ทำความเข้าใจเทคโนโลยี MIM

ภาพรวมของ เทคโนโลยี MIM

การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) หรือที่เรียกว่าการฉีดผันผง (PIM) เป็นกระบวนการผลิตขั้นสูงที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วนโลหะขนาดเล็กที่ซับซ้อนในปริมาณสูง

MIM ผสมผสานความยืดหยุ่นในการออกแบบและความแม่นยำของการฉีดพลาสติกเข้ากับความแข็งแรงและประสิทธิภาพของชิ้นส่วนโลหะกลึง ช่วยให้การผลิตส่วนประกอบที่ซับซ้อนมีประสิทธิภาพด้วยคุณสมบัติเชิงกลที่ดีจากโลหะผสมโลหะขั้นสูง

กระบวนการ MIM เริ่มต้นด้วยวัตถุดิบที่ทำจากผงโลหะชั้นดีผสมกับวัสดุสารยึดเกาะ วัตถุดิบนี้จะถูกฉีดเข้าไปในแม่พิมพ์โดยใช้อุปกรณ์ฉีดพลาสติก สารยึดเกาะถือผงโลหะเข้าด้วยกันและให้ความสามารถในการไหลสำหรับการขึ้นรูป

หลังจากการขึ้นรูปสารยึดเกาะจะถูกลบออกจากส่วนสีเขียวที่ขึ้นรูปผ่านกระบวนการ debinding ส่วนที่เรียกว่าส่วนสีน้ำตาลนั้นถูกเผาที่อุณหภูมิสูงซึ่งหลอมรวมอนุภาคโลหะเข้าด้วยกันในส่วนโลหะแข็งที่มีคุณสมบัติของวัสดุใกล้กับส่วนที่ดัด

MIM เหมาะสำหรับการทำชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ซับซ้อนโดยใช้โลหะต่าง ๆ เช่นสแตนเลส, เหล็กกล้าอัลลอยด์ต่ำ, เหล็กกล้าเครื่องมือ, โลหะผสมแม่เหล็ก, ซูเปอร์อัลลอย, โลหะผสมไทเทเนียมและโลหะผสมหนักทังสเตน มันรวมความสามารถรอบตัวของการฉีดพลาสติกเข้ากับความยืดหยุ่นของวัสดุของผงโลหะโลหะ

ประโยชน์หลักของเทคโนโลยี MIM ได้แก่ :

• ความสามารถในการผลิตปริมาณสูงสำหรับส่วนประกอบโลหะที่ซับซ้อนและละเอียด
• การผลิตใกล้เคียงกับรูปทรงตาข่ายลดของเสียและลดการตัดเฉือน
• คุณสมบัติเชิงกลที่ดีใกล้กับวัสดุดัด
• ทางเลือกที่หลากหลายของโลหะรวมถึงสแตนเลสเหล็กเครื่องมือซุปเปอร์อัลลอยด์
• ช่วยให้การรวมชิ้นส่วนเป็นส่วนประกอบเดียว
• ค่าใช้จ่ายหน่วยต่ำเนื่องจากปริมาณสูง
• ความสอดคล้องและการทำซ้ำจากกระบวนการอัตโนมัติ

เทคโนโลยี MIM เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ซับซ้อนเช่นอุปกรณ์ทางการแพทย์ส่วนประกอบอาวุธปืนส่วนประกอบดูและชิ้นส่วนยานยนต์ซึ่งต้องการความแม่นยำความแข็งแรงเศรษฐกิจและระดับการผลิตจำนวนมาก

แอปพลิเคชันและการใช้เทคโนโลยี MIM

เทคโนโลยี MIM ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อผลิตชิ้นส่วนโลหะขนาดเล็กที่มีความแม่นยำสูงอย่างมีประสิทธิภาพในปริมาณมาก นี่คือบางส่วนของแอปพลิเคชันที่สำคัญและการใช้เทคโนโลยี MIM:

** ข้อดีของ MIM สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ **

• ความแม่นยำ: เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กเช่นอุปกรณ์การแพทย์หรือดูส่วนประกอบที่มีรูปทรงที่ซับซ้อน
• ความแข็งแกร่ง: เหมาะสำหรับส่วนประกอบที่ต้องการความแข็งแรงสูงเช่นเทอร์โบชาร์จเจอร์ยานยนต์และทริกเกอร์อาวุธปืน
• ความต้านทานการสึกหรอ: ชิ้นส่วน MIM ที่ทำจากเครื่องมือโลหะผสมเหล็กมีความต้านทานการสึกหรอที่ยอดเยี่ยมสำหรับอายุการใช้งานที่ยาวนาน
• ความต้านทานการกัดกร่อน: ชิ้นส่วน MIM สแตนเลสทนต่อการกัดกร่อนสำหรับเครื่องมือผ่าตัดที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้การปลูกถ่าย ฯลฯ
• ความแข็งสูง: MIM สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแข็งมากกว่า 40 ชั่วโมงเช่นมีด, เครื่องมือ, ตาย, ฯลฯ
• คุณสมบัติทางไฟฟ้า: MIM ใช้เพื่อทำส่วนประกอบแม่เหล็กอ่อนเช่นตัวเหนี่ยวนำ, ใบพัดมอเตอร์ ฯลฯ
• ต้นทุนมีประสิทธิภาพ: ปริมาณสูงลดต้นทุนส่วนหนึ่งอย่างมากเมื่อเทียบกับการตัดเฉือน

อุปกรณ์ MIM และคู่มือเครื่องมือ

อุปกรณ์หลักที่ใช้ในกระบวนการ MIM รวมถึงเครื่องฉีดขึ้นรูปเครื่องฉีดขึ้นรูปและการเผาเตาเผา นี่คือภาพรวม:

มาตรฐานการออกแบบและประสิทธิภาพ

• ISO 21227 – ผงสำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะ
• ASTM F2885 – กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ
• MPIF 35 – มาตรฐานสำหรับ MIM Feedstock
• ASTM E2781 – การออกแบบชิ้นงานทดสอบแรงดึง MIM
• ISO 2740 – ชิ้นส่วนการฉีดขึ้นรูปโลหะเผาโลหะ

การแบ่งต้นทุน

การกระจายต้นทุนทั่วไปในการผลิต MIM คือ:

• วัตถุดิบ (ผง + เครื่องผูก): 50-60%
• การผลิต (การขึ้นรูป + debinding + sintering): 25-35%
• การประมวลผลรอง: 5-10%
• การควบคุมคุณภาพ: 2-5%
• วิศวกรรม (r & amp; d, การออกแบบ): 2-5%

ซัพพลายเออร์และราคา

นี่คือซัพพลายเออร์ชั้นนำระดับโลกของอุปกรณ์ MIM และช่วงราคาของพวกเขา:

การติดตั้งการดำเนินงานและการบำรุงรักษา

MIM เป็นกระบวนการอัตโนมัติ แต่ต้องการการติดตั้งการทำงานและการบำรุงรักษาอย่างระมัดระวังเพื่อประสิทธิภาพที่เหมาะสมที่สุด:

กิจกรรมการบำรุงรักษาทั่วไปและความถี่

วิธีเลือกซัพพลายเออร์ MIM

การเลือกซัพพลายเออร์ MIM ที่มีความสามารถเป็นสิ่งสำคัญที่จะได้รับชิ้นส่วนที่มีคุณภาพดีตรงเวลาในราคาที่สมเหตุสมผล นี่คือปัจจัยสำคัญที่ควรพิจารณา:

คำถามที่จะถามซัพพลายเออร์ MIM ที่คาดหวัง

• คุณมีประสบการณ์ด้านวัสดุและขนาดส่วนใดบ้าง?
• คุณเสนอการประมวลผลรองเช่นการตัดเฉือนหรือการเคลือบหรือไม่?
• การรับรองคุณภาพและขั้นตอนการตรวจสอบใดบ้าง
• การจัดการวัสดุที่ละเอียดอ่อนเช่นโลหะผสมไทเทเนียมหรือทังสเตนคาร์ไบด์ทำอย่างไร?
• ปริมาณการผลิตใดที่คุณสามารถส่งมอบได้อย่างน่าเชื่อถือเป็นรายเดือน?
• เศษซากจะลดลงอย่างไรและให้ผลผลิตสูงสุดอย่างไร?
• ความแปรปรวนของพาร์ทไทม์ในมิติและคุณสมบัติคืออะไร?
• การเพิ่มประสิทธิภาพการออกแบบจะทำอย่างไรสำหรับกระบวนการ MIM?
• รายงานคุณภาพและแผนภูมิควบคุมใดบ้าง

การเปรียบเทียบ MIM กับกระบวนการอื่น ๆ

การเปรียบเทียบระหว่าง MIM และกระบวนการผลิตโลหะอื่น ๆ :

ประโยชน์ของ MIM มากกว่าการตัดเฉือน

• การใช้วัสดุที่สูงขึ้นด้วยรูปร่างใกล้ตาข่าย
• ไม่มีการตัดเฉือนที่มีราคาแพงสำหรับรูปร่างที่ซับซ้อน
• คุณสมบัติเชิงกลที่เหนือกว่า
• ต้นทุนการใช้เครื่องมือลดลงเมื่อเทียบกับการตัดเฉือน
• กระบวนการอัตโนมัติช่วยให้การผลิตจำนวนมาก
• พื้นผิวที่ดีกว่าเสร็จสิ้นได้

ข้อดีของ MIM เหนือการหล่อโลหะ

• ความแม่นยำในมิติที่ดีขึ้นและพื้นผิวเสร็จสิ้น
• ข้อบกพร่องน้อยลงเช่นความพรุนเมื่อเทียบกับชิ้นส่วนที่หล่อ
• คุณสมบัติ Isotropic ซึ่งแตกต่างจากการหล่อทิศทาง
• ต่ำถึงไม่มีแฟลชหรือเปิดแตกต่างจากการหล่อ
• ไม่มีปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการละลายหรือการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ
• แกนและต่ำกว่าที่เป็นไปได้ไม่เหมือนการคัดเลือก
• ตัวเลือกวัสดุที่กว้างนอกเหนือจากโลหะผสม castable
• ความสอดคล้องของคุณสมบัติกับผงโลหะโลหะ

ข้อ จำกัด ของ MIM กับเครื่องตัดเฉือนซีเอ็นซี

• ขนาด จำกัด โดยความสามารถในการฉีดขึ้นรูปของเครื่องจักร
• เวลาและค่าใช้จ่ายล่วงหน้ามากขึ้นสำหรับการใช้เครื่องมือ
• ความคลาดเคลื่อนแน่น +/- 0.5% เทียบกับ +/- 0.1% สำหรับเครื่องจักร CNC
• ข้อ จำกัด ทางเรขาคณิตเทียบกับการตัดเฉือนที่ไม่ จำกัด
• ความแข็งสูงสุดที่สามารถทำได้เมื่อเทียบกับการตัดเฉือน
• การตัดเฉือนรองมักจะยังคงต้องใช้เพื่อให้บรรลุความคลาดเคลื่อน

เมื่อไม่ใช้ MIM

• ชิ้นส่วนที่มีขนาดใหญ่มากนอกเหนือจากความจุอุปกรณ์ MIM
• ชิ้นส่วนที่ต้องการความอดทนอย่างแน่นหนาต่ำกว่า 0.5%
• แอปพลิเคชันที่ต้องการความแข็งของพื้นผิวสูงกว่า 50 ชั่วโมง
• ผลิตภัณฑ์ที่มีความต้องการปริมาณต่ำมาก
• ส่วนประกอบที่มีอัตราส่วนที่รุนแรงไม่เหมาะสมสำหรับการขึ้นรูป
• เมื่อไม่มีเวลาสำหรับการปรับให้เหมาะสมที่สุดสำหรับกระบวนการ MIM
• แอพพลิเคชั่นที่มีความไวต่อต้นทุนพร้อมตัวเลือกการผลิตที่ถูกกว่า

ข้อควรพิจารณาการออกแบบและการสร้างแบบจำลอง MIM

ส่วนที่เหมาะสมและการออกแบบวัตถุดิบเป็นสิ่งสำคัญสำหรับ MIM ในการบรรลุคุณสมบัติและประสิทธิภาพที่จำเป็น นี่คือข้อควรพิจารณาในการออกแบบที่สำคัญ:

ขั้นตอนการออกแบบชิ้นส่วน

• ปรับความหนาของผนังให้เหมาะสมสำหรับการเติมเชื้อราสม่ำเสมอระหว่างการฉีด
• รวมรัศมีภายในและเนื้อเพื่อความสะดวกในการเติม
• หลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงในหน้าตัดตามเส้นทางการไหล
• ออกแบบประตูแม่พิมพ์ที่เหมาะสมและนักวิ่งสำหรับรูปแบบการไหลที่เหมาะสม
• เพิ่มซี่โครงเสริมความแข็งแรงและกางเกงในเพื่อหลีกเลี่ยงการหย่อนคล้อย
• บัญชีสำหรับการหดตัวส่วนหนึ่งระหว่างการเผาในมิติเริ่มต้น
• พัฒนาแม่พิมพ์ต้นแบบสำหรับการตรวจสอบการออกแบบก่อนการผลิตเต็มรูปแบบ

การพัฒนาวัตถุดิบ

• จับคู่ความหนืดวัตถุดิบกับความซับซ้อนของแม่พิมพ์ที่อุณหภูมิการขึ้นรูป
• ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการโหลดผงที่เพียงพอสำหรับความหนาแน่นของการเผาที่ต้องการ
• เลือกส่วนประกอบเครื่องผูกที่เหมาะสมและอัตราส่วนผงสำหรับการผสม
• เพิ่มประสิทธิภาพการกระจายขนาดอนุภาคผงสำหรับความหนาแน่นของการบรรจุผง
• ปรับสูตรวัตถุดิบสำหรับการกำจัดสารยึดเกาะที่ปราศจากข้อบกพร่อง
• ตรวจสอบคุณสมบัติวัตถุดิบผ่านการจำลองการไหลของแม่พิมพ์
• ทดสอบการวนซ้ำหลายวัตถุดิบเพื่อให้ได้ความสามารถในการหล่อเต็มรูปแบบ

การจำลองและการสร้างแบบจำลอง

• การสร้างแบบจำลองการไหลของแม่พิมพ์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพตำแหน่งประตูและนักวิ่ง
• โครงสร้าง FEA เพื่อทำนาย warpage และเพิ่มประสิทธิภาพเรขาคณิตส่วนหนึ่ง
• การจำลอง CFD สำหรับการกำจัดสารยึดเกาะและการเผา
• การสร้างแบบจำลองความร้อนเพื่อลดความเครียดที่เหลืออยู่
• การสร้างแบบจำลองเชิงกลเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและประสิทธิภาพสูงสุด
• ซอฟต์แวร์การสร้างแบบจำลองกระบวนการเพื่อศึกษาการโต้ตอบระหว่างพารามิเตอร์
• การตรวจสอบการทดลองของการทำนายซอฟต์แวร์ผ่านแม่พิมพ์ต้นแบบ

เอาต์พุตการสร้างแบบจำลองคีย์

• เวลาเติมเชื้อรา, ความหนืดวัตถุดิบ, อุณหภูมิด้านหน้าไหล
• สายเชื่อม, กับดักอากาศและการทำนายข้อบกพร่องอื่น ๆ
• ปริมาณสารยึดเกาะอุณหภูมิและการไล่ระดับสี
• อัตราการเผา, การไล่ระดับสีความหนาแน่น, การหดตัว, แนวโน้มวาจา
• การกระจายความเครียดที่เหลือการฉีกขาดและการแคร็ก
• ความแข็งแรงเชิงกลอายุการใช้งานเมื่อยล้าการวิเคราะห์ความทนทานต่อความเสียหาย

MIM ข้อบกพร่องและวิธีการบรรเทา

ข้อบกพร่องสามารถเกิดขึ้นได้ในส่วน MIM เนื่องจากวัตถุดิบที่ไม่ได้ปรับค่าพารามิเตอร์การขึ้นรูปหรือเงื่อนไขของเตาเผา นี่คือข้อบกพร่อง MIM ทั่วไปและวิธีการบรรเทาผลกระทบ:

ข้อมูลและแนวโน้มอุตสาหกรรม MIM

ขนาดตลาด MIM Global

ตลาด Global MIM มีมูลค่า 1.5 พันล้านเหรียญสหรัฐในปี 2565 และคาดว่าจะถึง 3.1 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2573 เติบโตที่ 8.7% CAGR ซึ่งได้รับแรงหนุนจากความต้องการด้านการดูแลสุขภาพยานยนต์และการบินและอวกาศ

ตัวขับเคลื่อนการเติบโตของอุตสาหกรรม

• แนวโน้มที่มีน้ำหนักเบาทั่วทั้งยานยนต์การบินและอวกาศภาคอิเล็กทรอนิกส์
• ความต้องการส่วนประกอบโลหะขนาดเล็กที่ซับซ้อนในอุปกรณ์การแพทย์
• สามารถใช้งานได้มากขึ้นด้วยวัสดุที่มีความสามารถในวงกว้าง
• ระบบอัตโนมัติลดต้นทุนการผลิต
• การเติบโตของการผลิตส่วนประกอบที่มีความแม่นยำ
• เพิ่มการยอมรับในแอปพลิเคชันที่เกิดขึ้นใหม่เช่นการทำนาฬิกา

CAGR ที่คาดการณ์ไว้ตามภูมิภาค

• เอเชียแปซิฟิก: 9.3% CAGR
• ยุโรป: 10.2% CAGR
• อเมริกาเหนือ: 7.6% CAGR
• ส่วนที่เหลือของโลก: 7.9% CAGR

ส่วนแบ่งส่วนของ MIM โดยอุตสาหกรรม

• สินค้าอุปโภคบริโภค: 22%
• ยานยนต์: 21%
• อาวุธปืน: 15%
• ทางการแพทย์: 14%
• อุตสาหกรรม: 13%
• การบินและอวกาศ: 8%
• อื่น ๆ : 7%

แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยี MIM

• ระบบสารยึดเกาะใหม่เพื่อลดข้อบกพร่องและเปิดใช้งานรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อน
• สูตรวัตถุดิบใหม่สำหรับการโหลดผงที่ดีขึ้นและการเผา
• MIM MORTERIAL MIM รวมผงที่แตกต่างกันเป็นองค์ประกอบเดียว
• ระบบอัตโนมัติหลังการประมวลผลเช่นการตัดเฉือนการเข้าร่วมการทำเกลียว ฯลฯ
• เทคนิคการผลิตแบบไฮบริด MIM +
• วิธีการทำความร้อนแบบใหม่เช่นการเผาไมโครเวฟเพื่อการประมวลผลที่เร็วขึ้น
• แบบจำลองแบบบูรณาการรวมฟิสิกส์และขั้นตอนการผลิตหลายขั้นตอน
• เพิ่มการยอมรับระบบการจัดการคุณภาพ

สรุป

ประเด็นที่สำคัญ:

• MIM ช่วยให้การผลิตส่วนประกอบโลหะที่ซับซ้อนสูงผ่านการรวมการฉีดขึ้นรูปและผงโลหะ
• เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ซับซ้อนและมีความแม่นยำสูงในอุตสาหกรรมการแพทย์อาวุธปืนยานยนต์การบินและอวกาศและอุตสาหกรรมผู้บริโภค
• ประโยชน์รวมถึงรูปร่างใกล้เน็ตตัวเลือกวัสดุที่กว้างคุณสมบัติเชิงกลที่ดีใกล้กับวัสดุดัด
• เกี่ยวข้องกับการขึ้นรูปของวัตถุดิบขั้นตอนการ debinding และการเผาโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ
• ต้องการความเชี่ยวชาญในการออกแบบส่วนการพัฒนาวัตถุดิบการสร้างแบบจำลองกระบวนการการควบคุมข้อบกพร่องและการจัดการคุณภาพ
• คาดว่าจะเติบโตที่ 8.7% CAGR ทั่วโลกโดยความต้องการในอุตสาหกรรม
• การพัฒนาเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่องสำหรับการประมวลผลที่เร็วขึ้นวัสดุที่เพิ่มขึ้นระบบอัตโนมัติที่เพิ่มขึ้นและคุณภาพส่วนที่ดีขึ้น

คำถามที่พบบ่อย

ถาม: อะไรคือข้อดีที่สำคัญของเทคโนโลยี MIM?

ตอบ: ข้อดีหลักของ MIM คือ:

• ความสามารถในการผลิตรูปทรงเรขาคณิตขนาดเล็กที่ซับซ้อนไม่สามารถทำได้ผ่านการตัดเฉือนหรือการหล่อ
• การผลิตรูปร่างใกล้เน็ตส่งผลให้

ถาม: ความสามารถในการยอมรับทั่วไปของ MIM คืออะไร?

ตอบ: โดยทั่วไป MIM สามารถบรรลุความคลาดเคลื่อนของ +/- 0.5% แม้ว่า +/- 0.3% เป็นไปได้สำหรับรูปทรงเรขาคณิตและการตัดเฉือนบางอย่างอาจจำเป็นสำหรับความคลาดเคลื่อนที่เข้มงวดมากขึ้น

ถาม: ชิ้นส่วนขนาดใดที่สามารถผลิตได้โดยใช้ MIM?

ตอบ: MIM สามารถผลิตชิ้นส่วนได้จาก 0.1 กรัมจนถึงมวลประมาณ 250 กรัม ชิ้นส่วนที่มีขนาดใหญ่ขึ้นเป็นไปได้ แต่ท้าทายเนื่องจากข้อ จำกัด ในขนาดเครื่องขึ้นรูป

ถาม: MIM เปรียบเทียบกับการฉีดพลาสติกฉีดอย่างไร?

ตอบ: ในขณะที่ทั้งคู่ใช้อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูป MIM สามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะในขณะที่พลาสติกมีความแข็งแรงต่ำกว่ามาก แต่ MIM มีอัตราการผลิตที่ต่ำกว่าและต้นทุนที่สูงกว่าการฉีดพลาสติก

ถาม: การบำบัดความร้อนใดที่ใช้ใน MIM?

ตอบ: กระบวนการเผาใน MIM นั้นเกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนถึงจุดหลอมเหลวของผงโลหะเกือบจะไม่จำเป็นต้องใช้ความร้อนอีกต่อไป การบำบัดความร้อนเพิ่มเติมสามารถทำได้ตามที่จำเป็นในการแก้ไขคุณสมบัติ

ถาม: วัสดุอะไรที่สามารถใช้ใน MIM ได้?

ตอบ: วัสดุที่หลากหลายมีความสามารถ MIM รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิม, เหล็กกล้าเครื่องมือ, ซุปเปอร์อัลลอย, ไทเทเนียม, อัลลอยด์หนักทังสเตนและโลหะผสมแม่เหล็กท่ามกลางคนอื่น ๆ การพัฒนาวัสดุใหม่เป็นพื้นที่วิจัยที่สำคัญใน MIM

ถาม: MIM เปรียบเทียบกับการพิมพ์ 3D โลหะได้อย่างไร?

ตอบ: MIM สามารถผลิตปริมาณที่สูงขึ้นด้วยพื้นผิวที่ดีขึ้นและคุณสมบัติเชิงกล แต่การพิมพ์ 3 มิติให้อิสระในการออกแบบมากขึ้นและเวลาที่เร็วขึ้นในการทำตลาดสำหรับต้นแบบหรือชิ้นส่วนที่กำหนดเอง

รู้กระบวนการพิมพ์ 3 มิติเพิ่มเติม