金属射出成形

金属射出成形（MIM）の概要

金属射出成形 (MIM）は、プラスチック射出成形の汎用性と粉末冶金の強度と完全性を組み合わせた製造プロセスです。MIMは、複雑で大量の金属部品を、非常に高い精度で製造するのに理想的な方法です。MIMは、従来の金属加工プロセスでは困難または不可能な複雑な形状を作成する場合に特に有利です。

このプロセスでは、微粉末の金属をバインダー材料と混合して原料を作り、それを射出成形で希望の形状に成形する。成形後、部品はバインダーを除去する脱バインダー工程を経て、金属粒子が高温で融合する焼結工程を経て、高密度の固形部品となる。

なぜMIMが重要なのか？

MIMは従来の金属加工技術に比べ、材料の無駄を省き、大量生産時の製造コストを低減し、公差の厳しい複雑な形状を作ることができるなど、いくつかの利点がある。このプロセスは、自動車、航空宇宙、医療機器、家電製品など、精度と性能が最重要視される産業で特に価値が高い。

金属射出成形用原料の組成

金属射出成形で使用される原料は、金属粉末とバインダーのブレンドから構成されています。金属粉末の選択は、機械的特性、耐腐食性、コストなど、最終部品の特定の要件に依存します。

MIMに使用される金属粉末の種類

メタルパウダー	作曲	プロパティ	一般的なアプリケーション
316Lステンレス鋼	鉄（Fe）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、モリブデン（Mo）	高耐食性、優れた機械的特性	医療機器、航空宇宙部品、自動車部品
17-4 PHステンレス鋼	鉄（Fe）、クロム（Cr）、ニッケル（Ni）、銅（Cu）	高強度、良好な耐食性	航空宇宙、軍事、外科用器具
コバルト・クロム	コバルト（Co）、クロム（Cr）、モリブデン（Mo）	優れた耐摩耗性と耐食性、生体適合性	医療用インプラント、歯科補綴物
チタン（Ti-6Al-4V）	チタン（Ti）、アルミニウム（Al）、バナジウム（V）	高い強度対重量比、優れた耐食性	航空宇宙、医療用インプラント、高性能自動車部品
インコネル718	ニッケル（Ni）、クロム（Cr）、鉄（Fe）、モリブデン（Mo）	高温および耐食性	タービンブレード、航空宇宙、化学処理装置
M2工具鋼	鉄（Fe）、タングステン（W）、モリブデン（Mo）、バナジウム（V）	高硬度、耐摩耗性	切削工具、金型
Fe-Ni系軟磁性合金	鉄（Fe）、ニッケル（Ni）	高透磁率、低保磁力	磁気コア、センサー、アクチュエーター
タングステン重合金	タングステン（W）、ニッケル（Ni）、鉄（Fe）、銅（Cu）	高密度、放射線遮蔽	カウンターウェイト、放射線遮蔽、制振装置
銅合金	銅（Cu）、亜鉛（Zn）、錫（Sn）、ニッケル（Ni）	高電導率と熱伝導率	電気コネクター、ヒートシンク、配管継手
アルミニウム合金	アルミニウム（Al）、ケイ素（Si）、マグネシウム（Mg）	軽量、優れた耐食性	自動車部品、家電製品、航空宇宙部品

MIMにおける金属粉末の主要特性

金属粉末の選択は、MIM部品の最終的な特性を決定する上で極めて重要である。金属粉末は次のような特性を持たなければならない：

粒子径と分布： MIMに使用されるパウダーの粒径は通常2～20ミクロンである。均一な充填を保証し、欠陥を減らすためには、狭い粒度分布が好ましい。
形だ： 球状粉末は一般にMIMに好まれるが、その理由は射出成形工程で重要な流動特性と充填密度が優れているからである。
純粋性: 最終部品の欠陥や機械的特性の低下につながるコンタミネーションを避けるためには、高純度の金属粉が不可欠です。
バインダーの互換性： 金属粉末は、均質な混合と最適な処理を保証するために、原料に使用されているバインダーと適合性がなければならない。

の特徴金属射出成形

金属射出成形は、様々な産業にとって魅力的な製造プロセスであるユニークな特性を提供します。これらの特徴は、粉末冶金とプラスチック射出成形技術の組み合わせに由来します。

高い複雑性と精度

MIMは、他の製造方法では困難な複雑な形状や微細なディテールを持つ部品を製造することができる。この精度は、医療機器や航空宇宙部品など、複雑な設計や厳しい公差が不可欠な産業にとって特に有益です。

材料効率

MIMの主な利点のひとつは、その材料効率にある。この工程では、余分な材料を工程に戻してリサイクルできることが多いため、従来の金属加工法に比べて廃棄物が最小限に抑えられる。この効率はコストを削減するだけでなく、持続可能な取り組みにも貢献する。

機械的特性

MIMによって製造された部品は、溶製材に匹敵する機械的特性を示す。焼結プロセスにより、金属粒子が融合して緻密で強固な構造を形成するため、高い強度、硬度、耐摩耗性を備えた部品が得られる。

素材選択の多様性

MIMは幅広い金属粉末と互換性があるため、メーカーは用途に最も適した材料を選択することができる。この汎用性は、特定の強度対重量比、耐食性、磁気特性など、カスタマイズされた特性を持つ部品を作成する能力にも及んでいる。

大量生産における費用対効果

MIMの初期金型費用とセットアップ費用は高額になる可能性がありますが、大量生産では費用対効果が非常に高くなります。無駄を最小限に抑えながら複雑な部品を大量生産できるため、大幅なコスト削減につながります。

金属射出成形の用途

金属射出成形は、複雑で高性能な部品を大規模に生産する能力により、幅広い産業で利用されています。以下では、MIMの主な用途のいくつかを紹介し、このプロセスがさまざまな分野でどのようにイノベーションを促進しているかを紹介します。

自動車産業

自動車分野では、ギアシステム、ターボチャージャー部品、燃料噴射ノズルなど、高い精度と強度が要求される部品の製造にMIMが使用されている。このプロセスは、燃費と性能の向上に貢献する軽量で耐久性のある部品の製造を可能にする。

航空宇宙産業

航空宇宙産業は、極端な温度や圧力に耐える軽量で高強度の部品を製造できるMIMの能力から恩恵を受けている。一般的な用途としては、タービンブレード、構造部品、ファスナーなどがある。

医療機器

MIMは、生体適合性と精度が重要な医療業界に特に適している。このプロセスは、手術器具、歯列矯正ブラケット、インプラント器具の製造に使用されている。チタンやコバルトクロムのような材料は、その優れた機械的特性と生体適合性から一般的に使用されている。

コンシューマー・エレクトロニクス

民生用電子機器分野では、コネクター、ヒンジ、ケーシングなど、小型で複雑な部品の製造にMIMが採用されている。電子機器の小型化には、微細で公差の厳しい部品を製造する能力が不可欠である。

銃器と防衛

銃器業界では、トリガーアセンブリ、照準器マウント、安全機構などの部品を製造するためにMIMを活用しています。このプロセスの精度と高強度部品を製造する能力は、厳しい安全基準と性能基準を満たす必要がある銃器部品の製造に理想的です。

産業用途

MIMは、切削工具、歯車、ファスナーの製造を含む様々な産業用途でも使用されています。耐摩耗性で高強度の部品を作ることができるこのプロセスは、耐久性と性能が重要な産業現場で重宝されている。

歯科補綴

歯科業界では、MIMはクラウン、ブリッジ、アバットメントなどの補綴部品の製造に使用されています。このプロセスでは、従来の材料と比較して優れた強度と寿命を提供する、カスタムフィットの生体適合性部品を作成することができます。

エネルギーセクター

エネルギー分野では、発電や石油・ガス探査用の部品の製造にMIMが利用されている。タービンブレード、バルブ部品、掘削工具などの部品は、過酷な環境に耐える高強度、耐腐食性の部品を製造するプロセスの能力から恩恵を受けている。

ジュエリーと高級品

MIMは宝飾品や高級品の市場でも人気を集めており、貴金属を使った複雑なデザインの製作に使われている。このプロセスにより、耐久性と審美性を兼ね備えた、細部まで作り込まれた特注品を作ることができる。

スポーツ用品

スポーツ用品業界では、MIMはゴルフクラブ、銃器、高性能自転車の部品の製造に使用されている。このプロセスは、スポーツ用品の性能と耐久性を向上させる軽量で高強度な部品の製造を可能にする。

仕様、サイズ、規格金属射出成形

金属射出成形に関しては、仕様、サイズ、規格を理解することは、最終製品の品質と性能を確保するために非常に重要です。これらのパラメータは、多くの場合、アプリケーションと業界の要件によって規定されています。

共通の仕様と規格

仕様/規格	説明	アプリケーション
ASTM F2885	ステンレス合金MIM標準仕様書	医療機器、手術器具、航空宇宙部品の製造に使用される。
ISO 22068	MIMプロセス制御と品質保証の国際規格	MIM生産部品の一貫した品質と性能を保証するために、産業界全体に適用される
MPIFスタンダード35	金属粉末および金属焼結部品の材料規格	自動車、航空宇宙、工業用途で広く使用され、材料特性を標準化
ISO 5755	公差および寸法を含む焼結金属部品の規格	MIM部品の寸法精度と均一性の確保
AMS 7715	ニッケル基合金のMIM用航空宇宙材料規格	高温耐性と耐食性を必要とする航空宇宙部品に不可欠
DIN 30910	金属射出成形部品のドイツ規格	欧州の製造業でMIM部品の品質保証によく使用されている
JIS Z2550	MIMプロセスを含む粉末冶金に関する日本規格	日本で自動車や家電に使用されるMIM部品の安定した品質を確保
MIL-STD-883	MIM部品を含むマイクロエレクトロニクス部品の軍事規格	信頼性と性能を保証するため、防衛・軍事機器の製造に適用される。

サイズ範囲と公差

MIMは、幅広いサイズと公差を持つ部品の製造を可能にします。部品のサイズは通常、射出成形機の能力と焼結プロセスによって制限されます。

部品サイズ： MIM部品は通常、0.1グラムから100グラムの範囲であり、一部の特殊工程では250グラムまでの部品を製造することができる。
公差： MIM部品の標準公差は通常、寸法の±0.5%だが、二次加工により±0.3%の厳しい公差を達成できる。

素材グレード

MIMに使用される材料等級は、要求される機械的特性、耐食性、およびコストの考慮に基づいて選択されます。以下は、MIMで使用される一般的な材料グレードです：

素材グレード	説明	アプリケーション
316L (uns s31603)	耐食性に優れた低炭素オーステナイト系ステンレス鋼	医療用インプラント、航空宇宙部品
17-4 PH (uns S17400)	高強度析出硬化ステンレス鋼	航空宇宙、軍事、外科用器具
Ti-6Al-4V (グレード 5)	高い強度対重量比のチタン合金	航空宇宙、医療用インプラント、高性能部品
インコネル718（UNS N07718）	高温強度と耐食性を備えたニッケルクロム合金	タービンブレード、航空宇宙、化学処理
コバルトクロム（ASTM F75）	優れた耐摩耗性と耐食性を持つ合金	医療用インプラント、歯科補綴物

金属射出成形の納入業者と価格詳細

MIM材料とサービスのサプライチェーンはグローバルで、多数のサプライヤーが幅広い金属粉末、バインダー、MIM加工装置を提供している。価格は材料、部品の複雑さ、生産量によって異なります。

MIM業界の主要サプライヤー

サプライヤー	取扱商品	場所	価格の範囲
高度な金属加工	金属粉末、バインダー、MIM装置	アメリカ	$50～$200/kg（粉体）
サンドビック・マテリアル	高性能金属粉	スウェーデン	$80～$250/kg（合金による）
GKN Hoeganaes	金属粉末、カスタムMIMソリューション	アメリカ	$60〜$180/kg
日立金属	特殊金属粉末、MIM部品	日本	$90〜$300/kg
モリワークスマテリアル	リサイクル金属粉、持続可能なMIMソリューション	アメリカ	$70〜$220/kg
カーペンター・テクノロジー	プレミアム金属粉末、航空宇宙グレードの素材	アメリカ	$100〜$350/kg
CNPC 粉体	MIM用の幅広い金属粉末	中国	$40〜$150/kg
エプソンアトミックス	超微粒子金属粉、MIMバインダー	日本	$100〜$300/kg
HCスタルク・ソリューションズ	耐火金属、MIMパウダー	ドイツ	$120〜$400/kg（タングステン合金用）
ミメテ社	カスタムMIMパウダーとサービス	イタリア	$80〜$250/kg

価格に関する考察

MIM部品のコストは、以下のようないくつかの要因に影響される：

素材の種類 チタンやインコネルのような高性能材料は、標準的なステンレス鋼よりも高価である。
パート・コンプレックス： 複雑な形状の部品ほど、より高度な金型と長い生産時間が必要となり、コストが上昇する可能性がある。
生産量： 生産量が多ければ多いほど、規模の経済により部品単価が安くなるのが一般的だ。
セカンダリー・オペレーション 機械加工、熱処理、表面仕上げなどの追加工程は、MIM部品の総コストを押し上げる可能性がある。

のメリットとデメリット金属射出成形

金属射出成形は多くの利点を提供する一方で、一定の制限も伴います。これらの長所と短所を理解することは、MIMが特定のアプリケーションに適した製造プロセスであるかどうかを判断するために不可欠です。

金属射出成形の利点

メリット	説明
複雑な幾何学	MIMは、他の方法では実現が難しい複雑なデザインや細かいディテールを持つ部品を製造することができる。
高精度	このプロセスは、重要な用途に不可欠な、厳しい公差と正確な寸法を可能にする。
材料効率	MIMは廃棄物をほとんど出さないため、費用対効果が高く、環境に優しいプロセスである。
汎用性	MIMは幅広い材料に対応しており、部品の特性をカスタマイズできる。
スケーラビリティ	このプロセスは拡張性が高く、大量生産に最適である。

金属射出成形の欠点

デメリット	説明
高いイニシャルコスト	MIMの初期金型費用とセットアップ費用は高額になる可能性があり、少量生産では経済的でない。
材料の制限	すべての金属がMIMに適しているわけではなく、このプロセスは非常に大きな部品や非常に小さな部品には理想的でないかもしれない。
脱バインダーと焼結の複雑さ	脱バインダーと焼結の工程では、欠陥を避け、安定した品質を確保するために、精密な制御が要求される。
後処理の要件	部品によっては、追加の機械加工、熱処理、表面仕上げが必要になり、全体的なコストがかさむこともある。
サイクルタイム	MIMは一般的に、焼結工程が追加されるため、プラスチック射出成形に比べてサイクルタイムが長くなる。

金属射出成形プロセスフロー

金属射出成形のプロセスフローを理解することは、生産を最適化し、高品質の部品を確保するために非常に重要です。工程はいくつかの重要なステップに分けることができ、それぞれが最終製品の品質と性能に重要な役割を果たします。

1.原料の準備

MIMプロセスの最初のステップは、金属粉末とバインダーシステムの混合物である原料を準備することである。バインダーは金属粒子を結合させ、所望の形状に成形できるようにする。原料は通常、金属粉末とバインダーを高温で混合し、均質性を確保することで調製される。

2.射出成形

原料が準備されると、射出成形機に投入される。この機械は、バインダーが流動性を持つ温度まで原料を加熱し、材料を金型のキャビティに注入できるようにする。金型は、原料を複雑な形状や細かいディテールを持つ希望の形状に成形するように設計されている。射出後、「グリーン部品」として知られる成形部品は冷却され、金型から排出される。

3.脱バインダー

グリーン部分にはまだかなりの量のバインダーが含まれており、焼結前にこれを除去しなければならない。脱バインダー工程は通常、溶媒抽出と熱分解の組み合わせを含む。溶媒抽出では、主要バインダー成分を溶解する溶媒に部品を浸す。続いて熱脱バインダーが行われ、制御された雰囲気中で部品を加熱することにより、残りのバインダーが除去される。

4.焼結

脱バインダー後、部品は高温で焼結され、材料にもよるが、通常1,200℃から1,450℃の間で焼結される。焼結中、金属粒子は互いに融合し、溶製材と同様の特性を持つ緻密で強固な部品が得られる。焼結工程では、通常約15～20%の収縮が生じます。

設計段階。

5.後処理

場合によっては、MIM部品は、所望の特性または仕上げを達成するために、追加の後処理工程を必要とすることがある。一般的な後加工には、機械加工、熱処理、表面仕上げ、コーティングなどがあります。これらの工程は、最終部品の寸法精度、機械的特性、美観を向上させるのに役立ちます。

FAQ

質問	回答
MIMとは何か？	金属射出成形（MIM）は、プラスチック射出成形と粉末冶金の技術を組み合わせて、複雑な金属部品を高精度で製造する製造プロセスである。
MIMに使用できる材料は？	MIMでは、ステンレス鋼、チタン、コバルトクロム、各種ニッケル基合金など、さまざまな材料を使用することができる。
MIMの利点は何ですか？	MIMには、複雑な形状の製造能力、高い材料効率、大量生産のための拡張性など、いくつかの利点がある。
MIMの限界とは？	MIMの限界には、初期コストの高さ、材料の制限、脱バインダーおよび焼結工程での精密な制御の必要性などがある。
MIMは従来の製造方法と比べてどうなのか？	機械加工や鋳造のような従来の方法と比べ、MIMは公差が厳しく無駄の少ない複雑な部品の大量生産に適している。
MIMはどのような産業で使われているのか？	MIMは、自動車、航空宇宙、医療機器、家電、銃器など、さまざまな産業で使用されている。
MIM部品の一般的なサイズは？	MIM部品のサイズは通常0.1グラムから100グラムで、プロセスによっては250グラムまで製造可能なものもある。
MIM部品は後加工できますか？	MIM部品は、機械加工、熱処理、表面仕上げなどの後処理工程を経て、特性や仕上げを向上させることができる。
MIM部品のコストは？	MIM部品のコストは、材料、複雑さ、生産量によって異なる。しかし、MIMは一般的に大量生産では費用対効果が高い。
MIMの典型的な用途は？	MIMの代表的な用途には、自動車部品、航空宇宙部品、医療機器、家電製品などがある。

結論

金属射出成形は、さまざまな産業で支持され続けている革新的な製造プロセスである。複雑で高性能な部品を、卓越した精度と材料効率で製造できるMIMの能力は、現代の製造業にとって貴重なツールとなっている。技術が進歩し、新しい材料が開発されるにつれて、MIMの潜在的な用途は拡大し続けるだろう。

自動車産業、航空宇宙産業、医療産業、エレクトロニクス産業のいずれにおいても、MIMの機能と利点を理解することは、製造プロセスについて十分な情報に基づいた意思決定を行う上で役立ちます。汎用性、拡張性、精度のユニークな組み合わせにより、金属射出成形は製造業の将来において重要な役割を果たす態勢を整えています。

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