Introduction à la fabrication par injection métallique
Injection métallique (MIM) est une technologie de formage par métallurgie des poudres proche du net shaping dérivée de l'industrie de l'injection plastique. Technologie d'injection plastique a un coût faible pour produire une variété de produits aux formes complexes, mais les produits moulés en plastique ne sont pas très résistants. Nous pouvons améliorer leurs performances en ajoutant des poudres métalliques ou céramiques aux plastiques pour obtenir des produits avec une résistance plus élevée et une bonne résistance à l'usure. Ces dernières années, cette idée a évolué pour maximiser la teneur en particules solides, éliminer le liant et densifier le blank de formage lors du processus de frittage ultérieur. Cette nouvelle méthode de métallurgie des poudres est appelée moulage par injection métallique (MIM).
AVANTAGES DU MOULAGE PAR INJECTION MÉTALLIQUE (MIM)
Le processus de moulage par injection métallique (MIM) offre les avantages suivants :
- Fabrication à faible coût de pièces complexes en grande série
- Moins de temps de production comparé à la coulée sous pression.
- Fabrication en forme nette ou proche de la forme finale avec un minimum de déchets de matériau.
- Fonderies pour Excellentes propriétés mécaniques et des pièces reflétant la taille des particules et une densité frittée accrue.
- Propriétés équivalentes à celles des alliages travaillés à chaud
- Plusieurs pré-alloys et alliages maîtres sont disponibles.
- Prendre moins de temps pour terminer les opérations
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Le moulage par injection métallique (MIM) est un procédé de moulage métallique qui façonne le métal sous forme de poudre, et le métal finement moulu est intégré avec un matériau de liaison pour fabriquer une matière première. La matière première est ensuite durcie et façonnée pour réaliser le produit final.
Le moulage par injection métallique est un procédé idéal pour faciliter la production de produits aux formes compliquées et de produits en grande série.
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Domaine d'activité desservi par MS Machining
Moulage par injection métallique (MIM) est utilisé dans une grande variété d'industries automobiles, médicales, électroniques, industrielles et grand public pour des produits tels que pièces automobiles, équipements aérospatiaux, téléphones portables, instruments dentaires, dissipateurs de chaleur électroniques et emballages d'étanchéité, composants de connecteurs électroniques, outils industriels, connecteurs à fibre optique, systèmes de pulvérisation, disques durs, dispositifs médicaux, outils électriques portatifs, instruments chirurgicaux et équipements sportifs.
Processus de moulage par injection métallique
Les étapes de base du processus de moulage par injection métallique incluent, tout d'abord, la sélection de la poudre métallique et du liant pour répondre aux exigences du MIM. La poudre et le liant sont mélangés pour obtenir une alimentation homogène à une température spécifique en utilisant des méthodes appropriées ; après granulation dans un moule d'injection personnalisé, le bloc de moulage obtenu est sintré et trempé après un traitement d'élimination de la graisse pour fabriquer le produit final.
1 : Technologie de fabrication de la poudre MIM
Les exigences en matière de poudre brute pour le MIM sont élevées, et le choix de la poudre pour faciliter le mélange, le moulage par injection, le dégraissage et la sintering est souvent contradictoire. L'étude de la poudre brute pour le MIM inclut la forme de la poudre, la taille des particules, la composition de la taille des particules, la surface spécifique, etc. ; le tableau 1 liste les propriétés les plus adaptées pour le MIM avec les caractéristiques de la poudre brute.
Étant donné que les exigences en matière de poudre brute pour le MIM sont exceptionnelles, les prix des poudres brutes pour le MIM sont généralement plus élevés ; certains atteignent même 10 fois le prix de la poudre PM traditionnelle, ce qui constitue un facteur crucial limitant l'utilisation généralisée de la technologie MIM. Les méthodes principales pour fabriquer la poudre à partir de matières premières sont l'atomisation par eau sous pression, l'atomisation par gaz à haute pression et le carbonyle.
2 : Liant
La technologie de liant MIM est utilisée pour améliorer la fluidité afin de convenir au moulage par injection et de maintenir la forme du blank. Les deux fonctions les plus fondamentales ; en outre, il doit également être facile à retirer, non polluant, non toxique, à coût raisonnable, et posséder d'autres caractéristiques. Pour cette raison, divers liants ont été progressivement sélectionnés ces dernières années, passant de l'expérience seule à la méthode de dégraissage, et les exigences de la fonction du liant ont orienté la conception du système de liant.
Le liant comprend généralement des composants à faible et haute masse moléculaire ainsi que quelques additifs nécessaires. La viscosité du composant à faible masse moléculaire, une bonne fluidité, une facilité de retrait ; la viscosité du composant à haute masse moléculaire, une haute résistance, aide à maintenir la résistance du blank de formage. Le bon ratio des deux permet d'obtenir une capacité de chargement en poudre élevée et, finalement, un produit de haute précision et haute uniformité.
3 : Mélange
Le mélange consiste à mélanger la poudre métallique avec un liant pour obtenir une matière première uniforme. Étant donné que la nature de la matière première détermine la performance des pièces moulées finales, l'étape de mélange est très importante. Elle implique divers facteurs tels que la méthode et la séquence d'ajout du liant et de la poudre, la température de mélange, et les caractéristiques du dispositif de mélange. Cette étape est restée au niveau de l'expérience, et un indicateur important pour évaluer le processus de mélange est l'uniformité et la cohérence de l'alimentation résultante.
Le mélange de l'alimentation MIM est effectué sous l'effet combiné de la chaleur et de la cisaillement. La température de mélange ne doit pas être trop élevée ; sinon, le liant pourrait se décomposer en raison d'une viscosité trop faible et de la séparation des deux phases de poudre et de liant, car la taille de la force de cisaillement varie selon la méthode de mélange. Les dispositifs de mélange couramment utilisés pour le MIM sont un extrudeur à double vis, un mélangeur à impeller en forme de Z, un extrudeur à vis unique, un extrudeur à piston, un mélangeur planétaire double et un mélangeur à came double. Ces dispositifs de mélange conviennent à la préparation d'une viscosité comprise entre 1 et 1000 Pa·s.
La méthode de mélange consiste généralement à ajouter d'abord des composants à point de fusion élevé pour les faire fondre, puis à refroidir, ajouter des composants à point de fusion faible, et enfin ajouter la poudre de métal par lots. Cela peut prévenir la vaporisation ou la décomposition de l'élément du groupe à point de fusion faible. L'ajout de poudre de métal par lots peut éviter la poussée de couple causée par un refroidissement trop rapide et réduire les pertes d'équipement.
Pour la méthode d'ajout de poudre de différentes tailles de particules lors de l'assemblage, le brevet japonais introduit : la poudre atomisée à l'eau de 15-40 μm est ajoutée d'abord au liant, puis la poudre de 5-15 μm, et enfin la poudre ≤5 μm, de sorte que le produit final obtenu ait peu de variation de retrait.
Pour enrober uniformément une couche de liant autour de la poudre, ajouter directement la poudre métallique au composant à point de fusion élevé, puis au composant à point de fusion faible, et enfin, la retirer de l'air. Par exemple, la suspension PMMA d'Anwar directement dans le mélange de poudre en acier inoxydable, ajouter la solution aqueuse de PEG, sécher, puis retirer l'air en remuant. O’Connor utilise le mélange de solvants. D'abord, mélanger SA et la poudre sèche, puis ajouter le solvant tétrahydrofurane, puis ajouter le polymère, le tétrahydrofurane s'évapore à la chaleur, puis ajouter le mélange de poudre, pour obtenir une alimentation uniforme.
4 : Moulage par injection
Le but du moulage par injection est d'obtenir la forme désirée d'une pièce exempte de défauts, avec une rangée de particules uniforme, par le biais de blanks de formage MIM. D'abord, l'alimentation granulaire est chauffée à une température élevée pour la rendre fluide. Ensuite, elle est injectée dans le moule et refroidie pour obtenir la forme désirée avec une certaine rigidité du blank, puis démoulée pour obtenir le blank de moulage MIM. Ce processus est identique à celui du moulage par injection plastique traditionnel. Mais en raison de la forte teneur en poudre de l'alimentation MIM, le processus d'injection et certains autres aspects diffèrent considérablement, un contrôle inadéquat pouvant entraîner divers défauts.
5 : Dégraissage
Depuis l'émergence de la technologie MIM, avec différents systèmes de liants, la formation de divers chemins de processus MIM et méthodes de dégraissage ont également varié. La durée de dégraissage a été raccourcie, passant de quelques jours au début à quelques heures. Toutes les méthodes de dégraissage peuvent être grossièrement divisées en deux catégories en termes d'étapes de dégraissage : l'une est la méthode de dégraissage en deux étapes.
La méthode en deux étapes comprend le dégraissage par solvant + dégraissage thermique, le dégraissage par siphon – dégraissage thermique, etc. La méthode en une étape est principalement une méthode de dégraissage thermique en une étape, la plus avancée étant un moule à métaux. Voici quelques méthodes représentatives de dégraissage MIM, respectivement.
6 : Sinterisation
La sinterisation est la dernière étape du processus MIM ; elle élimine la porosité entre les particules de poudre. Les produits MIM atteignent une densité complète ou presque complète. En raison de la grande quantité de liant utilisée dans la technologie de moulage par injection de métal, le retrait lors de la sinterisation est très important, la contraction linéaire atteignant généralement 13-25 %, ce qui pose un problème de contrôle de déformation et de précision dimensionnelle. Surtout parce que la majorité des produits MIM sont des pièces de forme complexe, ce problème devient de plus en plus évident, et un alimentation uniforme est un facteur clé pour la précision dimensionnelle et le contrôle de la déformation des produits sintrés finaux.
Une haute densité de secousses de poudre peut réduire le retrait lors de la sinterisation et faciliter le processus de sinterisation ainsi que le contrôle de la précision dimensionnelle. Pour les produits en fer et en acier inoxydable, il existe également un problème potentiel de contrôle du carbone lors de la sinterisation. En raison du prix élevé d'une poudre fine, l'étude de technologies de sinterisation améliorées pour les blanks en poudre grossière est une voie importante pour réduire le coût de production du moulage par injection de poudre. Cette technologie constitue un aspect de recherche important dans le domaine du moulage par injection de poudre métallique.
En raison de la forme complexe des produits MIM et du grand retrait lors de la sinterisation, la plupart des produits nécessitent encore un traitement post-sinterisation après la sinterisation, comprenant le façonnage, le traitement thermique (carburation, nitruration, carbonitruration, etc.), le traitement de surface (meulage fin, nitruration ionique, électrolyse, durcissement par projection, etc.).
Précision
La conception de référence pour la précision de moulage net MIM est généralement de ± 0,5 % de la taille. Certaines caractéristiques du moulage net peuvent atteindre ± 0,3 %. Comme pour d'autres technologies, plus la précision requise est élevée, plus le coût l'est également, il est donc encouragé de relâcher modérément les tolérances lorsque la qualité le permet. Les tolérances qui ne peuvent pas être atteintes par le moulage primaire MIM peuvent être réalisées par la préparation de surface.
Affinement
Les épaisseurs de paroi inférieures à 6 mm sont optimales pour le MIM. Des parois extérieures plus épaisses sont également possibles, mais les coûts augmenteront en raison de temps de traitement plus longs et de l'ajout de matériau supplémentaire. De plus, des parois très fines inférieures à 0,5 mm sont réalisables pour le MIM mais nécessitent des exigences de conception élevées.
Capacité
Le MIM est un procédé très flexible et peut être réalisé de manière très économique avec une demande annuelle allant de quelques milliers à plusieurs millions. Comme pour les pièces moulées ou injectées, le MIM nécessite un investissement du client dans les outils et les coûts d'outillage, ce qui influence généralement les estimations de coûts pour de petites quantités.
