การฉีดขึ้นรูปโลหะคืออะไร

การฉีดขึ้นรูปโลหะ

การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) เป็น กระบวนการโลหะที่ผสมกับผงละเอียดเข้ากับวัสดุประสานเพื่อสร้าง "วัตถุดิบ" ที่มีรูปร่างและหล่อ ขึ้นรูป โดยใช้ การฉีดขึ้นรูป กระบวนการขึ้นรูปช่วยให้สามารถขึ้นรูปชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและมีปริมาณสูงได้ในขั้นตอนเดียว ชิ้นส่วนจะผ่านการปรับสภาพเพื่อกำจัดสารยึดเกาะ (debinding) และเพิ่มความหนาแน่นของผง ผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปเป็นส่วนประกอบขนาดเล็กที่ใช้ในอุตสาหกรรมและการใช้งานต่างๆ

พฤติกรรมของวัตถุดิบ MIM นั้นควบคุมโดยการ ไหลของ น้ำการศึกษาตะกอนแขวนลอยและของเหลวอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ของนิวตัน

เนื่องจากข้อ จำกัด ของอุปกรณ์ในปัจจุบันผลิตภัณฑ์จะต้องขึ้นรูปโดยใช้ปริมาณ 100 กรัมหรือน้อยกว่าต่อ "ช็อต" ลงในแม่พิมพ์ ภาพนี้สามารถกระจายไปในหลาย ๆ ช่องซึ่งทำให้ MIM คุ้มค่าสำหรับผลิตภัณฑ์ขนาดเล็กที่ซับซ้อนและมีปริมาณมากซึ่งอาจมีราคาแพงในการผลิต MIM วัตถุดิบประกอบด้วยโลหะมากมาย แต่ส่วนใหญ่เป็นเหล็กกล้าไร้สนิมใช้กันอย่างแพร่หลายใน ผงโลหะ หลังจากการขึ้นรูปเบื้องต้นวัสดุประสานจะถูกลบออกและอนุภาคโลหะจะถูกพันธะการแพร่กระจายและหนาแน่นเพื่อให้ได้คุณสมบัติความแข็งแรงที่ต้องการ โดยทั่วไปการดำเนินการหลังจะทำให้ผลิตภัณฑ์หดตัว 15% ในแต่ละมิติ

ตลาดการฉีดขึ้นรูปโลหะได้เติบโตจาก 9 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2529 เป็น 382 ล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2547 เป็นมากกว่า 1.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐในปี 2558 เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องคือการฉีดขึ้นรูปผงเซรามิกทำให้มียอดขายรวมประมาณ 2 พันล้านดอลลาร์ การเติบโตส่วนใหญ่ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาอยู่ในเอเชีย

กระบวนการ

ขั้นตอนกระบวนการเกี่ยวข้องกับการรวมผงโลหะกับโพลีเมอร์เช่นขี้ผึ้งและ สารยึดประสาน โพรพิลีน เพื่อผลิต "ส่วนผสม" ที่ถูกฉีดเป็นของเหลวลงในแม่พิมพ์โดยใช้เครื่องฉีดพลาสติก แม่พิมพ์หรือ "ส่วนสีเขียว" ถูกทำให้เย็นลงและขับออกมาจากแม่พิมพ์ ถัดไปส่วนหนึ่งของวัสดุยึดประสานจะถูกลบออกโดยใช้ตัวทำละลายเตาเผาความร้อนกระบวนการเร่งปฏิกิริยาหรือการรวมกันของวิธีการ ส่วนที่เปราะบางและมีรูพรุน (ปริมาตร "อากาศ" 40%) อยู่ในสภาพที่เรียกว่าเวที "สีน้ำตาล" เพื่อปรับปรุงการจัดการบ่อยครั้ง debinding และ sintering จะรวมกันเป็นกระบวนการเดียว การเผาความร้อนของผงไปที่อุณหภูมิใกล้จุดหลอมเหลวในเตาบรรยากาศป้องกันเพื่อเพิ่มความหนาแน่นของอนุภาคโดยใช้แรงฝอยในกระบวนการที่เรียกว่า การเผาผนึก ส่วน MIM มักจะถูกเผาที่อุณหภูมิเกือบสูงพอที่จะทำให้เกิดการหลอมบางส่วนในกระบวนการที่เรียกว่าการเผาเฟสของเหลว ตัวอย่างเช่นสแตนเลสอาจถูกทำให้ร้อนถึง 1,350 ถึง 1,400 องศาเซลเซียส) อัตราการแพร่กระจายสูงนำไปสู่การหดตัวและความหนาแน่นสูง หากดำเนินการในสูญญากาศเป็นเรื่องปกติที่จะได้ความหนาแน่นของของแข็ง 96–99% โลหะสุดท้ายของผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติทางกลและทางกายภาพเทียบเท่ากับชิ้นส่วนที่อบอ่อนโดยใช้วิธีการโลหะแบบดั้งเดิม กระบวนการเผาผนึกความร้อนสำหรับ MIM นั้นเหมือนกับเส้นทางการผลิตอื่น ๆ และด้วยความหนาแน่นสูงส่วนประกอบ MIM จึงเข้ากันได้กับการปรับสภาพด้วยโลหะเช่นการ ชุบการ ทำพาส เซชันการอบอ่อนการเผาไหม้ไนไตรดิง

แอพพลิเคชั่น

หน้าต่างความได้เปรียบทางเศรษฐกิจของชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปด้วยการฉีดโลหะนั้นมีความซับซ้อนและมีปริมาณสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็ก วัสดุ MIM เปรียบได้กับโลหะที่เกิดจากวิธีการแข่งขันและผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมการค้าการแพทย์ทันตกรรมอาวุธปืน การบิน และ ยานยนต์ ความคลาดเคลื่อนมิติของ± 0.3% เป็นเรื่องปกติและจำเป็นต้องมีการตัดเฉือนสำหรับความคลาดเคลื่อนที่ใกล้เคียง MIM สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะผลิตสินค้าอย่างมีประสิทธิภาพด้วยวิธีการผลิตอื่น ๆ ตามหลักแล้วข้อกำหนดอย่างน้อย 75 มิติในส่วนประกอบที่มีขนาดสูงสุดเพียง 25 มม. และมวล 10 กรัมนั้นดีที่สุด - ตัวอย่างเช่นที่จำเป็นสำหรับเคสนาฬิกาปลั๊กโทรศัพท์มือถือและบานพับคอมพิวเตอร์แล็ปท็อป ค่าใช้จ่ายที่เพิ่มขึ้นสำหรับวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมที่มีอยู่ในส่วนที่ซับซ้อนเช่นเธรดภายใน / ภายนอกการย่อขนาดหรือการระบุเอกลักษณ์มักไม่เพิ่มค่าใช้จ่ายในการดำเนินการ MIM เนื่องจากความยืดหยุ่นของการฉีดขึ้นรูป

ความสามารถในการออกแบบอื่น ๆ ที่สามารถนำไปใช้ในการดำเนินการ MIM ได้แก่ รหัสผลิตภัณฑ์หมายเลขชิ้นส่วนหรือการประทับวันที่ ชิ้นส่วนที่ผลิตตามน้ำหนักสุทธิช่วยลดขยะและต้นทุนวัสดุ ความหนาแน่นควบคุมได้ภายใน 95-98%; การรวมกันของชิ้นส่วนและ รูป ทรงเรขาคณิต 3 มิติที่ ซับซ้อน

ความสามารถในการรวมการดำเนินการหลายอย่างเข้าด้วยกันเป็นกระบวนการเดียวทำให้มั่นใจได้ว่า MIM ประสบความสำเร็จในการประหยัดเวลานำและต้นทุนทำให้ผู้ผลิตได้รับประโยชน์อย่างมีนัยสำคัญ กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะอาจเป็นเทคโนโลยีสีเขียวเนื่องจากการลดความสูญเปล่าอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบบ "ดั้งเดิม" เช่นการกลึงซีเอ็นซี 5 แกน อย่างไรก็ตามการดำเนินงานที่เก่ากว่าบางส่วนสร้างการปล่อยพิษเช่นฟอร์มาลดีไฮด์กำจัดตัวทำละลายคลอรีนและต้องเผาขี้ผึ้งหรือโพลีเมอร์อื่น ๆ ซึ่งนำไปสู่การปล่อยก๊าซเรือนกระจก

มีวัสดุหลากหลายประเภทเมื่อใช้กระบวนการ MIM กระบวนการโลหะแบบดั้งเดิมมักจะเกี่ยวข้องกับวัสดุเหลือใช้จำนวนมากซึ่งทำให้ MIM เป็นทางเลือกที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยโลหะผสมราคาแพง / พิเศษ ( โคบอลต์ - โครเมี่ยม , 17-4 PH สแตนเลส MIM เป็นตัวเลือกที่ทำงานได้เมื่อมีความต้องการผนังบางมาก (เช่น 100 micrometers) นอกจากนี้ ข้อกำหนดในการ ป้องกัน EMI ( คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ) ได้นำเสนอความท้าทายที่ไม่เหมือนใครซึ่งประสบความสำเร็จในการใช้ประโยชน์จากโลหะผสมพิเศษ