Metallspritzguss: Ausblick 2022 in Europa

1. Was ist Metallspritzguss und wann wird er angewendet?

Was ist Metallspritzguss?

In den letzten Jahrzehnten hat sich MIM oder „Metal Injection Moulding“ als eine sehr wettbewerbsfähige Technologie für die Herstellung kleiner Stahlteile von hoher Präzision und Komplexität erwiesen, deren Herstellung mit anderen Verfahren sehr kostspielig wäre.

Das Ausgangsmaterial ist ein Material, das aus sehr feinem Stahlpulver und einem Polymer als Bindemittel besteht.

Dieses Material kann in eine Metallform gespritzt werden, als ob es sich um Kunststoff handeln würde. So erhält man das „grüne Teil“, das die gleiche Form wie das gewünschte Teil hat, aber in allen Dimensionen um 20 % größer ist, da es noch den Kunststoffanteil enthält.

Indem man den grünen Teil mit einem Katalysator angreift, eine Phase, die man „De-Banding“ nennt, bewirkt man die Sublimation des Polymers, das in Form von Gas ausgestoßen wird. Wir nennen diesen Zwischenzustand, in dem das Teil seine ursprünglichen Abmessungen beibehält, aber porös ist und eine sehr geringe mechanische Festigkeit aufweist, das „braune Teil“.  

In der letzten Phase des Prozesses wird die Temperatur (stets unter der Schmelztemperatur des Stahls) in einer Schutzatmosphäre erhöht, wodurch die Sinterung durch Massenanziehung aktiviert wird. Die Größe des Teils nimmt mit zunehmender Dichte ab, bis sie Werte von über 97 % für die endgültigen Abmessungen des „MIM-Teils“ erreicht, die häufig mit dem fertigen Teil übereinstimmen.  

Je nach technischen Anforderungen können MIM-Teile jeder Art von Weiterbehandlung unterzogen werden (Wärmebehandlung, Oberflächenbehandlung, Richten, Bearbeitung, Polieren, Schweißen usw.).

ECRIMESA war 1993 das erste Unternehmen in der Geschichte, das dieses Verfahren in einem Durchlaufofen entwickelte, und verfügt derzeit über drei voll funktionsfähige Linien. Dank einer breiten Palette automatischer Injektoren mit Roboterhandhabungssystemen, die künstliche Bildverarbeitungssysteme beinhalten, wird ein hohes Maß an Produktivität und Qualität erreicht.

Wann ist sie anwendbar?

Generell kann jedes Teil, das im Kunststoffspritzguss hergestellt werden kann, auch im MIM-Verfahren aus Stahl gefertigt werden, aber es gibt einige Einschränkungen oder Regeln, die zu berücksichtigen sind:

Obwohl bei ECRIMESA Teile mit einem Gewicht von bis zu 350 Gramm hergestellt werden (ein „Rekord“ für diese Technologie, der weltweit noch immer gilt), wird das MIM-Verfahren für Teile mit einem Gewicht von weniger als 100 Gramm empfohlen und ist vor allem unter 40 Gramm wettbewerbsfähig. Die Gewichtsreduzierung erhöht die Präzision der Maßtoleranzen und reduziert den Rohstoffverbrauch, was sich stark auf die Gesamtkosten auswirkt.

Für alle Kanten, insbesondere für Innenkanten, wird der maximal zulässige Radius empfohlen, da scharfe Kanten eine potenzielle Rissquelle darstellen können.

Der Schnittwechsel sollte schrittweise erfolgen, um den Materialfluss während der Injektion zu erleichtern und isolierte Massen zu vermeiden.

Eine flache Oberfläche erleichtert das Palettieren des Teils im MIM-Ofen. Je stabiler dieser Träger ist, desto geringer sind die Verformungen und desto genauer sind die Maßtoleranzen.

2. Sektoren mit dem größten Entwicklungspotenzial

Die wichtigsten Sektoren nach EPMA, für die Metallspritzgussindustrie in Europa sind der Automobilsektor (22 %) und der Verteidigungssektor (19 %) mit einem erheblichen Wachstum im Jahr 2020.

Die Ecrimesa-Gruppe bestätigt diesen allgemeinen Trend auf dem europäischen Markt mit einer starken Entwicklung in den Bereichen Verteidigung, Medizin, Werkzeuge und Konsumgüter.

Die Prognosen der EPMA für die kommenden Jahre deuten auf ein Wachstum in verschiedenen Sektoren wie Medizin, Automobil, Verteidigung usw. hin.

Aus der Sicht unseres Unternehmens werden Sektoren wie Verteidigung und Konsumgüter in den kommenden Jahren entscheidend für die Entwicklung des Marktes sein, und mittelfristig sind wir sehr zuversichtlich, was die Entwicklung der Sektoren Medizin und Luft- und Raumfahrt auf dem europäischen Markt für unsere MIM-Technologie betrifft.

3. Die wichtigsten Herausforderungen dieser Technologie bis 2022 in Europa

Obwohl wir vor einer komplexen Periode stehen, die stark von den Folgen der COVID-19-Pandemie, steigenden Energiepreisen und Transportkosten betroffen ist, sieht die Entwicklung des Metall-Spritzgusses in Europa für die letzte Hälfte des Jahres 2021 positiv aus.

Diese Angaben beruhen auf den Daten der EPMA (European Powder Metallurgy Association) sowie auf den Daten, die wir bei der Ecrimesa-Gruppe bearbeiten.

Die Marktentwicklung, so der jüngste Bericht der EPMA, spiegelt eine starke Wachstumsprognose für 2021 wider.

In unserem Fall sahen die Prognosen für dieses Jahr einen Umsatzanstieg von mehr als 12 % im Vergleich zu den Verkäufen im Jahr 2019 vor, wodurch die Werte von 2020 wieder erreicht wurden, obwohl diese Verkäufe im ersten Quartal die Prognosen um mehr als 25 % übertrafen und zum ersten Mal in der Geschichte mehr als 20 Millionen Euro betragen dürften.

Die Hauptschwierigkeiten, mit denen europäische Unternehmen konfrontiert sind, sind unserer Ansicht nach folgende:

1. Die Unterentwicklung der MIM-Technologie unter den Designern, was bedeutet, dass es nicht genügend Entwicklungen gibt, die für unsere Technologie geeignet sind, und dass wir an Neuentwürfen mitarbeiten und die Technologie in Designbereichen fördern müssen.
2. Wettbewerb mit Anbietern aus Niedrigkostenländern: Obwohl das Gewicht der Arbeitskraft bei MIM nicht so kritisch ist wie bei anderen Technologien, gibt es einen Unterschied bei den Kosten und vor allem bei den Preisen der Formen.
3. Wettbewerb mit anderen produktiven Technologien.

Neben diesen allgemeinen Punkten, die auf den verschiedenen Kongressen und Sitzungen der EPMA-Arbeitsgruppen wiederholt werden, sieht die Ecrimesa-Gruppe in der Rohstoffversorgung ein großes Risiko für das Jahr 2022, da die steigende Nachfrage und die Situation verschiedener Lieferanten von Pulver und Rohstoffen in Europa und Asien das starke Wachstum des Marktes gefährden könnten.

Die Ecrimesa-Gruppe sieht für die kommenden Jahre folgende Herausforderungen: 

1. Komplementarität der Technologie der additiven Fertigung mit der MIM-Technologie, um die Markteinführungszeit von MIM-Produkten zu verkürzen und die Kenntnisse der Konstrukteure über beide Technologien zu verbessern, um die Entwicklung in neuen Industriesektoren zu ermöglichen.
2. Automatisierung von Produktionsprozessen zur Verbesserung der Wettbewerbsfähigkeit.
3. Digitalisierung von Prozessen und Anwendung von Machine Learning und Simulationstechnologien zur Stärkung von Prozessen.
4. Verbesserung von Rohstoffen und Entwicklung neuer Legierungen für die Medizin, die Luft- und Raumfahrt und die Automobilindustrie.
5. Reduzierung der durch den Produktionsprozess erzeugten Emissionen Nox, CO2 und VOC sowie der durch den Prozess erzeugten Abfälle.

4. Vorteile der Metallverarbeitung mit MIM

MIM ist im Wesentlichen eine Technologie zur Herstellung von Präzisionsstahlteilen mit komplexen dreidimensionalen Formen, feinen Details, guter Ästhetik, hohen mechanischen Anforderungen und hohem Verbrauch.   

Sie wird umgangssprachlich als „Feind der Zerspanung“ bezeichnet, da die engen geometrischen Toleranzen (±0,5 %), die geringe Rauheit (zwischen Ra0,8 und Ra1,2) und die hohe Oberflächenqualität (Möglichkeit, Gewinde, Rändelungen, Logos usw. in die Form einzubringen) den Bedarf an zweiten Arbeitsgängen stark reduzieren, um ein fertiges Teil für die entsprechende Montagelinie zu erhalten.   

Wenn die Form des betreffenden Teils die Herstellung durch traditionelle Pulvermetallurgie (Pressen mit einer Welle + Sintern) zulässt, erscheint MIM oft nicht wettbewerbsfähig. Solche Teile sind jedoch viel poröser und zerbrechlicher, so dass die Anwendung häufig einen Wechsel zu höherfesten Komponenten wie MIM-Teilen erzwingt. 

5. MIM in der Ecrimesa-Gruppe

Die wichtigsten Vorteile, welche die Ecrimesa-Gruppe in diesem Umfeld bietet, sind konzentriert:

1. Kapazität für die Entwicklung neuer Projekte, da wir über eine eigene Formenwerkstatt mit hoher Produktionskapazität und Erfahrung in der Entwicklung von mehr als 2.000 Projekten in mehr als 40 verschiedenen Industriesektoren verfügen (was die interne Wartung der Formen und die Beschleunigung von Änderungen ermöglicht).
2. Entwicklung von F&E&I mit Investitionen von mehr als 200.000 Euro pro Jahr mit Unterstützung des Industrieministeriums durch das CDTI und Zusammenarbeit mit spezialisierten Zentren wie dem DYPAM der UCLM.
3. Wichtige strategische Allianzen seit vielen Jahren mit führenden Unternehmen wie BASF, Arburg, Cremer, PolyMIM, Desktop Metal.
4. Unsere eigene Wärmebehandlungsanlage ermöglicht es uns, hohe Leistungen bei Teilen aus niedrig legiertem Stahl zu erzielen (Optimierung der Wärmebehandlungen auf die Größe und das Mikrogefüge der MIM-Technologie), die 75 % unseres Produktionsportfolios ausmachen.
5. Bearbeitungswerk, das es uns ermöglicht, unseren Kunden fertige Produkte anzubieten, einschließlich Oberflächenbehandlungen, die im Unterauftrag vergeben werden.
6. Maß-, Metallurgie- und Werkstofflabors mit eigener Ausrüstung (Maßscanner, berührungslose Messung, Tomographie und Radioskopie, komplette chemische Analyse mit Elementaranalysatoren für % C, % O2, % N2, Multibasenspektrometer, TGA-DSC-Dilatometer, Mikrohärte- und Lichtmikroskope mit Bildanalyse, mechanische und Korrosionstests), die eine Qualitätskontrolle, Prozessverbesserung und die Durchführung von F&E-Projekten sowie die Standardisierung von MIM-Werkstoffen ermöglichen.
7. Mehrere Batch- und kontinuierliche Sinterlinien sorgen für Flexibilität und hohe Produktivität.
8. CIM-Linie, die die Entwicklung von Trägern für die Sinterung bei gleichzeitiger Reduzierung der Verformungen ermöglicht.

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