Metaalspuitgieten (MIM)

Overzicht van Metaal Spuitgieten (MIM)

Metal Injection Moulding (MIM) is een productieproces dat de veelzijdigheid van kunststof spuitgieten combineert met de sterkte en integriteit van metaal. Dit proces maakt massaproductie mogelijk van ingewikkelde metalen onderdelen die met traditionele methoden moeilijk, duur of zelfs onmogelijk te produceren zouden zijn. MIM is vooral voordelig voor het maken van kleine, complexe onderdelen met een hoge precisie en uitstekende mechanische eigenschappen.

Het MIM-proces begint met het mengen van metaalpoeders met een bindmiddel tot een grondstof, die vervolgens in een mal wordt gespoten om de gewenste vorm te krijgen. Het gevormde onderdeel, dat bekend staat als een "groen onderdeel", ondergaat debinding om het bindmiddel te verwijderen en vervolgens sintering om het metaalpoeder dichter te maken, wat resulteert in een uiteindelijk onderdeel dat nauw aansluit bij de oorspronkelijke ontwerpspecificaties.

Dit proces wordt zeer gewaardeerd in industrieën zoals de auto-industrie, luchtvaart, medische apparatuur, elektronica en consumentengoederen vanwege de mogelijkheid om sterke, complexe metalen onderdelen te produceren tegen lagere kosten dan bij traditioneel machinaal bewerken of gieten.

Soorten metaalpoeders gebruikt bij MIM en hun eigenschappen

Metaalpoeder	Compositie	Eigenschappen	Kenmerken
Roestvrij staal 316L	Fe-Cr-Ni-Mo	Corrosiebestendigheid, goede vervormbaarheid	Ideaal voor medische apparatuur, chirurgisch gereedschap en voedselverwerkingsapparatuur
Roestvrij staal 17-4 PH	Fe-Cr-Ni-Cu	Hoge sterkte, goede corrosiebestendigheid	Vaak gebruikt in de ruimtevaart en de automobielindustrie
Carbonylijzerpoeder	Hoogzuiver ijzer	Hoge dichtheid, magnetische eigenschappen	Gebruikt in magnetische toepassingen, zachte magnetische materialen
Nikkel gebaseerde legeringen	Ni-Cr-Mo-Fe	Hoge temperatuursterkte, corrosiebestendigheid	Geschikt voor ruimtevaart, chemische verwerking en scheepvaarttoepassingen
Titaniumlegering (Ti-6Al-4V)	Ti-Al-V	Hoge sterkte-gewichtsverhouding, biocompatibiliteit	Gebruikt in medische implantaten, ruimtevaart en hoogwaardige techniek
Kobalt-chroom legeringen	Co-Cr-Mo	Slijtvastheid, biocompatibiliteit	Vaak gebruikt in tandheelkundige en orthopedische implantaten
Wolfraamcarbide (WC-Co)	WC met Co bindmiddel	Extreme hardheid, slijtvastheid	Gebruikelijk in snijgereedschappen en slijtvaste componenten
Koperlegeringen	Cu met Zn of Sn	Uitstekende elektrische en thermische geleidbaarheid	Gebruikt in elektrische connectoren, warmtewisselaars en sanitair
Aluminiumlegeringen	Al met Mg, Si, Cu	Lichtgewicht, goede corrosiebestendigheid	Ideaal voor lichtgewicht structurele componenten
Gereedschapsstaal (M2, D2)	Fe-Cr-V-W-Mo	Hoge hardheid, slijtvastheid	Gebruikt in snijgereedschappen, matrijzen en mallen

Samenstelling van metaalspuitgieten (MIM)

De samenstelling van de grondstof die gebruikt wordt bij metaalspuitgieten is een kritieke factor die de eigenschappen van het eindproduct beïnvloedt. De grondstof bestaat meestal uit een mengsel van fijne metaalpoeders en een thermoplastisch bindmiddel. De keuze van het metaalpoeder en het bindmiddel heeft een grote invloed op de materiaaleigenschappen, de vloei-eigenschappen tijdens het gieten en het afbind- en sinterproces.

• Metaalpoeders: De metaalpoeders die in MIM worden gebruikt zijn fijn verdeelde deeltjes, meestal kleiner dan 20 micron. Deze poeders kunnen worden gemaakt van verschillende metalen, zoals roestvrij staal, titanium, wolfraamcarbide en meer. Het gekozen type metaalpoeder hangt af van de vereiste eigenschappen van het eindproduct, zoals sterkte, corrosiebestendigheid of biocompatibiliteit.
• Ordners: Het bindmiddelsysteem is meestal een mix van polymeren en wassen die de metaalpoederdeeltjes samenbindt en de noodzakelijke vloei-eigenschappen voor spuitgieten levert. Na het spuitgieten wordt het bindmiddel verwijderd door middel van een afbindproces, waarbij gebruik kan worden gemaakt van thermische, oplosmiddel- of katalytische methoden.

Belangrijkste kenmerken van MIM-materialen

Materiaal	Belangrijkste kenmerken	Typische toepassingen
Roestvrij staal 316L	Uitstekende corrosiebestendigheid, goede mechanische eigenschappen	Medische apparatuur, voedselverwerkende apparatuur, scheepsonderdelen
Titaniumlegering (Ti-6Al-4V)	Hoge sterkte-gewichtsverhouding, biocompatibiliteit	Ruimtevaartonderdelen, medische implantaten
Wolfraamcarbide (WC-Co)	Extreem hard, uitstekende slijtvastheid	Snijgereedschappen, slijtvaste componenten
Nikkel gebaseerde legeringen	Bestand tegen hoge temperaturen, corrosiebestendig	Turbineschoepen, chemische verwerkingsapparatuur
Gereedschapsstaal (M2, D2)	Hoge hardheid, uitstekende slijtvastheid	Snijgereedschappen, matrijzen, mallen

Het MIM-proces: Stap voor stap overzicht

Het proces van metaalspuitgieten bestaat uit een reeks stappen die allemaal cruciaal zijn om ervoor te zorgen dat het eindproduct voldoet aan de gewenste specificaties.

1. Grondstofvoorbereiding: De eerste stap in MIM is het maken van de grondstof, waarbij metaalpoeders worden gemengd met een bindmiddel. Het bindmiddel zorgt ervoor dat het metaalpoeder tijdens het spuitgietproces vloeit als een kunststof.
2. Spuitgieten: De grondstof wordt verwarmd en in een vormholte gespoten, waardoor het "groene deel" wordt gevormd. Dit deel is een ruwe vorm van het eindproduct, bijeengehouden door het bindmiddel.
3. Ontbinden: In deze stap wordt het bindmiddel uit het groene gedeelte verwijderd, waardoor een poreuze structuur achterblijft die bekend staat als het "bruine gedeelte". Ontbinding kan op verschillende manieren gebeuren, zoals thermische, solvent- of katalytische processen.
4. Sinteren: Het bruine onderdeel wordt in een gecontroleerde atmosfeer verhit tot net onder het smeltpunt van het metaalpoeder. Tijdens het sinteren smelten de metaaldeeltjes samen, waardoor het onderdeel dichter wordt en krimpt tot zijn uiteindelijke afmetingen.
5. Nabewerking: Afhankelijk van de toepassing kan het gesinterde onderdeel aanvullende processen ondergaan, zoals machinale bewerking, warmtebehandeling of oppervlakteafwerking, om de gewenste eigenschappen en toleranties te verkrijgen.

Overzicht MIM-proces en belangrijkste stappen

Processtap	Beschrijving	Resultaat
Grondstofvoorbereiding	Metaalpoeders mengen met bindmiddel om vormbaar materiaal te maken	Grondstof klaar voor spuitgieten
Spuitgieten	Grondstoffen in een mal spuiten om het groene onderdeel te maken	Groen deel gevormd, houdt vorm maar is breekbaar
Ontbinden	Bindmiddel uit het groene deel verwijderen om het bruine deel te vormen	Bindmiddelvrije, poreuze structuur (bruine deel)
Sinteren	Bruin deel verhitten om metaaldeeltjes te smelten	Dicht, sterk eindproduct met verminderde porositeit
Nabewerking	Extra behandelingen zoals machinale bewerking, warmtebehandeling, afwerking	Verbeterde eigenschappen, eindafmetingen en oppervlakteafwerking

Voordelen van Metaal Spuitgieten (MIM)

Waarom kiezen voor MIM in plaats van traditionele metaalbewerkingsmethoden? Er zijn verschillende overtuigende voordelen:

1. Complexe meetkunde: Met MIM kunnen ingewikkelde vormen worden gemaakt die met andere productietechnieken lastig of onmogelijk zouden zijn. Deze mogelijkheid vermindert de noodzaak voor secundaire bewerkingen zoals machinale bewerking, die tijdrovend en duur kunnen zijn.
2. Materiaalefficiëntie: Omdat MIM fijn verpoederde metalen gebruikt, is het mogelijk om bijna-net-vormig te produceren, waardoor er minder materiaal wordt verspild dan bij traditionele machinale bewerking, waarbij vaak veel materiaal wordt verwijderd.
3. Hoge precisie en consistentie: MIM produceert onderdelen met nauwe toleranties en een consistente kwaliteit, waardoor het ideaal is voor toepassingen waarbij precisie van cruciaal belang is.
4. Schaalbaarheid: Het proces is zeer schaalbaar, waardoor massaproductie van onderdelen mogelijk is tegen relatief lage kosten per eenheid, vooral bij grote volumes.
5. Materiaalvariëteit: MIM kan werken met een groot aantal metalen, waaronder roestvast staal, titanium en hoogwaardige legeringen, wat flexibiliteit biedt bij de materiaalkeuze op basis van de behoeften van de toepassing.
6. Mechanische eigenschappen: MIM-onderdelen kunnen mechanische eigenschappen hebben die vergelijkbaar zijn met die van traditionele productiemethoden, zoals gieten of smeden, waardoor ze geschikt zijn voor veeleisende toepassingen.

Voordelen van metaalspuitgieten

Voordeel	Beschrijving	Vergelijking
Complexe geometrie	In staat om ingewikkelde en gedetailleerde onderdelen te maken	Beter dan gieten en machinaal bewerken voor complexe vormen
Materiaalefficiëntie	Near-net-shape productie minimaliseert afval	Efficiënter vergeleken met subtractieve methoden
Hoogprecisie	Nauwe toleranties en consistente kwaliteit	Vergelijkbaar met CNC-verspaning
Schaalbaarheid	Geschikt voor grote volumes	Kosteneffectiever dan traditionele methoden voor grote oplagen
Materiaalvariëteit	Compatibel met een groot aantal metalen	Flexibeler dan spuitgieten
Mechanische eigenschappen	Hoge sterkte, slijtvastheid en andere gewenste eigenschappen	Vergelijkbaar met gesmede of gegoten onderdelen

Toepassingen van metaalspuitgieten (MIM)

MIM wordt in verschillende industrieën gebruikt dankzij het vermogen om kleine, complexe onderdelen efficiënt en kosteneffectief te produceren. Hieronder staan enkele van de belangrijkste toepassingen:

1. Auto-industrie: MIM-onderdelen worden gebruikt in brandstofsystemen, turbochargers, sensoren en diverse motoronderdelen. Met dit proces kunnen lichtgewicht en sterke onderdelen worden gemaakt die bijdragen aan een zuiniger brandstofverbruik en betere prestaties.
2. Lucht- en ruimtevaartindustrie: MIM wordt gebruikt om complexe, lichtgewicht onderdelen te maken voor vliegtuigmotoren, besturingssystemen en structurele componenten. De mogelijkheid om onderdelen met hoge precisie en uitstekende mechanische eigenschappen te produceren, maakt M

IM ideaal voor ruimtevaarttoepassingen.

3. Medische hulpmiddelen: De medische industrie profiteert van het vermogen van MIM om biocompatibele componenten met complexe geometrieën te maken. MIM wordt gebruikt voor het maken van chirurgische instrumenten, orthopedische implantaten en tandheelkundige apparatuur.
4. Elektronica: MIM wordt gebruikt om kleine, ingewikkelde onderdelen te maken voor elektronische apparaten, zoals connectoren, behuizingen en onderdelen voor mobiele telefoons en laptops. Het proces is zeer geschikt voor de massaproductie van onderdelen met kleine toleranties.
5. Consumptiegoederen: In de consumentengoederensector wordt MIM gebruikt voor de productie van duurzame onderdelen van hoge kwaliteit voor producten als horloges, brillen en sportartikelen.
6. Verdediging: De defensie-industrie gebruikt MIM voor de productie van lichtgewicht, sterke en duurzame onderdelen voor vuurwapens, munitie en andere militaire apparatuur.

Toepassingen van metaalspuitgieten per industrie

Industrie	Belangrijkste toepassingen	Voorbeelden van MIM componenten
Automobielen	Motoronderdelen, sensoren, turboladers	Brandstofinjectoren, klepzittingen, nokkenasonderdelen
Lucht- en ruimtevaart	Motoronderdelen, structurele onderdelen	Turbinebladen, actuatoronderdelen, bevestigingsmiddelen
Medische apparaten	Chirurgische instrumenten, orthopedische implantaten	Scalpelmesjes, botschroeven, tandbeugels
Elektronica	Connectoren, behuizingen, kleine ingewikkelde onderdelen	USB-connectoren, camerabehuizingen, laptopscharnieren
Consumptiegoederen	Duurzame consumentenproducten van hoge kwaliteit	Horlogekastjes, brilmonturen, golfclubkoppen
Verdediging	Militaire uitrusting, onderdelen van vuurwapens	Onderdelen van trekkers, magazijnonderdelen, munitiehulzen

Specificaties, Maten, Kwaliteiten en Standaarden in MIM

De specificaties, afmetingen, kwaliteiten en normen voor metaalspuitgieten variëren afhankelijk van het gebruikte materiaal, de complexiteit van het onderdeel en de toepassingseisen. Hier volgt een overzicht van veelvoorkomende specificaties:

• Roestvrij staal (316L, 17-4 PH): Typische korrelgroottes variëren van 5 tot 20 micron, met uiteindelijke dichtheden van onderdelen die hoger zijn dan 95% van de theoretische dichtheid. De normen omvatten ASTM F2885 voor roestvrijstalen onderdelen van medische kwaliteit.
• Titaanlegeringen (Ti-6Al-4V): De deeltjesgrootte van het poeder is meestal kleiner dan 25 micron. MIM-onderdelen van dit materiaal voldoen aan normen zoals ASTM F2885 en ISO 5832-3 voor medische implantaten.
• Wolfraamcarbide: De grootte van de poederdeeltjes varieert van 0,5 tot 10 micron. Uiteindelijke onderdelen kunnen een dichtheid bereiken tot 99% van de theoretische dichtheid. De normen omvatten ISO 513 voor snijgereedschappen.
• Gereedschapsstaal (M2, D2): De korrelgrootte varieert meestal van 10 tot 40 micron, met een gesinterde dichtheid rond 98% van de theoretische dichtheid. De normen omvatten ASTM A681 voor gereedschapsstalen onderdelen.

Specificaties, maten en normen voor veelgebruikte MIM-materialen

Materiaal	Typische deeltjesgrootte	Uiteindelijke dichtheid	Relevante normen
Roestvrij staal 316L	5-20 micron	>95%	ASTM F2885 voor medische toepassingen
Titaniumlegering (Ti-6Al-4V)	<25 micron	>95%	ASTM F2885, ISO 5832-3 voor medische implantaten
Wolfraamcarbide (WC-Co)	0,5-10 micron	~99%	ISO 513 voor snijgereedschappen
Gereedschapsstaal (M2, D2)	10-40 micron	~98%	ASTM A681 voor gereedschapsstalen onderdelen

Leveranciers en prijsinformatie

Het vinden van de juiste leverancier voor MIM componenten is cruciaal om kwaliteit, kosteneffectiviteit en tijdige levering te garanderen. De prijzen voor MIM componenten kunnen aanzienlijk variëren op basis van materiaal, complexiteit, volume en aanvullende verwerkingsvereisten.

• GKN poedermetallurgie: GKN is een toonaangevende leverancier van metaalpoeders en MIM-onderdelen en biedt een breed scala aan materialen en oplossingen op maat. De prijzen beginnen gewoonlijk bij $0,10 tot $10 per onderdeel, afhankelijk van de complexiteit en het volume.
• Parmaco metaalspuitgieten: Gespecialiseerd in hoge-precisie MIM-onderdelen met een focus op de medische, auto- en elektronica-industrie. Prijzen variëren van $0,50 tot $20 per onderdeel.
• Advanced Powder Products (APP): APP staat bekend om de productie van complexe MIM-onderdelen met nauwe toleranties en bedient industrieën zoals lucht- en ruimtevaart en defensie. De prijzen variëren, maar beginnen meestal rond $1 per onderdeel.

Belangrijkste leveranciers en prijzen voor MIM-componenten

Provider	Specialiteit	Typische prijzen (per onderdeel)	Bedrijfstakken
GKN poedermetallurgie	Breed scala aan MIM-materialen en -componenten	$0.10 – $10	Auto's, luchtvaart, industrie
Parmaco Metaal Spuitgieten	Zeer nauwkeurige componenten	$0.50 – $20	Medisch, automobiel, elektronica
Advanced Powder Products (APP)	Complexe MIM-onderdelen met kleine toleranties	Beginnend bij $1	Ruimtevaart, defensie, medisch

De voor- en nadelen van metaalspuitgieten vergelijken

Zoals elk productieproces heeft ook het spuitgieten van metaal zijn eigen voor- en nadelen. Als je deze begrijpt, kun je bepalen of MIM het juiste proces is voor jouw specifieke toepassing.

Voor- en nadelen van metaalspuitgieten

Aspect	Voordelen	Nadelen
Complexiteit	Kan ingewikkelde, complexe geometrieën produceren	Beperkt tot onderdelen met relatief kleine afmetingen
Materiaal Afval	Minimaal afval dankzij verwerking in bijna-netvorm	Hoge materiaalkosten voor bepaalde metalen
Productievolume	Voordelig voor productie van grote volumes	Minder kosteneffectief voor productie van kleine aantallen
Mechanische eigenschappen	Hoge sterkte en goede mechanische eigenschappen	Potentieel voor krimp tijdens sinteren
Materiaalvariëteit	Breed scala aan compatibele metalen	Sommige materialen vereisen gespecialiseerde ontbindingsprocessen
Nabewerking	Maakt verdere bewerking en afwerking mogelijk	Extra kosten voor nabewerking

FAQ

Vraag	Antwoord
Wat is metaalspuitgieten (MIM)?	MIM is een fabricageproces waarbij metaalpoeders worden gecombineerd met een bindmiddel om complexe metalen onderdelen te maken.
Welke bedrijfstakken maken het meest gebruik van MIM?	Industrieën zoals de auto-industrie, luchtvaart, medische apparatuur, elektronica en defensie maken veelvuldig gebruik van MIM.
Welke metalen kunnen worden gebruikt in MIM?	Metalen zoals roestvrij staal, titanium, wolfraamcarbide en legeringen op nikkelbasis worden vaak gebruikt.
Hoe verhoudt MIM zich tot traditionele machinale bewerking?	MIM is kosteneffectiever voor complexe onderdelen in grote aantallen, terwijl machinale bewerking beter geschikt is voor eenvoudigere onderdelen in kleine aantallen.
Wat zijn de beperkingen van MIM?	MIM is minder rendabel voor de productie van kleine volumes en heeft beperkingen bij de productie van zeer grote onderdelen.
Is MIM milieuvriendelijk?	MIM produceert minder afval dan traditionele machinale bewerking, waardoor het een milieuvriendelijkere optie is.
Hoe nauwkeurig zijn MIM-onderdelen?	MIM-onderdelen kunnen een hoge precisie bereiken met toleranties die vergelijkbaar zijn met die van CNC-bewerkte onderdelen.
Wat is de typische doorlooptijd voor MIM-onderdelen?	Levertijden kunnen variëren van enkele weken tot enkele maanden, afhankelijk van de complexiteit en het volume van de bestelling.
Kunnen MIM-onderdelen worden aangepast?	Ja, MIM maakt aanzienlijke aanpassingen mogelijk op het gebied van vorm, materiaal en oppervlakteafwerking.
Welke invloed heeft sinteren op het uiteindelijke MIM-onderdeel?	Sinteren verdicht het onderdeel, vermindert porositeit en verbetert de mechanische eigenschappen, maar kan ook krimp veroorzaken.

Conclusie

Metaal Spuitgieten (MIM) is een krachtig productieproces dat de kloof overbrugt tussen kunststof spuitgieten en traditionele metaalbewerkingstechnieken. Dankzij de mogelijkheid om complexe metalen onderdelen met hoge sterkte op schaal te produceren, is MIM de oplossing bij uitstek voor industrieën die precisie, duurzaamheid en efficiëntie vereisen. Of u nu werkzaam bent in de auto-, lucht- en ruimtevaart-, medische of andere industrieën waar hoogwaardige metalen onderdelen essentieel zijn, MIM biedt een veelzijdige en kosteneffectieve oplossing. Als je de materialen, processtappen en de voordelen en beperkingen van MIM begrijpt, kun je weloverwogen beslissingen nemen voor je volgende project.

Meer weten over 3D printprocessen