Moulage par injection de métal (MIM) : processus, machine, coût et applications

Le moulage par injection de métal (MIM) est une nouvelle technologie de métallurgie des poudres proche du formage net qui a émergé du moulage par injection plastique industrie. Il est bien connu que la technologie de moulage par injection de plastique produit divers produits de formes complexes à bas prix, mais que les produits en plastique ont une faible résistance. Pour améliorer leurs performances, de la poudre de métal ou de céramique peut être ajoutée aux plastiques pour obtenir des produits à haute résistance et bonne résistance à l'usure.

Ces dernières années, cette idée a évolué pour maximiser la teneur en particules solides, éliminer complètement le liant et densifier la billette formée lors des processus de frittage ultérieurs. Cette nouvelle méthode de formage par métallurgie des poudres est appelée moulage par injection de métal.

Qu’est-ce que le moulage par injection de métal ?

Métal moulage par injection, également connue sous le nom de technologie de formage de composites, est une technique de traitement qui consiste à injecter des matériaux métalliques dans des moules spécifiques sous pression liquide ou gazeuse. Le processus comprend une série d'étapes telles que le chauffage, le refroidissement et le formage, pour finalement produire diverses pièces et composants spécialisés selon les dessins de conception des moules.

En outre, le moulage par injection de métal peut également faire référence au mélange d'une fine poudre de métal avec un liant pour créer une « matière première », qui est ensuite solidifiée par moulage par injection. Ce processus de moulage peut créer des pièces complexes et de grand volume. Après moulage, les composants subissent des ajustements pour éliminer le liant et densifier la poudre. Les petites pièces finies peuvent être utilisées dans diverses industries.

Interet

Le moulage par injection de métal (MIM) vise à produire de petites pièces métalliques complexes en grande quantité. Cette technique est privilégiée car elle élimine le besoin d'usinage, ce qui la rend plus rentable que les méthodes traditionnelles telles que le forgeage, le moulage ou l'usinage, en particulier pour les petites pièces complexes produites en grands volumes.

Pourquoi utiliser le moulage par injection de métal ?

Le moulage par injection de métal (MIM), un procédé de fabrication métallique de pointe, a connu une popularité croissante au fil des ans. Depuis ses modestes débuts en 1986 jusqu'à la taille actuelle d'un marché d'environ 380 millions de dollars, MIM s'est imposé comme un choix privilégié pour de nombreux fabricants. Les raisons de cette popularité croissante sont nombreuses, mais deux d’entre elles ressortent : son efficacité et sa rentabilité inégalées.

L’efficacité du MIM réside dans sa capacité à produire simultanément de nombreuses petites pièces. Contrairement aux processus traditionnels de travail des métaux, le MIM permet aux fabricants de mouler uniquement des quantités de 100 grammes ou moins par « shot » dans plusieurs cavités du moule. Cela signifie qu'un seul cycle de moulage peut produire plusieurs produits, réduisant considérablement le temps de production global et le coût par article.

De plus, le processus permet une plus grande flexibilité et personnalisation. La matière première utilisée dans le MIM peut être constituée de divers métaux, le plus courant étant l’acier inoxydable. Cette polyvalence permet aux fabricants de créer des produits dotés de propriétés et de caractéristiques spécifiques, adaptés à leurs besoins spécifiques.

Une fois les produits moulés, un processus de raffinement s’ensuit. Le liant utilisé pour lier les particules métalliques entre elles est soigneusement retiré et les particules métalliques subissent un processus de frittage pour les fusionner. Cette étape de frittage améliore non seulement la résistance et la durabilité du matériau, mais réduit également la taille de l'article d'environ 15 %. Ce retrait est un processus contrôlé, garantissant que le produit final répond aux spécifications souhaitées.

La rentabilité du MIM est un autre facteur important contribuant à sa popularité. En produisant simultanément plusieurs petites pièces, les fabricants peuvent réaliser des économies d’échelle, réduisant ainsi le coût de production global par article. De plus, le processus de raffinement élimine le besoin d'étapes de post-traitement telles que l'usinage, le meulage ou le polissage, réduisant ainsi encore le coût global.

Processus de moulage par injection de métal

Le processus de fabrication MIM comprend généralement : le mélange, la granulation, le moulage par injection, le dégraissage, le frittage et le traitement secondaire. L'équipement impliqué comprend une machine intégrée de mélange et de granulation, une machine de moulage par injection spécialisée MIM, un four de dégraissage, un four de frittage et divers équipements de détection et de traitement secondaire.

1.Préparation de poudre métallique

Le moulage par injection de poudre métallique a des exigences élevées en matière de poudre de matière première, notamment la morphologie de la poudre, la taille des particules, la composition granulométrique, la surface spécifique, la densité lâche, etc.

Il existe deux méthodes principales pour la poudre de matière première utilisée dans le moulage par injection de poudre métallique : la méthode hydroxyle et la méthode d'atomisation. Le moulage par injection de poudre métallique nécessite une poudre de matière première très fine, les exigences en matière de moulage par injection de poudre métallique sont donc très élevées.

2. Classeur

Les adhésifs sont au cœur de la technologie de moulage par injection de métal (MIM). Dans le MIM, les adhésifs ont deux fonctions de base : améliorer la fluidité pour s'adapter au moulage par injection et maintenir la forme de la billette. En outre, ils doivent également présenter des caractéristiques telles qu’un retrait facile, l’absence de pollution, la non-toxicité et un coût raisonnable. En conséquence, différents types d'adhésifs sont apparus et, ces dernières années, ils ont progressivement évolué d'une sélection basée uniquement sur l'expérience à la satisfaction des exigences des méthodes de dégraissage et des fonctions de liant. L'orientation du développement vers la conception de systèmes adhésifs avec des approches ciblées.

Les exigences relatives au liant dans le moulage par injection de poudre métallique comprennent : un petit angle de contact avec la poudre et une forte adhérence ; Aucune séparation en deux phases ne se produit avec la poudre ; Après refroidissement, il doit avoir une certaine résistance ; Lors du dégraissage, cela ne causera pas de problèmes graves défauts de moulage par injection comme la fissuration et le bouillonnement du corps vert ; La viscosité du liant pur à température d'injection doit être inférieure à 0.1 Pa · s.

3. mélange

Le mélange est le processus consistant à mélanger de la poudre métallique avec un liant pour obtenir une alimentation uniforme. Le processus de mélange et d’agitation efficace de la poudre de matière première et du liant pour homogénéiser et répondre aux exigences d’injection. La nature de l'aliment détermine les performances du produit final. Cette étape du processus est actuellement restée au niveau de l'exploration de l'expérience, et un indicateur important pour évaluer la qualité du processus de mélange est l'uniformité et la consistance de l'aliment obtenu.

Ainsi, le processus de mélange est devenu très important, qui impliquera divers facteurs tels que la manière et la séquence d'ajout des liants et des poudres, la température de mélange, les caractéristiques du dispositif de mélange, etc. En fin de compte, un indicateur important pour évaluer la qualité du le processus de mélange est l'uniformité et la consistance de l'aliment obtenu.

Les dispositifs de mélange couramment utilisés pour le moulage par injection de métal (MIM) comprennent les extrudeuses à double vis, les mélangeurs à turbine en forme de Z, les extrudeuses monovis, les extrudeuses à piston, les mélangeurs planétaires doubles, les mélangeurs à double came, etc. Ces dispositifs de mélange conviennent tous à la préparation de mélanges avec viscosité comprise entre 1 et 1000 XNUMX Pa · s.

4.Moulage par injection

Dans le processus de moulage par injection de poudre, le moulage par injection est un processus important qui détermine la production de billettes vertes qualifiées. Le mélange est chauffé par agitation à vis dans la machine de moulage par injection, et le mélange plastifié est injecté dans la cavité du moule via le système d'alimentation de la machine de moulage par injection et maintenu sous pression pour compenser le retrait de refroidissement.

Après refroidissement et solidification, lorsque la pièce a une résistance suffisante, ouvrez le moule et utilisez une goupille d'éjection pour pousser la pièce vers l'extérieur afin d'obtenir un corps vert.

5. Dégraissage

Le corps vert est posé manuellement et régulièrement sur la plaque céramique, puis attend d'entrer dans le four de dégraissage pour être dégraissé.

Parmi les étapes de dégraissage, toutes les méthodes de dégraissage peuvent être grossièrement divisées en deux catégories : l’une est la méthode de dégraissage en deux étapes. La méthode de dégraissage en deux étapes comprend le dégraissage au solvant + le dégraissage thermique, le dégraissage par siphon – le dégraissage thermique, etc. La méthode de dégraissage en une étape est principalement la méthode de dégraissage thermique en une étape, et actuellement la plus avancée est la méthode amaetamold.

6.Frittage

Le frittage est un processus important dans la métallurgie des poudres et également l'étape finale du processus de moulage par injection de poudre métallique.

Grâce au frittage, les produits moulés par injection de poudre métallique peuvent atteindre une densité complète ou une densification presque complète. Lors de l'étape de frittage, il est nécessaire de contrôler le changement de température de frittage pour obtenir des pièces métalliques à haute densité, éviter toute fissure de surface et conserver la forme originale des pièces avec le même taux de retrait.

7.Traitement secondaire

Après frittage, les pièces frittées présentent généralement certaines bavures. La majeure partie des bavures peut d'abord être éliminée au laser, puis la partie restante peut être éliminée par sablage, etc.

Le sablage est une technique qui utilise l’impact d’un écoulement de sable à grande vitesse pour nettoyer les bavures et rendre les surfaces rugueuses. Le sablage comprend généralement le minerai de cuivre, le sable de quartz, le sable de diamant, le sable de fer, le sable de Hainan, etc. Le sablage peut non seulement obtenir un effet mat sur la surface du produit, mais également ébavurage.

Durée du processus de moulage par injection de métal

L'ensemble du processus de moulage par injection de métal (MIM), de la poudre métallique aux pièces finies, dure généralement entre 24 et 36 heures. La majeure partie de cette durée est consacrée au déliantage thermique, étape qui à elle seule peut prendre jusqu'à 24 heures. Comparé au frittage laser direct des métaux, qui peut prendre jusqu'à sept jours pour produire une seule pièce, le MIM est nettement plus rapide. Cet avantage en termes de vitesse rend le MIM idéal pour la production en grand volume.

Matériaux de moulage par injection de métal populaires

Le moulage par injection de métal (MIM) est un processus très polyvalent qui peut utiliser une large gamme de matériaux pour créer des pièces métalliques complexes. Voici quelques-uns des matériaux les plus populaires utilisés dans le MIM :

1. Acier Inoxydable: L'acier inoxydable est un choix courant pour le MIM en raison de sa résistance à la corrosion, de sa solidité et de sa durabilité. Il est largement utilisé dans les dispositifs médicaux, les composants automobiles et d’autres applications nécessitant des pièces métalliques précises.
2. Aciers faiblement alliés: Ces matériaux offrent de bons rapports résistance/poids et sont souvent utilisés dans des applications où la réduction de poids est critique, comme les composants aérospatiaux.
3. Alliages à base de nickel: Les alliages de nickel sont connus pour leur résistance aux températures élevées et à la corrosion, ce qui les rend adaptés aux applications dans des environnements difficiles comme l'exploration pétrolière et gazière.
4. Titane: Le titane est un matériau léger mais solide qui est souvent utilisé dans les applications aérospatiales et médicales. Il est également biocompatible, ce qui en fait un choix populaire pour les dispositifs médicaux implantables.
5. Aciers à outils: Les aciers à outils sont conçus pour conserver leur dureté et leur résistance à l'usure à haute température, ce qui les rend adaptés aux outils de coupe et à d'autres applications où la durabilité est essentielle.
6. Alliages à base de cuivre: Les alliages de cuivre sont d'excellents conducteurs de chaleur et d'électricité, ce qui les rend adaptés aux composants électriques et aux échangeurs de chaleur.
7. Le carbure de tungstène: Le carbure de tungstène est un matériau dur et résistant à l'usure qui est souvent utilisé dans les outils de coupe et les pièces d'usure.

Le choix du matériau pour le MIM dépend des exigences spécifiques de l'application, telles que la résistance, la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure ou la conductivité électrique. Les fabricants sélectionnent souvent le matériau le plus approprié en fonction de ces exigences et de la compatibilité du matériau avec le processus MIM.

Machines de moulage par injection de métal courantes

1. Machine de moulage par injection – Utilisé pour injecter le mélange poudre métallique-liant dans le moule.
2. Four de déliantage – Utilisé pour retirer le liant de la pièce moulée.
3. Four de frittage – Utilisé pour chauffer la partie déliée, provoquant la fusion des particules métalliques.
4. Équipement de mélange – Utilisé pour mélanger les poudres métalliques avec le liant.
5. Unité de serrage de moule – Garantit que le moule est fermement maintenu pendant le processus d’injection.
6. Unités de contrôle de la température – Maintient un contrôle précis de la température tout au long du processus.
7. Convoyeurs – Facilite le transfert des pièces entre les différentes étapes du processus.
8. Systèmes de refroidissement – Utilisé pour refroidir les pièces après les processus d’injection et de frittage.
9. Machines d'inspection de qualité – Des équipements tels que des machines à mesurer tridimensionnelles (MMT) et des systèmes d’inspection à rayons X pour garantir la précision et l’intégrité des pièces.

Ces machines travaillent ensemble dans le processus de moulage par injection de métal pour produire des pièces métalliques de haute précision.

Coût du moulage par injection de métal

Le moulage par injection de métal (MIM) implique plusieurs facteurs de coût qui peuvent varier en fonction des exigences spécifiques du projet. La matière première, qui consiste en une poudre métallique mélangée à un liant, est nettement plus chère en MIM, coûtant environ 24 dollars le kilogramme. Cela contraste avec d’autres méthodes de métallurgie des poudres, où la matière première coûte entre 2 et 4 dollars par kilogramme.

Investir dans des machines MIM représente une dépense importante. Le coût des machines de moulage par injection de métal varie de 50,000 200,000 $ à 30,000 70,000 $, selon les capacités et les spécifications de la machine. De plus, les coûts d'outillage sont un autre facteur considérable, se situant généralement entre XNUMX XNUMX et XNUMX XNUMX dollars.

Plusieurs autres facteurs influencent le coût global d'une pièce MIM, notamment la taille, le matériau et la complexité du produit. Compte tenu de ces variables, le prix unitaire peut varier considérablement, mais il se situe souvent entre 1 $ et 5 $. Les exigences spécifiques du projet, telles que le volume de pièces nécessaires et la complexité de leurs conceptions, jouent un rôle crucial dans la détermination du coût final.

Ainsi, même si le MIM offre des avantages en termes de coûts pour la production de pièces petites et complexes en grands volumes, l'investissement initial en matière première, en machines et en outillage doit être soigneusement étudié.

Quels sont les avantages du moulage par injection ?

Le moulage par injection de métal (MIM) présente de nombreux avantages, dont voici quelques-uns des principaux :

1.Complexité

Le moulage par injection de métal (MIM) ne présente pratiquement aucune limite en matière de conception de forme, ce qui en fait un choix idéal pour combiner diverses pièces indépendantes en produits hautement complexes et multifonctionnels. Les règles de conception sont similaires à celles du moulage par injection, ce qui signifie que presque tous les types de produits peuvent bénéficier de ce procédé avancé.

2.Précision

Le moulage par injection de métal peut atteindre une haute précision. La variation de taille est généralement comprise entre ± 0.1 et certaines caractéristiques peuvent même atteindre ± 0.005. Ce haut niveau de précision fait du moulage par injection de métal le procédé privilégié pour obtenir des composants de haute qualité et de précision.

3.Poids et dimensions

Le moulage par injection de métal est particulièrement efficace dans la manipulation de petits composants, en particulier pour les composants pesant moins de 80 grammes, la plage la plus basse étant inférieure à 40 grammes. Le moulage par injection de métal réduit le poids des composants en adoptant de nouvelles technologies, minimisant ainsi au maximum les coûts des matières premières.

4.Amincissement

Pour les composants dont l'épaisseur de paroi est inférieure à 5 millimètres, le moulage par injection de métal est le choix le plus approprié. Bien entendu, des parois extérieures plus épaisses peuvent également être traitées, même si cela peut entraîner une augmentation du temps de traitement et des coûts de matériaux supplémentaires.

5. capacité de production

Le moulage par injection de métal convient aux produits dont la demande annuelle varie de plusieurs milliers à plusieurs millions, permettant une production économique et efficace. Toutefois, pour les produits en petites séries, les clients peuvent être amenés à investir dans des moules et des outils, ce qui peut avoir un certain impact sur les coûts.

6. Sélection de matériaux multiples

Le moulage par injection de métal, en tant que processus multifonctionnel, peut traiter divers matériaux métalliques, notamment les ferroalliages, les superalliages, les alliages de titane, les alliages de cuivre, etc. Bien que les alliages non ferreux tels que l'aluminium et le cuivre soient également techniquement réalisables, d'autres méthodes de traitement plus économiques telles que Moulage sous pression or Usinage CNC sont généralement choisis.

Quels sont les inconvénients du moulage par injection ?

Les inconvénients du moulage par injection de métal comprennent principalement les points suivants :

• 1. Coût élevé : Le métal coût de moulage par injection est élevé car il nécessite des coûts d'équipement et de moule plus élevés, ainsi que des coûts de matières premières plus élevés, ce qui entraîne des coûts de production relativement élevés.
• 2. Difficulté élevée du processus : le moulage par injection de métal nécessite un contrôle précis des paramètres du processus tels que la température, la pression et le temps, sinon il est sujet à des problèmes tels qu'un remplissage insuffisant, un débordement et une déformation, nécessitant des exigences de processus élevées.
• 3. Champ d'application limité : le moulage par injection de métal convient à la production de pièces métalliques de forme petite et complexe. Pour les pièces métalliques simples ou de grande taille, les méthodes traditionnelles de traitement des métaux peuvent être plus adaptées.

Application du moulage par injection de métal

Le moulage par injection de métal convient aux applications qui nécessitent une précision, une forme et des propriétés de matériaux élevées, telles que :

• Industrie de la fabrication automobile : Le moulage par injection de métal peut être utilisé pour produire des pièces de moteur automobile, des pièces de transmission, des collecteurs d'admission, etc. Ces pièces doivent avoir une haute précision, une haute résistance et une résistance aux températures élevées.
• Industrie des dispositifs médicaux : Le moulage par injection de métal peut être utilisé pour produire des pièces de précision dans des dispositifs médicaux, tels que des implants dentaires, des instruments chirurgicaux, etc. Ces pièces doivent avoir des caractéristiques de haute précision, non toxiques et stériles.
• Domaine aérospatial : Le moulage par injection de métal peut être utilisé pour produire des composants d’avion, des pièces de moteurs de fusée, etc. Ces pièces doivent avoir des caractéristiques de haute résistance, de haute précision et de légèreté.
• Industrie des produits électroniques : Le moulage par injection de métal peut être utilisé pour produire des pièces de précision dans des produits électroniques tels que des téléphones portables, des tablettes, etc., tels que des supports d'appareil photo, des antennes, etc. Ces pièces doivent avoir des caractéristiques de haute précision et de légèreté.

Quelle est la différence entre le moulage par injection de métal et le moulage par injection de plastique ?

Le moulage par injection de métal et le moulage par injection de plastique sont deux procédés différents, et la principale différence entre eux réside dans les matériaux et le procédé utilisés.

• Sélection du matériel: Le moulage par injection de métal utilise principalement de la poudre métallique ou des alliages métalliques, tels que l'alliage d'aluminium, l'alliage de magnésium, l'alliage de zinc, l'alliage de cuivre, etc., et est traité par moulage par injection à haute température et haute pression. Le moulage par injection plastique utilise principalement diverses matières plastiques, telles que l'ABS, le PC, le POM, le PVC, etc.
• Processus de moulage par injection : Le moulage par injection de métal utilise généralement la technologie de moulage sous pression, qui nécessite une pression d'injection plus élevée et un temps d'injection plus long. Le moulage par injection de plastique, quant à lui, adopte un processus de moulage par compression, qui nécessite un temps de processus plus court et une pression de processus plus faible.
• Application du produit: Les pièces fabriquées par le processus de moulage par injection de métal présentent des caractéristiques de haute densité, de haute précision et de haute résistance, qui conviennent à la production de pièces de forme complexe, en particulier certaines pièces difficiles à traiter par traitement mécanique et d'autres méthodes de traitement. Le moulage par injection de plastique a une gamme d'applications plus large et peut être utilisé pour produire des pièces de différentes formes et tailles.

Le moulage par injection de métal est-il adapté au prototypage ?

Le moulage par injection de métal (MIM) n'est généralement pas adapté au prototypage en raison des coûts d'outillage élevés impliqués, ce qui le rend économiquement peu pratique. Pour le prototypage, des méthodes telles que le jet de liant métallique ou le frittage laser direct de métal (DMLS) sont plus appropriées. Ces techniques sont idéales pour créer des prototypes car elles utilisent des matériaux de qualité production, garantissant que le prototype imite fidèlement les propriétés et les performances du produit final.

Précision du moulage par injection de métal

Le moulage par injection de métal (MIM) est connu pour sa haute précision, atteignant des tolérances dimensionnelles comprises entre +/- 0.3 % et 0.5 %, soit 0.01 à 0.001 mm. Ce niveau de précision surpasse les autres méthodes de fabrication comme le moulage sous pression, qui nécessite souvent un usinage post-traitement pour répondre aux exigences dimensionnelles et de finition de surface. Cependant, la précision du MIM peut être influencée par la taille des pièces et la poudre métallique utilisée. Les pièces plus grandes ont tendance à rétrécir davantage lors du frittage, ce qui entraîne une plus grande variabilité. De plus, des particules métalliques plus grosses peuvent entraîner un retrait accru, affectant la précision globale du produit final.

Différence entre le moulage par injection de métal et le moulage sous pression

Fonctionnalité	Moulage par injection de métal (MIM)	Coulée sous pression
Matériaux	Poudres métalliques mélangées à un liant	Métal en fusion
Processus	Moulage par injection, déliantage, frittage	Injection haute pression dans les moules
Précision	+/- 0.3 à 0.5 % (0.01 à 0.001 mm)	Nécessite un usinage post-traitement pour plus de précision
Coût de l'outillage	Haute	Modéré à élevé
Volume de production	Convient aux volumes élevés	Convient aux volumes moyens à élevés
Complexité de la pièce	Excellent pour les géométries complexes	Bien, mais avec des limites
Limites de taille	Idéal pour les pièces de petite à moyenne taille	Peut gérer des pièces plus grandes
Finition de surface	Généralement lisse, nécessite peu de finition	Varie, nécessite souvent une finition supplémentaire
Gamme de matériaux	Large gamme d'alliages métalliques	Métaux généralement non ferreux comme l'aluminium, le zinc
Vitesse de production	Modérée	Haute
Adéquation du prototype	Pas rentable pour le prototypage	Plus réalisable pour le prototypage
rétrécissement	Important, géré lors du frittage	Minimal, géré pendant le refroidissement
Applications	Automobile, aérospatiale, médical, électronique	Automobile, biens de consommation, électronique

Conclusion

Dans l'ensemble, la technologie de moulage par injection de métal est devenue l'une des technologies de fabrication avancées les plus appréciées dans l'industrie manufacturière actuelle en raison de sa flexibilité, de sa haute précision, de son économie et de son adéquation à divers matériaux métalliques. En utilisant pleinement ce processus, les fabricants peuvent réaliser une production de composants métalliques plus complexe, plus précise et plus économique, favorisant ainsi l'innovation et le développement continus dans la conception et la fabrication de produits.

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