Đúc kim loại
Đúc phun kim loại (MIM) là một quá trình gia công kim loại, trong đó kim loại bột mịn được trộn với vật liệu kết dính để tạo ra một "nguyên liệu" sau đó được định hình và hóa rắn bằng phương pháp ép phun . Quá trình đúc cho phép khối lượng lớn, các bộ phận phức tạp được định hình trong một bước duy nhất. Sau khi đúc, bộ phận trải qua các hoạt động điều hòa để loại bỏ chất kết dính (gỡ lỗi) và làm đậm đặc bột. Thành phẩm là các thành phần nhỏ được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp và ứng dụng.
Hành vi của nguyên liệu MIM được chi phối bởi lưu biến học , nghiên cứu về bùn, huyền phù và các chất lỏng phi Newton khác.
Do những hạn chế của thiết bị hiện tại, các sản phẩm phải được đúc bằng cách sử dụng số lượng 100 gram hoặc ít hơn cho mỗi lần "bắn" vào khuôn. Ảnh này có thể được phân phối thành nhiều khoang, giúp MIM tiết kiệm chi phí cho các sản phẩm nhỏ, phức tạp, khối lượng lớn, nếu không sẽ tốn kém khi sản xuất. Nguyên liệu MIM có thể bao gồm rất nhiều kim loại, nhưng phổ biến nhất là thép không gỉ, được sử dụng rộng rãi trong luyện kim bột . Sau khi đúc ban đầu, chất kết dính nguyên liệu được loại bỏ và các hạt kim loại được liên kết khuếch tán và đậm đặc để đạt được các đặc tính cường độ mong muốn. Hoạt động thứ hai thường thu nhỏ sản phẩm 15% theo mỗi chiều.
Thị trường ép phun kim loại đã tăng từ 9 triệu đô la Mỹ năm 1986, lên 382 triệu đô la Mỹ năm 2004 lên hơn 1,5 tỷ đô la Mỹ năm 2015. Một công nghệ liên quan là ép phun bột gốm, dẫn đến tổng doanh thu khoảng 2 tỷ đô la Mỹ. Hầu hết sự tăng trưởng trong những năm gần đây là ở châu Á.
Quá trình
Các bước của quy trình liên quan đến việc kết hợp bột kim loại với các polyme như chất kết dính sáp và polypropylen để tạo ra hỗn hợp "nguyên liệu" được bơm dưới dạng chất lỏng vào khuôn bằng máy ép phun nhựa. Các phần đúc hoặc "phần xanh" được làm mát và đẩy ra khỏi khuôn. Tiếp theo, một phần vật liệu kết dính được loại bỏ bằng dung môi, lò nhiệt, quá trình xúc tác hoặc kết hợp các phương pháp. Phần kết quả, dễ vỡ và xốp (40 phần trăm thể tích "không khí"), trong một điều kiện gọi là giai đoạn "nâu". Để cải thiện việc xử lý thường thì việc gỡ rối và thiêu kết được kết hợp thành một quy trình duy nhất. Quá trình thiêu kết làm nóng bột đến nhiệt độ gần điểm nóng chảy trong lò khí quyển bảo vệ để làm đậm đặc các hạt bằng lực mao dẫn trong một quá trình gọi là thiêu kết . Các bộ phận MIM thường được thiêu kết ở nhiệt độ gần đủ cao để gây ra sự nóng chảy một phần trong quá trình gọi là thiêu kết pha lỏng. Ví dụ, thép không gỉ có thể được nung nóng đến 1350 đến 1400 độ C). Tốc độ khuếch tán cao dẫn đến co rút và mật độ cao. Nếu được thực hiện trong chân không, thông thường sẽ đạt mật độ rắn 96% 99%. Kim loại sản phẩm cuối có các tính chất cơ lý tương đương với các bộ phận ủ được chế tạo bằng phương pháp gia công kim loại cổ điển. Các phương pháp xử lý nhiệt thiêu kết cho MIM cũng giống như với các tuyến chế tạo khác, và với mật độ cao, thành phần MIM tương thích với các phương pháp xử lý kim loại như mạ , thụ động , ủ, thấm cacbon, thấm nitơ và làm cứng kết tủa.
Các ứng dụng
Cửa sổ của lợi thế kinh tế trong các bộ phận đúc kim loại nằm ở độ phức tạp và khối lượng cho các bộ phận kích thước nhỏ. Vật liệu MIM có thể so sánh với kim loại được hình thành bằng các phương pháp cạnh tranh và các sản phẩm cuối cùng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng công nghiệp, thương mại, y tế, nha khoa, vũ khí, hàng không vũ trụ và ô tô . Dung sai kích thước là 0,3% là phổ biến và gia công là cần thiết để dung sai gần hơn. MIM có thể sản xuất các bộ phận khó, hoặc thậm chí là không thể, để sản xuất một mặt hàng một cách hiệu quả thông qua các phương tiện chế tạo khác. Lý tưởng nhất là thông số kỹ thuật tối thiểu 75 chiều trong một thành phần chỉ có kích thước tối đa 25 mm và khối lượng 10 g là tốt nhất - ví dụ như cần thiết cho vỏ đồng hồ, phích cắm điện thoại di động và bản lề máy tính xách tay. Chi phí gia tăng cho các phương pháp sản xuất truyền thống vốn có do độ phức tạp của bộ phận, chẳng hạn như luồng trong / ngoài, thu nhỏ hoặc đánh dấu nhận dạng, thường không làm tăng chi phí trong hoạt động MIM do tính linh hoạt của ép phun.
Các khả năng thiết kế khác có thể được triển khai trong hoạt động MIM bao gồm mã sản phẩm, số bộ phận hoặc tem ngày; các bộ phận được sản xuất để giảm trọng lượng vật liệu và chi phí vật liệu; Mật độ được kiểm soát trong vòng 95 chỉ98%; Sự hợp nhất của các bộ phận và Hình học 3D phức tạp .
Khả năng kết hợp nhiều hoạt động thành một quy trình đảm bảo MIM thành công trong việc tiết kiệm thời gian sản xuất cũng như chi phí, mang lại lợi ích đáng kể cho các nhà sản xuất. Quá trình ép phun kim loại có thể là một công nghệ xanh do giảm lãng phí đáng kể so với các phương pháp sản xuất "truyền thống" như gia công CNC 5 trục. Tuy nhiên, một số hoạt động cũ tạo ra khí thải độc hại như formaldehyd, thải bỏ dung môi clo và phải đốt cháy sáp hoặc các polyme khác, dẫn đến phát thải khí nhà kính.
Có một loạt các tài liệu có sẵn khi sử dụng quy trình MIM. Các quy trình gia công kim loại truyền thống thường liên quan đến một lượng chất thải vật liệu đáng kể, khiến MIM trở thành một lựa chọn hiệu quả cao để chế tạo các thành phần phức tạp bao gồm các hợp kim đắt tiền / đặc biệt ( coban-chrome , thép không gỉ 17-4 PH , hợp kim titan và cacbua vonfram ). MIM là một lựa chọn khả thi khi các thông số kỹ thuật của tường cực mỏng (nghĩa là 100 micromet) được yêu cầu. Ngoài ra, các yêu cầu che chắn EMI ( Giao thoa điện từ ) đã đưa ra những thách thức độc đáo, đang đạt được thành công thông qua việc sử dụng các hợp kim đặc biệt.