Come utilizzare il MIM nella produzione di componenti metallici

Lo stampaggio a iniezione di metallo (MIM) è una tecnologia adatta alla fabbricazione di pezzi piccoli o di medie dimensioni con geometrie complesse. È possibile utilizzare una varietà di materiali (acciai inossidabili, acciai basso-legati, materiali magnetici dolci, acciai per utensili o materiali ceramici). Il MIM combina la tecnica e la versatilità dello stampaggio a iniezione della plastica con la sinterizzazione per fabbricare pezzi metallici ad alta densità e con tolleranze geometriche ristrette.

L'immagine seguente mostra il processo MIM.

Prime fasi. Fabbricazione dello stampo: Gli stampi utilizzati nel processo MIM sono realizzati in acciaio altamente resistente, hanno una geometria complessa e sono più impegnativi da realizzare rispetto agli stampi utilizzati per lo stampaggio a iniezione della plastica. Quando si realizza la cavità, è importante tenere conto del ritiro del materiale che verrà iniettato; ciò significa che la cavità deve essere più grande del pezzo effettivamente desiderato. In questa fase è fondamentale attenersi alle regole di progettazione della tecnologia per ottenere un prodotto stabile e impeccabile.

Il numero di cavità nello stampo dipende dalla geometria e dalle dimensioni del pezzo desiderato e può variare da una a dieci cavità in totale. Il numero abituale di cavità è compreso tra due e quattro; il tempo di produzione può variare tra 15 e 60 secondi.

Feedstock o materiale primario: Il materiale primario è costituito da polvere metallica con una dimensione delle particelle massima di 32 micrometri (almeno l'80% del materiale deve essere inferiore a 22 micrometri), miscelata con leganti e normalmente fornita sotto forma di pellet. I leganti sono costituiti da termoplastici, cere, polimeri e altre sostanze.

La caratterizzazione e il controllo del feedstock sono fondamentali per calibrare i parametri dei processi successivi, in particolare l'iniezione e la sinterizzazione, e ottenere le tolleranze e la ripetibilità desiderate.

Iniezione: Ora il feedstock viene iniettato nello stampo. I parametri più importanti in questa fase sono la precisione, la portata e le temperature (della testa di iniezione e dello stampo). I parametri di iniezione devono essere adattati alla geometria del pezzo desiderato. Il know-how del produttore è fondamentale per ottenere pezzi integri e privi di difetti interni. Il pezzo ottenuto in questa fase produttiva è chiamato “pezzo verde”. Durante l'estrazione dalla cavità, il materiale subisce normalmente il primo ritiro (0,7 – 0,9% quando si utilizzano acciai al carbonio o basso-legati, circa 0,4% quando si utilizzano acciai inossidabili).

Rimozione del legante: Il legante necessario per il processo di iniezione deve ora essere rimosso. Questa rimozione può avvenire in diversi modi: 100% termica, a base d'acqua, con solventi o mediante una reazione catalitica.

Il processo di rimozione del legante può essere eseguito in forni a lotti sottovuoto o in forni continui. I vantaggi dell'utilizzo di forni continui sono l'assenza di movimentazione manuale e la possibilità di trasferire direttamente lo stato marrone alla sinterizzazione. Durante questo processo, il pezzo è particolarmente instabile e molto soggetto a deformazioni e altri danni; ciò rende l'assenza di movimentazione manuale un fattore importante per l'affidabilità del processo.

Sinterizzazione: La sinterizzazione è l'ultima fase del processo, durante la quale si raggiunge la densità desiderata grazie all'interdiffusione delle particelle metalliche dovuta alle reazioni termiche e al gas di processo (H2 o N2, a seconda del tipo di lega). I pezzi possono essere sinterizzati in forni a lotti sottovuoto (particolarmente adatti per piccoli volumi di produzione o materiali speciali) o in forni continui (più adatti per volumi di produzione maggiori).