Verwendung von MIM bei der Herstellung von Metallteilen

Metal Injection Moulding (MIM) ist eine geeignete Technologie zur Herstellung kleiner oder mittelgroßer Teile mit komplexer Geometrie. Es kann eine Vielzahl von Materialien verwendet werden (rostfreie Stähle, niedriglegierte Stähle, weichmagnetische Werkstoffe, Werkzeugstahl oder keramische Werkstoffe). MIM kombiniert die Technik und Vielseitigkeit des Kunststoffspritzgießens mit dem Sintern, um Metallteile mit hoher Dichte und engen geometrischen Toleranzen herzustellen.

Das folgende Bild zeigt den MIM-Prozess.

Erste Schritte. Herstellung des Werkzeugs: Die im MIM-Prozess eingesetzten Werkzeuge bestehen aus hochfestem Stahl, haben eine komplexe Geometrie und sind anspruchsvoller als die beim Kunststoffspritzgießen verwendeten Werkzeuge. Bei der Herstellung der Form ist die Schrumpfung des einzuspritzenden Materials zu berücksichtigen. Das bedeutet, dass die Form größer sein muss als das tatsächlich gewünschte Teil. In diesem Schritt ist es entscheidend, die Konstruktionsregeln der Technologie einzuhalten, um ein stabiles und makelloses Produkt zu erhalten.

Die Anzahl der Formhohlräume im Werkzeug hängt von der Geometrie und den Abmessungen des gewünschten Teils ab und kann insgesamt zwischen einem und zehn Formhohlräumen liegen. Üblicherweise sind es zwei bis vier Formhohlräume; die Produktionszeit kann zwischen 15 und 60 Sekunden liegen.

Feedstock oder Ausgangsmaterial: Das Ausgangsmaterial besteht aus Metallpulver mit einer Partikelgröße von maximal 32 Mikrometern (mindestens 80 % des Materials müssen kleiner als 22 Mikrometer sein), das mit Bindemitteln vermischt ist und normalerweise in Form von Pellets vorliegt. Die Bindemittel bestehen aus Thermoplasten, Wachsen, Polymeren und anderen Stoffen.

Die Charakterisierung und Kontrolle des Feedstocks sind entscheidend, um die Parameter der nachfolgenden Prozesse, insbesondere des Spritzgießens und Sinterns, zu kalibrieren und die gewünschten Toleranzen und die Wiederholgenauigkeit zu erzielen.

Spritzgießen: Nun wird der Feedstock in das Werkzeug eingespritzt. Die wichtigsten Parameter in diesem Schritt sind die Präzision, das Durchflussvolumen und die Temperaturen (des Spritzkopfes und des Werkzeugs). Die Spritzgießparameter müssen an die Geometrie des gewünschten Teils angepasst werden. Das Know-how des Herstellers ist entscheidend, um intakte Teile ohne innere Defekte herzustellen. Das in diesem Fertigungsschritt erhaltene Teil wird als „Grünling“ bezeichnet. Bei der Entnahme aus der Form schrumpft das Material normalerweise zum ersten Mal (0,7 - 0,9 % bei Verwendung von Kohlenstoff- oder niedriglegierten Stählen, etwa 0,4 % bei Verwendung von rostfreien Stählen).

Entbindern: Das für den Spritzgießprozess erforderliche Bindemittel muss nun entfernt werden. Dieses Entbindern kann auf verschiedene Arten erfolgen: vollständig thermisch, auf Wasserbasis, mit Lösungsmitteln oder durch eine katalytische Reaktion.

Der Entbinderungsprozess kann in Vakuum-Kammeröfen oder Durchlauföfen durchgeführt werden. Der Vorteil von Durchlauföfen besteht darin, dass eine manuelle Handhabung vermieden wird und der Braunling direkt zum Sintern überführt werden kann. Während dieses Prozesses ist das Teil besonders instabil und sehr anfällig für Verformungen und andere Schäden, wodurch der Verzicht auf manuelle Handhabung ein wichtiger Faktor für die Zuverlässigkeit des Prozesses ist.

Sintern: Das Sintern ist der letzte Schritt des Prozesses. Dabei wird die gewünschte Dichte durch die Interdiffusion der Metallpartikel infolge thermischer Reaktionen und der Gasphase (H2 oder N2, je nach Legierungstyp) erreicht. Die Teile können in Vakuum-Kammeröfen (besonders geeignet für kleine Produktionsmengen oder spezielle Materialien) oder in Durchlauföfen (besser geeignet für größere Produktionsmengen) gesintert werden.