgebung ermöglicht komplizierte Formen, die mit anderen Verfahren nicht erreicht werden können |
| Auflösung der Funktion | Kleine Schlitze, Löcher, Gewinde bis zu ~100 μm " realisierbar |
| Wandstärke | Bis zu ~0,25 mm dünne Wände, die je nach Geometrie geformt werden |
| Toleranzen | Engere Toleranzen als bei Metall-AM, typisch ±0,3% der Abmessungen |
Dank dieser Fähigkeiten eignet sich MIM für Präzisionskomponenten für den Endverbrauch.
Anwendungen von MIM Additive Manufacturing
Die geometrische Flexibilität und die maßgeschneiderte Zusammensetzung von MIM eignen sich für verschiedene Branchen:
| Industrie | Beispiele für Komponenten |
|---|---|
| Automobilindustrie | Zahnräder, Kipphebel, Turboladerkomponenten |
| Luft- und Raumfahrt | Turbinenschaufeln, Laufräder, Düsenleitschaufeln |
| Feuerarme | Abzüge, Sicherungen, Schlitten, Ejektoren, Mündungen |
| Medizin/Zahnmedizin | Skalpellgriffe, Pinzetten, Schädelplatten, Kronen |
| Öl und Gas | Ventilteile, einschließlich Gehäuse, Spindeln, Stellantriebe |
| Mikroelektronik | Abschirmungen, Verbinder, Stifte, Abstandshalter, Betätigungselemente |
MIM hilft auch bei der Herstellung von Werkzeugeinsätzen, die für die Massenproduktion von Guss- und Formgebungsverfahren geeignet sind.
MIM-Feedstock-Spezifikationen
Die Eigenschaften des Ausgangsmaterials erfordern eine sorgfältige Kontrolle der Toleranzen und der Funktionsfähigkeit:
| Parameter | Typische Spezifikation | Prüfverfahren |
|---|---|---|
| Partikelgröße des Pulvers | 3 - 20 μm | Laserbeugung |
| Pulverbeschickung | >55 vol% | Thermogravimetrische Analyse |
| Schüttgewicht des Pulvers | 2,5 - 4 g/cm3 | Hall-Durchflussmesser |
| Dichte des Gewindebohrers | >4 g/cm3 | Anzapf-Volumenzähler |
| Viskositätskurve | abhängig von der Schergeschwindigkeit | Kapillarrheometrie |
| Verteilung der Pelletgröße | 2 - 4 g formbedingt | Siebung |
Diese Spezifikationen fördern das Fließen der Form und gewährleisten gleichzeitig die Festigkeit des Grünlings und des Sinters.
Überblick über den MIM-Herstellungsprozess
- Entwicklung von Verbundwerkstoffen mit dem gewünschten Pulver- und Bindemittelsystem
- Pelletieren von Rohmaterial für präzise volumetrische Schusskontrolle
- Spritzgussteile mit engen Toleranzen und Oberflächengüte
- Chemisch entbinden und Polymeranteile entfernen
- Sintergranulat mit einer theoretischen Dichte von >92%
- Bearbeitung von Merkmalen nach Bedarf, wenn es die Geometrie erlaubt
- Gegebenenfalls zusätzliche Beschichtungen, Wärmebehandlungen, Beschichtungen usw. vornehmen
- Qualitätssicherungsprüfungen und Validierung für die Produktion
Diese wird weiterhin auf Zuverlässigkeit bei hohen Stückzahlen optimiert.
Lieferanten von MIM-Ausrüstung und Rohmaterial
| Unternehmen | Materialien | Fähigkeiten |
|---|---|---|
| BASF | Breite Palette an MIM-Legierungen | Vollständige Qualitätsrohstoffe |
| Sandvik Fischadler | 316L, 17-4PH, mehr | Know-how in der Zerstäubung auf MIM übertragen |
| MPP | Werkzeugstähle, rostfreie Stähle, Sonderanfertigungen | Auch bei MIM-Ausrüstung führend |
| CN-Innovationen | Kundenspezifische Legierungen | Spezialisten für neuartige Kompositionen |
| Parmatech Corp. | Ti-Legierungen, Werkzeugstähle, Fe-Legierungen, Exoten | Ausrüstung und Ausgangsstoffe |
Die Zulieferer bieten ergänzende Ausrüstungen wie Formmaschinen und Öfen an, um eine schlüsselfertige Produktion zu ermöglichen.
Kompromisse bei der Erwägung von MIM AM
Vorteile:
- Hochkomplexe Geometrien und Baugruppen konsolidiert
- Hervorragende mechanische Eigenschaften durch gleichmäßig feine Körner
- Große Auflösung der Oberfläche wie geformt
- Nachgewiesene Skalierbarkeit der Massenproduktion nach der Qualifizierung
- Geringe Rohstoffverschwendung im Vergleich zum Metalldruck
- Nutzung des vorhandenen Know-hows im Bereich Spritzgießen
Nachteile:
- Hohe Vorlaufkosten für die Formulierung von Rohstoffen und die Herstellung von Werkzeugen
- Intensive Qualifizierung für neue Teile und Anwendungen
- Begrenzter Größenbereich bis unter mehrere Pfund
- Beschränkt auf Legierungen, die als Pulver erhältlich sind
- Im Allgemeinen geringere Bruchfestigkeit als Schmiedestücke
- Kosten pro Teil höher als bei anderen Verfahren bis zu einem Volumen von mehr als 10k
MIM ist die ideale Lösung für kleine, komplexe Metallteile und hat sich bereits bewährt.
Häufig gestellte Fragen
Wie klein sind die Merkmale, die mit MIM praktisch geformt werden können?
Typische untere Grenzwerte liegen bei 100-150 Mikron für den Lochdurchmesser und Formwandstärken um 0,3 mm (~12 Thou), bei bestimmten Geometrien auch dünner.
Wodurch werden die Grenzen des Größenbereichs für MIM-Teile bestimmt?
Allgemeine Schwierigkeiten bei der Handhabung von dünnwandigen Formen über ca. 5" Fließlänge ohne Durchbiegung oder Verformung. Maximale Dicke typischerweise unter 0,5" und Gewichte bis zu 5 Pfund Bereich.
Erlaubt MIM funktional abgestufte Verbundwerkstoffe (FGM)?
Ja, fortschrittliche Formgebungsverfahren unterstützen jetzt maßgeschneiderte Porositäten oder räumlich abgestufte Mehrpulver-Einsatzstoffe innerhalb eines einzigen geformten Bauteils während der Herstellung.
Wie viele Legierungen sind im Handel als MIM-Rohstoffe erhältlich?
Es gibt mehr als 60 Basisformulierungen - mehr als 50% des Gesamtmarktes entfallen auf rostfreie Stähle der Serie 300, gefolgt von Werkzeugstählen, Titanlegierungen und Nickelsuperlegierungen, die ein Wachstum verzeichnen.
Welche Veredelungsprozesse folgen typischerweise auf MIM?
Zu den üblichen Sekundärbearbeitungen gehören Gleitschleifen/Gleitentgraten, Oberflächenschleifen, Kugelstrahlen, Lasermarkieren, Passivieren, Beschichten, Wärmebehandeln, Fügen und Prüfen.