ANÁLISIS COMPARATIVO MIM vs FDM vs BINDER JETTING

El uso de la tecnología MIM ha experimentado un crecimiento exponencial a lo largo de las últimas décadas, estableciéndose como la más importante en los procesos de fabricación de piezas metálicas. Sin embargo, es posible encontrar en el FDM y Binder Jetting complementos a esta tecnología, por lo que no deben ser vistas únicamente como procesos competitivos entre sí.

MIM (Metal Injection Moulding)

La tecnología MIM (Metal Injection Moulding, Moldeo por Inyección de Metal) es una tecnología de fabricación de piezas metálicas que combina la metalurgia de polvos con la tecnología de moldeo por inyección de plásticos. La materia prima utilizada es una mezcla de polvo metálico y polímeros que se denomina feedstock. Este material se introduce en un molde con la geometría deseada mediante una máquina de inyección similar a la utilizada en el proceso de moldeo por inyección de plásticos. Así se obtiene la denominada pieza en verde, que es sometida a un proceso químico-térmico denominado desbanderizado cuyo objetivo es extraer el ligante de la pieza obteniendo así la pieza en marrón. Después la pieza se somete al proceso de sinterización, de manera que las partículas se unen formando una pieza metálica de alta densidad y con tolerancias dimensionales estrechas. La tecnología MIM es apropiada para fabricar piezas de geometría compleja, de tamaño pequeño o medio y se dispone de una amplia variedad de materiales, como aceros inoxidables, aceros de baja aleación, soft magnetic, acero de herramientas, cerámicas, etc.

Impresión FDM

La tecnología de impresión FDM (Fused Deposition Modeling) también conocido como ME (Material Extrusion) o FFF (Fused Filament Fabrication), es el proceso por el cual se fabrican piezas capa a capa mediante la deposición de material extruido (polvo metálico + polímeros) a través de una boquilla de forma similar a las utilizadas en las impresoras de filamento de plástico. Esta tecnología puede utilizar filamento, pellets o barras como materia prima y, una vez impresa la pieza verde, se necesitan procesos de desbanderizado y sinterizado, al igual que en la tecnología MIM, para obtener la pieza metálica final.

Qué es Binder Jetting

El proceso de fabricación de la tecnología Binder Jetting se basa en la deposición de una capa de polvo metálico sobre una plataforma de impresión y del aglomerado por deposición de material polimérico a través de una boquilla. Posteriormente, son necesarios procesos de curado del polímero en cada capa impresa y, una vez finalizada la impresión, el llamado proceso de-powder para eliminar el polvo restante y obtener las piezas en verde. Finalmente, se necesitan procesos de desbanderizado y sinterizado para obtener las piezas metálicas. El proceso de desbanderizado en piezas impresas por Binder Jetting resulta menos crítico de lo habitual, debido a que la cantidad de ligante depositado en la unión de capas es mínima. Esto provoca la eliminación del ligante de la pieza verde de manera sencilla, pero a la vez hace que las piezas en verde impresas sean frágiles y difíciles de manipular.

Características comparadas entre Binder Jetting, FDM y MIM

Pese a que en multitud de artículos se pueden encontrar gráficos comparativos de tecnologías donde vemos superposición entre la tecnología MIM y alguna tecnología de impresión, sobre todo Binder Jetting, la realidad es que hoy en día Additive Manufacturing y MIM no son tecnologías competitivas si no complementarias. A continuación se definen algunas diferencias fundamentales entre ambas tecnologías.

Velocidad de fabricación de FDM, Binder Jetting y MIM

Aunque los desarrollos de piezas son mucho más rápidos en Additive Manufacturing comparado con MIM, principalmente debido a la fabricación del molde, la producción de piezas posterior al molde se vuelve más rápida en la tecnología MIM comparado con las tecnologías de impresión.

Diferencias en la porosidad y microestructura

Puede aparecer porosidad de gran tamaño asociada a defectos de impresión, sobre todo en piezas fabricadas mediante FDM. Esto nos puede llevar a densidades en pieza metálica más bajas a las obtenidas por MIM. Además, la naturaleza del polvo metálico utilizado en la fabricación puede generar microestructuras incorrectas que requieren de tratamientos térmicos posteriores para mejorarla.

Portafolio de materiales

La tecnología MIM es mucho más versátil en cuanto a los materiales disponibles para fabricar piezas metálicas. Hay que tener en cuenta que las tecnologías Additive Manufacturing están en pleno desarrollo y es probable que su catálogo de materiales aumente a medida que la tecnología va madurando. A día de hoy, el porfolio de materiales disponible en las tecnologías de impresión se limita a aceros inoxidables, algún acero de herramienta y pocos materiales más.

Acabado superficial

Mayor rugosidad en las técnicas Additive Manufacturing. Necesario operaciones secundarias de mejora de acabado para competir con MIM. En Ecrimesa Group garantizamos rugosidades en sinterizado entre 0,8 y 1,6 Ra.

Diseño

Posibilidad de fabricación de piezas más complejas (piezas huecas, geometrías biónicas, contrasalidas, etc) y de mayor tamaño en tecnologías Additive Manufacturing.  

Tecnologías MIM y Additive Manufacturing trabajan en diferentes sectores de mercado

Aunque la tecnología Additive Manufacturing está en constante desarrollo y puede haber variaciones, parece que esta tecnología de fabricación se está posicionando sobre todo en los sectores médico, industrial y aeronáutico.

Resultados del Estudio Comparativo acerca de las Propiedades mecánicas del 17-4PH

Se muestran los resultados de un estudio comparativo de propiedades mecánicas (ensayo de tracción) de probetas 17-4PH sinterizadas. Se fabrican probetas de tracción según la norma ISO 2740 Sintered metal materials (excluding hardmetal) según las diferentes tecnologías e impresoras descritas en la siguiente tabla.  

Tecnología / Impresora	Densidad (g/cc)	Hardness (HV10)	Resistencia última a la tracción Rm (MPa)	Resistencia a la cesión Rp0,2  (MPa)	Alargamiento  A (%)
Moldeo por Inyección de Metal	7,63	296	951	839	5,1
FDM Impresora 3D convencional	7,53	271	811	749	6,4
FDM Desktop Metal	7,57	274	852	806	3,2
Binder Jetting	7,57	260	870	777	6,7
ISO 22068  MIM-174PH Sinterizado	7,50	280	800	650	3

Todas las propiedades mecánicas obtenidas están dentro de la norma ISO 22068 “Sintered metal injection moulded materials specifications” para acero 17-4PH sinterizado, siendo la tecnología MIM la que mejores propiedades mecánicas presenta.

Haz Clic aquí para ampliar información: