금속 사출 성형
금속 사출 성형 (MIM)은 미세 분말 금속을 바인더 재료와 혼합하여 "공급 원료"를 생성 한 다음 사출 성형을 사용하여 성형 및 응고 시키는 금속 가공 공정입니다 . 성형 공정을 통해 대량의 복잡한 부품을 한 번에 성형 할 수 있습니다. 성형 후, 부품은 결합제 (제거)를 제거하고 분말을 치밀화하기 위해 컨디셔닝 작업을 거친다. 완제품은 많은 산업 및 응용 분야에서 사용되는 작은 구성 요소입니다.
MIM 공급 원료의 거동은 레올 로지 , 슬러지, 현탁액 및 기타 비 뉴턴 유체에 대한 연구 에 의해 관리됩니다 .
현재 장비 제한으로 인해 제품은 금형에 "샷"당 100g 이하의 양을 사용하여 성형해야합니다. 이 샷은 여러 개의 캐비티로 분산되어 작고 복잡한 대용량 제품에 MIM을 비용 효율적으로 만들어 생산 비용이 많이 듭니다. MIM 공급 원료는 과량의 금속으로 구성 될 수 있지만 가장 일반적으로 분말 야금에 널리 사용되는 스테인레스 스틸 입니다. 초기 성형 후, 공급 원료 결합 제가 제거되고, 금속 입자는 원하는 강도 특성을 달성하기 위해 확산 결합 및 치밀화된다. 후자의 작업은 일반적으로 각 치수에서 제품을 15 % 줄입니다.
금속 사출 성형 시장은 1986 년 9 백만 달러에서 2004 년 3 천 2 백만 달러로 2015 년 15 억 달러 이상으로 성장했습니다. 관련 기술은 세라믹 분말 사출 성형으로 약 20 억 달러의 매출을 기록하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 대부분의 성장은 아시아에서 이루어졌습니다.
방법
공정 단계는 금속 분말을 왁스 및 폴리 프로필렌 결합제 와 같은 중합체와 조합 하여 플라스틱 사출 성형기를 사용하여 금형에 액체로 주입되는 "공급 원료"혼합물을 생성하는 단계를 포함한다 . 성형 또는 "녹색 부분"이 냉각되고 금형에서 배출됩니다. 다음으로, 결합제 물질의 일부는 용매, 열로, 촉매 공정 또는 방법의 조합을 사용하여 제거된다. 결과적으로 연약하고 다공성 (40 체적 퍼센트 "공기") 부분은 "갈색"단계라는 상태에 있습니다. 취급을 개선하기 위해 종종 탈지 및 소결이 단일 공정으로 결합됩니다. 소결은 소결 이라 불리는 공정에서 모세관 력을 사용하여 입자를 치밀화시키기 위해 보호 분위기 노에서 융점 근처의 온도로 분말을 가열한다 . MIM 부품은 종종 액상 소결이라 불리는 공정에서 부분 용융을 유도하기에 충분히 높은 온도에서 소결된다. 예를 들어, 스테인레스 스틸은 섭씨 1350 ~ 1400도까지 가열 될 수 있습니다. 확산 률이 높기 때문에 수축 및 밀도가 높아집니다. 진공에서 수행하는 경우 일반적으로 96-99 % 고체 밀도에 도달합니다. 최종 제품 금속은 고전적인 금속 가공 방법을 사용하여 어닐링 된 부품과 비슷한 기계적 및 물리적 특성을 가지고 있습니다. MIM에 대한 사후 소결 열처리는 다른 제조 경로와 동일하며, 고밀도로 MIM 구성 요소는 도금 , 부동 태화 , 어닐링, 침탄, 질화 및 침전 경화와 같은 금속 컨디셔닝 처리와 호환됩니다 .
응용
금속 사출 성형 부품의 경제적 이점은 소형 부품의 복잡성과 부피에 있습니다. MIM 재료는 경쟁 방법에 의해 형성된 금속에 필적하며 최종 제품은 광범위한 산업, 상업, 의료, 치과, 총기, 항공 우주 및 자동차 응용 분야에 사용됩니다. ± 0.3 %의 치수 공차가 일반적이며 더 가까운 공차를 위해서는 가공이 필요합니다. MIM은 다른 제조 수단을 통해 효율적으로 품목을 제조하기 어렵거나 불가능한 부품을 생산할 수 있습니다. 예를 들어 시계 케이스, 휴대폰 플러그 및 랩톱 컴퓨터 힌지에 필요한 최대 크기 25mm, 질량 10g의 부품에 최소 75 차원 사양이 가장 이상적입니다. 내부 / 외부 스레드, 소형화 또는 신원 표시와 같은 부품 복잡성 고유의 기존 제조 방법에 대한 비용 증가는 일반적으로 사출 성형의 유연성으로 인해 MIM 작업 비용을 증가시키지 않습니다.
MIM 작업으로 구현할 수있는 다른 디자인 기능으로는 제품 코드, 부품 번호 또는 날짜 스탬프가 있습니다. 순 중량으로 제조 된 부품은 재료 폐기물 및 비용을 감소시키고; 밀도는 95-98 % 이내로 제어됩니다. 부품의 통합 및 복잡한 3D 형상.
여러 작업을 하나의 프로세스로 결합 할 수 있으므로 MIM이 리드 타임과 비용을 성공적으로 절약 할 수있어 제조업체에게 상당한 이점을 제공합니다. 금속 사출 성형 공정은 5 축 CNC 가공과 같은 "전통적인"제조 방법에 비해 낭비가 크게 줄어들어 친환경 기술이 될 수 있습니다. 그러나 일부 오래된 작업은 포름 알데히드와 같은 독성 배출물을 생성하고 염소계 용제를 폐기하며 왁스 또는 기타 폴리머를 태워 온실 가스를 방출해야합니다.
MIM 프로세스를 활용할 때 사용할 수있는 광범위한 재료가 있습니다. 전통적인 금속 가공 공정에는 종종 상당한 양의 재료 폐기물이 포함되므로 MIM은 고가 / 특수 합금 ( 코발트-크롬 , 17-4 PH 스테인레스 스틸 , 티타늄 합금 및 텅스텐 카바이드 ) 으로 구성된 복잡한 구성 요소를 제조하는 데 매우 효율적인 옵션이됩니다 . MIM은 매우 얇은 벽 사양 (예 : 100 마이크로 미터)이 필요할 때 실행 가능한 옵션입니다. 또한 EMI 차폐 ( 전자파 간섭 ) 요구 사항에는 특수 합금을 사용하여 성공적으로 달성하는 고유 한 문제가 있습니다.