Metall-Spritzgießen: Vorteile und Nachteile

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. 

Erläuterung des MIM-Verfahrens für die Metallherstellung

Bei dem Ausgangsmaterial handelt es sich um 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 die Kunststoffkomponente enthält. 

Durch den Angriff auf den grünen Teil mit einem Katalysator, eine Phase, die als „De-Banding“ bezeichnet wird, bewirken wir 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, welches dieses Verfahren in einem Durchlaufofen entwickelt hat, 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. 

Regeln und Tipps für die Konstruktion eines MIM-Teils

Generell kann jedes im Kunststoffspritzguss hergestellte Teil auch im MIM-Verfahren aus Stahl gefertigt werden, doch es gibt einige Einschränkungen oder Regeln, welche zu berücksichtigen sind: 

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

Der maximal zulässige Radius wird für alle Kanten empfohlen, insbesondere für die Innenkanten, 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.    

Vorteile und Nachteile von MIM: Vergleich mit anderen Technologien

MIM ist im Wesentlichen eine Fertigungstechnologie für Präzisionsstahlteile mit komplexen dreidimensionalen Formen, feinen Details, guter Ästhetik, hohen mechanischen Anforderungen und hohem Verbrauch.  

Sie wird umgangssprachlich als „Feind der Zerspanung“ bezeichnet, weil die engen geometrischen Toleranzen (±0,5 %), die geringe Rauheit (zwischen Ra0,8 und Ra1,2) und die hohe Endbearbeitungsqualität (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. Diese Art von Teilen ist jedoch viel poröser und zerbrechlicher, so dass die Anwendung häufig einen Wechsel zu höherfesten Komponenten wie MIM-Teilen erzwingt. 

	PULVER METALLURGIE	FEINGUSS	DRUCKGUSS	ZERSPANEN	STEMPELN	SCHMIEDEN	METALLSPRITZGUSS
DENSITÄT	85%	100%	100%	100%	100%	100%	96% 99%
STÄRKE	NIEDRIG	SEHR HOCH	MITTEL	SEHR HOCH	HOCH	SEHR HOCH	HOCH
RAUHEIT	MITTEL	NIEDRIG	HOCH	SEHR NIEDRIG	SEHR NIEDRIG	SEHR HOCH	SEHR NIEDRIG
GEWICHT	MITTEL NIEDRIG	MITTEL 1gr./30kg:	MITTEL	MITTEL	NIEDRIG	MITTEL HOCH	NIEDRIG 0,05gr./100gr.
FEINE DETAILS	NEIN	JA	NEIN	JA	NEIN	NEIN	SEHR GUT
KOMPLEXITÄT	NIEDRIG	HOCH	MITTEL	HOCH	NIEDRIG	NIEDRIG	SEHR HOCH
LÖSUNGEN	GROß	KLEIN BIS GROß	GROß	MITTEL	SEHR GROß	KLEIN BIS GROß	GROß BIS SEHR GROß
KOSTEN	NIEDRIG	MITTEL	NIEDRIG	HOCH	NIEDRIG	MITTEL	NIEDRIG MITTEL
GUSSKOSTEN	SEHR HOCH	MITTEL	HOCH	—	—	—	HOCH
TOLERANZEN	SEHR GUT	GOOD	MITTEL	SEHR GUT	MITTEL	ARM	SEHR GUT

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