금속 사출 성형(MIM): 공정, 기계, 비용 및 응용 분야

차례

금속 사출 성형(MIM)은 네트 성형 기술에 가까운 새로운 분말 야금 기술입니다. 플라스틱 사출 성형 산업. 플라스틱 사출성형 기술은 다양한 복잡한 형상의 제품을 저렴한 가격에 생산하는 것으로 잘 알려져 있지만, 플라스틱 제품은 강도가 낮습니다. 성능을 향상시키기 위해 플라스틱에 금속 또는 세라믹 분말을 첨가하여 강도가 높고 내마모성이 우수한 제품을 얻을 수 있습니다.

최근 몇 년 동안 이 아이디어는 후속 소결 공정에서 고체 입자의 함량을 최대화하고 바인더를 완전히 제거하고 형성된 빌렛을 치밀화하는 방향으로 발전했습니다. 이 새로운 분말 야금 성형 방법을 금속 사출 성형이라고 합니다.

금속 사출 성형이란 무엇입니까?

금속 사출 성형복합 성형 기술이라고도 알려진 은 액체 또는 가스 압력 하에서 금속 재료를 특정 금형에 주입하는 가공 기술입니다. 가열, 냉각, 성형 등의 일련의 공정을 거쳐 최종적으로 금형의 설계도면에 따라 다양한 특수 부품 및 부품을 생산하는 공정입니다.

또한, 금속 사출 성형은 미세한 금속 분말을 바인더 재료와 혼합하여 "공급 원료"를 만든 다음 사출 성형을 통해 고형화하는 것을 의미할 수도 있습니다. 이 성형 공정을 통해 대용량의 복잡한 부품을 만들 수 있습니다. 성형 후 구성요소는 바인더를 제거하고 분말을 치밀화하기 위해 조정을 거칩니다. 완성된 소형 부품은 다양한 산업 분야에 적용될 수 있습니다.

목적

금속 사출 성형(MIM)은 작고 복잡한 금속 부품을 대량으로 생산하는 것을 목표로 합니다. 이 기술은 가공의 필요성을 없애고 단조, 주조 또는 기계 가공과 같은 전통적인 방법보다 비용 효율적이기 때문에 선호됩니다. 특히 대량으로 생산되는 작고 복잡한 부품의 경우 더욱 그렇습니다.

왜 금속 사출 성형을 사용합니까?

최첨단 금속 제조 공정인 금속 사출 성형(MIM)은 수년에 걸쳐 인기가 급상승했습니다. 1986년 작은 규모로 시작하여 현재 약 380억 XNUMX천만 달러에 달하는 시장 규모에 이르기까지 MIM은 많은 제조업체가 선호하는 선택으로 자리매김했습니다. 이러한 인기 상승의 이유는 다양하지만, 두 가지 눈에 띄는 것은 비교할 수 없는 효율성과 비용 효율성입니다.

MIM의 효율성은 수많은 소형 부품을 동시에 생산할 수 있는 능력에 있습니다. 전통적인 금속 가공 공정과 달리 MIM을 사용하면 제조업체는 "샷"당 100g 이하의 수량만 금형의 여러 공동으로 성형할 수 있습니다. 이는 단일 성형 사이클로 여러 제품을 생산할 수 있어 전체 생산 시간과 품목당 비용이 크게 절감된다는 의미입니다.

또한 이 프로세스를 통해 더 큰 유연성과 맞춤화가 가능해졌습니다. MIM에 사용되는 공급원료는 다양한 금속으로 구성될 수 있으며 가장 일반적인 것은 스테인리스강입니다. 이러한 다양성을 통해 제조업체는 특정 요구 사항에 맞는 특정 특성과 특성을 갖춘 제품을 만들 수 있습니다.

제품이 성형되면 정제 공정이 이어집니다. 금속 입자를 서로 묶는 데 사용되는 바인더 재료를 조심스럽게 제거하고, 금속 입자를 융합하기 위해 소결 공정을 거칩니다. 이 소결 공정을 통해 소재의 강도와 내구성이 향상될 뿐만 아니라 제품의 크기가 약 15% 정도 줄어듭니다. 이러한 수축은 제어된 공정으로 최종 제품이 원하는 사양을 충족하도록 보장합니다.

MIM의 비용 효율성은 MIM의 인기에 기여하는 또 다른 중요한 요소입니다. 여러 개의 소형 부품을 동시에 생산함으로써 제조업체는 규모의 경제를 달성하여 품목당 전체 생산 비용을 줄일 수 있습니다. 또한, 정제 공정을 통해 가공, 연삭, 연마 등의 후처리 단계가 필요하지 않아 전체 비용이 더욱 절감됩니다.

금속 사출 성형 공정

MIM 제조 공정에는 일반적으로 혼합 과립화, 사출 성형, 탈지, 소결 및 2차 처리가 포함됩니다. 관련 장비에는 혼합 및 조립 일체형 기계, MIM 전문 사출 성형기, 탈지로, 소결로 및 다양한 검출 및 2차 가공 장비가 포함됩니다.

1.금속분말의 준비

금속 분말 사출 성형은 분말 형태, 입자 크기, 입자 크기 구성, 비표면적, 느슨한 밀도 등을 포함하여 원료 분말에 대한 높은 요구 사항을 가지고 있습니다.

금속 분말 사출 성형에 사용되는 원료 분말에는 수산기법과 분무법의 두 가지 주요 방법이 있습니다. 금속 분말 사출 성형에는 매우 미세한 원료 분말이 필요하므로 금속 분말 사출 성형에 대한 요구 사항이 매우 높습니다.

2.바인더

접착제는 금속사출성형(MIM) 기술의 핵심입니다. MIM에서 접착제는 사출성형에 적합하도록 유동성을 강화하고 빌렛의 형상을 유지하는 두 가지 기본 기능을 가지고 있습니다. 또한, 제거가 용이하고, 오염이 없으며, 독성이 없으며, 가격이 합리적이라는 특성도 갖추어야 합니다. 결과적으로 다양한 유형의 접착제가 등장했으며 최근에는 단지 경험에 기초한 선택에서 탈지 방법 및 바인더 기능의 요구 사항을 충족시키는 방향으로 점차 전환되고 있습니다. 목표 접근 방식으로 접착제 시스템을 설계하는 개발 방향.

금속 분말 사출 성형에서 바인더에 대한 요구 사항은 다음과 같습니다. 분말과의 작은 접촉각과 강한 접착력; 분말에서는 2상 분리가 발생하지 않습니다. 냉각 후에는 일정한 강도를 가져야 합니다. 탈지시 심각한 원인이되지 않습니다. 사출 성형 결함 예를 들어 그린 바디의 균열 및 버블링; 순수 바인더의 주입 온도에서의 점도는 0.1Pa·s 미만이어야 합니다.

3.믹싱

혼합은 균일한 공급물을 얻기 위해 금속분말을 바인더와 혼합하는 과정이다. 원료 분말과 바인더를 혼합하고 효과적으로 교반하여 주입 요구사항을 균질화하고 충족시키는 공정입니다. 피드의 특성에 따라 최종 제품의 성능이 결정됩니다. 이 공정 단계는 현재 경험 탐색 수준에 머물고 있으며, 혼합 공정의 품질을 평가하는 중요한 지표는 얻은 피드의 균일성과 일관성입니다.

따라서 혼합공정은 매우 중요해졌으며, 여기에는 바인더와 분체를 첨가하는 방식과 순서, 혼합온도, 혼합장치의 특성 등 다양한 요소가 관여하게 된다. 궁극적으로 제품의 품질을 평가하는 중요한 지표가 된다. 혼합 과정은 얻은 사료의 균일성과 일관성입니다.

금속 사출 성형(MIM)에 일반적으로 사용되는 혼합 장치에는 이중 스크류 압출기, Z형 임펠러 믹서, 단일 스크류 압출기, 플런저 압출기, 이중 유성 믹서, 이중 캠 믹서 등이 포함됩니다. 이러한 혼합 장치는 모두 다음과 같은 혼합물을 제조하는 데 적합합니다. 1-1000Pa · s 범위 내의 점도.

4. 사출 성형

분말 사출 성형 공정에서 사출 성형은 적격 그린 빌렛의 생산을 결정하는 중요한 공정입니다. 혼합물은 사출 성형기에서 스크류 교반에 의해 가열되고, 가소화된 혼합물은 사출 성형기 공급 시스템을 통해 금형 캐비티에 주입되고 냉각 수축을 보상하기 위해 압력을 유지합니다.

냉각 및 응고 후 부품의 강도가 충분하면 금형을 열고 이젝터 핀을 사용하여 부품을 밀어내어 성형체를 얻습니다.

5.탈지

그린 바디는 수동으로 정기적으로 세라믹 판 위에 놓인 다음 탈지용 탈지로에 들어가기를 기다립니다.

탈지 단계에서 모든 탈지 방법은 대략 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 하나는 2단계 탈지 방법입니다. 2단계 탈지방식에는 용제탈지+열탈지, 사이펀탈지-열탈지 등이 있다. 1단계 탈지방식은 주로 1단계 열탈지 방식이며, 현재 가장 발전된 방식은 아마에타몰드 방식이다.

6.소결

소결은 분말 야금의 중요한 공정이자 금속 분말 사출 성형 공정의 마지막 단계이기도 합니다.

소결을 통해 금속 분말 사출 성형 제품은 전체 밀도 또는 거의 전체 밀도를 달성할 수 있습니다. 소결 단계에서는 고밀도 금속 부품을 얻고 표면 균열을 방지하며 동일한 크기 수축률로 부품의 원래 모양을 유지하기 위해 소결 온도의 변화를 제어해야 합니다.

7차 치료

소결 후 소결된 부품에는 일반적으로 특정 버가 발생합니다. 버의 주요 부분은 먼저 레이저로 제거하고 나머지 부분은 샌드블라스팅 등으로 제거할 수 있습니다.

샌드블라스팅은 고속 모래 흐름의 충격을 이용해 버를 청소하고 표면을 거칠게 만드는 기술입니다. 샌드 블라스팅에는 일반적으로 구리 광석, 석영 모래, 다이아몬드 모래, 철 모래, 하이난 모래 등이 포함됩니다. 샌드 블라스팅은 제품 표면에 무광택 효과를 줄 수 있을 뿐만 아니라 디버링.

금속 사출 성형 공정 기간

금속 분말부터 완성품까지 전체 금속 사출 성형(MIM) 공정은 일반적으로 24~36시간이 소요됩니다. 이 기간의 대부분은 열 탈지에만 사용되며, 이 단계에만 최대 24시간이 걸릴 수 있습니다. 단일 부품을 생산하는 데 최대 XNUMX일이 걸릴 수 있는 직접 레이저 금속 소결에 비해 MIM은 훨씬 더 빠릅니다. 이러한 속도 이점으로 인해 MIM은 대량 생산에 이상적입니다.

일반적인 금속 사출 성형기

사출 성형기 – 금속분말-바인더 혼합물을 금형에 주입하는데 사용됩니다.
탈지로 – 성형품의 바인더를 제거하는데 활용됩니다.
소결로 – 탈지된 부분을 가열하여 금속 입자를 서로 융합시키는 데 사용됩니다.
혼합 장비 – 금속분말을 바인더재와 혼합하는데 사용됩니다.
금형 클램핑 유닛 – 사출 공정 중에 금형이 단단히 고정되도록 합니다.
온도 제어 장치 – 공정 전반에 걸쳐 정확한 온도 제어를 유지합니다.
컨베이어 시스템 – 프로세스의 여러 단계 간 부품 이동을 촉진합니다.
냉각 시스템 – 사출 및 소결 공정 후 부품을 냉각하는 데 사용됩니다.
품질 검사 기계 – 부품의 정확성과 무결성을 보장하기 위한 좌표 측정기(CMM) 및 X선 검사 시스템과 같은 장비.

이 기계들은 금속 사출 성형 공정에서 함께 작동하여 고정밀 금속 부품을 생산합니다.

금속 사출 성형 비용

금속 사출 성형(MIM)에는 특정 프로젝트 요구 사항에 따라 달라질 수 있는 여러 가지 비용 요소가 포함됩니다. 결합제와 혼합된 금속 분말로 구성된 공급원료는 MIM에서 킬로그램당 약 24달러로 훨씬 더 비쌉니다. 이는 공급원료 가격이 킬로그램당 약 $2~$4인 다른 분말 야금 방법과 대조됩니다.

MIM 기계에 투자하는 것은 상당한 비용을 의미합니다. 금속 사출 성형기의 가격은 기계의 기능과 사양에 따라 $50,000에서 $200,000까지 다양합니다. 또한 툴링 비용도 또 다른 중요한 요소이며 일반적으로 $30,000에서 $70,000 사이입니다.

제품의 크기, 재료 및 복잡성을 포함하여 MIM 부품의 전체 비용에 영향을 미치는 몇 가지 다른 요소가 있습니다. 이러한 변수를 고려할 때 단위당 가격은 매우 다양할 수 있지만 대개 1달러에서 5달러 사이입니다. 필요한 부품의 양, 설계의 복잡성과 같은 특정 프로젝트 요구 사항은 최종 비용을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

따라서 MIM은 작고 복잡한 부품을 대량으로 생산할 때 비용 이점을 제공하지만 공급 원료, 기계 및 툴링에 대한 초기 투자를 신중하게 고려해야 합니다.

사출 성형의 장점은 무엇입니까?

금속 사출 성형(MIM)에는 여러 가지 장점이 있으며 주요 장점 중 일부는 다음과 같습니다.

1.복잡성

금속 사출 성형(MIM)은 형상 설계에 거의 제한이 없으므로 다양한 독립 부품을 매우 복잡하고 다기능적인 제품으로 결합하는 데 이상적인 선택입니다. 설계 규칙은 사출 성형과 유사하므로 거의 모든 유형의 제품이 이 고급 프로세스의 이점을 누릴 수 있습니다.

2. 정밀도

금속 사출 성형은 높은 정밀도를 달성할 수 있습니다. 크기의 변화는 일반적으로 ± 0.1 범위 내에 있으며 일부 특성은 ± 0.005에 도달할 수도 있습니다. 이러한 높은 수준의 정밀도로 인해 금속 사출 성형은 고품질 및 정밀 부품을 추구하는 데 선호되는 공정입니다.

3. 무게 및 치수

금속 사출 성형은 소형 부품, 특히 무게가 80g 미만이고 가장 낮은 범위가 40g 미만인 부품을 처리하는 데 특히 효과적입니다. 금속 사출 성형은 신기술을 적용하여 부품의 무게를 줄여 원자재 비용을 최대한 최소화합니다.

4.솎아내기

벽 두께가 5mm 미만인 부품의 경우 금속 사출 성형이 가장 적합한 선택입니다. 물론 두꺼운 외벽도 처리할 수 있지만 처리 시간이 늘어나고 재료 비용이 추가될 수 있습니다.

5.생산능력

금속 사출 성형은 연간 수요가 수천에서 수백만에 이르는 제품에 적합하여 경제적이고 효율적인 생산을 달성합니다. 그러나 소규모 배치 제품의 경우 고객은 금형 및 도구에 투자해야 할 수 있으며 이는 비용에 특정 영향을 미칠 수 있습니다.

6.다중 재료 선택

다기능 공정인 금속 사출 성형은 합금철, 초합금, 티타늄 합금, 구리 합금 등을 포함한 다양한 금속 재료를 처리할 수 있습니다. 알루미늄 및 구리와 같은 비철 합금도 기술적으로 가능하지만 다음과 같은 보다 경제적인 가공 방법도 있습니다. 다이 캐스팅 or CNC 가공 일반적으로 선택됩니다.

사출 성형의 단점은 무엇입니까?

금속 사출 성형의 단점은 주로 다음과 같습니다.

1. 높은 비용: 금속 사출 성형 비용 높은 장비 및 금형 비용과 원자재 비용이 많이 소요되어 생산 비용이 상대적으로 높기 때문입니다.
2. 높은 공정 난이도: 금속 사출 성형에는 온도, 압력 및 시간과 같은 공정 매개변수의 정밀한 제어가 필요합니다. 그렇지 않으면 충진 부족, 오버플로 및 뒤틀림과 같은 문제가 발생하기 쉽고 높은 공정 요구 사항이 필요합니다.
3. 제한된 적용 범위: 금속 사출 성형은 작고 복잡한 모양의 금속 부품 생산에 적합합니다. 크거나 단순한 금속 부품의 경우 전통적인 금속 가공 방법이 더 적합할 수 있습니다.

금속사출성형의 응용

금속 사출 성형은 다음과 같이 높은 정밀도, 모양 및 재료 특성이 요구되는 응용 분야에 적합합니다.

자동차 제조업: 금속 사출 성형은 자동차 엔진 부품, 변속기 부품, 흡기 매니폴드 등을 생산하는 데 사용할 수 있습니다. 이러한 부품은 고정밀도, 고강도 및 고온 저항이 필요합니다.
의료 기기 산업: 금속 사출 성형은 치과용 임플란트, 수술 기구 등과 같은 의료 기기의 정밀 부품을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 부품은 높은 정밀도, 무독성 및 멸균 특성을 가져야 합니다.
항공우주 분야: 금속 사출 성형은 항공기 부품, 로켓 엔진 부품 등을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 부품은 고강도, 고정밀, 경량 특성을 갖추어야 합니다.
전자 제품 산업: 금속사출성형은 휴대폰, 태블릿 등 전자제품의 카메라 브라켓, 안테나 등 정밀 부품을 생산하는 데 사용될 수 있습니다. 이러한 부품은 높은 정밀도와 경량 특성이 필요합니다.

금속 사출 성형과 플라스틱 사출 성형의 차이점은 무엇입니까?

금속 사출 성형과 플라스틱 사출 성형은 서로 다른 두 가지 공정이며, 이들 간의 주요 차이점은 사용되는 재료와 공정에 있습니다.

재료 선택: 금속사출성형은 알루미늄합금, 마그네슘합금, 아연합금, 구리합금 등의 금속분말이나 금속합금을 주로 사용하며, 고온, 고압에서 사출성형을 통해 가공된다. 플라스틱 사출성형에는 주로 ABS, PC, POM, PVC 등 다양한 플라스틱 소재가 사용됩니다.
사출 성형 공정: 금속 사출 성형은 일반적으로 다이캐스팅 기술을 사용하므로 더 높은 사출 압력과 더 긴 사출 시간이 필요합니다. 반면, 플라스틱 사출 성형은 압축 성형 공정을 채택하여 공정 시간이 짧고 공정 압력이 더 낮습니다.
제품 신청 : 금속 사출 성형 공정으로 제조된 부품은 고밀도, 고정밀, 고강도 특성을 갖고 있어 복잡한 형상의 부품, 특히 기계적 가공 및 기타 가공 방법을 통해 가공하기 어려운 일부 부품을 생산하는 데 적합합니다. 플라스틱 사출 성형은 적용 범위가 더 넓으며 다양한 모양과 크기의 부품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.

금속 사출 성형이 프로토타입 제작에 적합합니까?

금속 사출 성형(MIM)은 일반적으로 높은 툴링 비용으로 인해 프로토타입 제작에 적합하지 않아 경제적으로 비실용적입니다. 프로토타입 제작에는 금속 바인더 분사 또는 DMLS(직접 금속 레이저 소결)와 같은 방법이 더 적합합니다. 이러한 기술은 생산 등급 재료를 활용하여 프로토타입이 최종 제품의 특성과 성능을 밀접하게 모방하도록 보장하므로 프로토타입 제작에 이상적입니다.

금속 사출 성형의 정확성

금속 사출 성형(MIM)은 +/- 0.3% ~ 0.5% 또는 0.01 ~ 0.001mm 사이의 치수 공차를 달성하는 높은 정밀도로 알려져 있습니다. 이러한 정확도 수준은 치수 및 표면 마감 요구 사항을 충족하기 위해 후처리 가공이 필요한 경우가 많은 다이 캐스팅과 같은 다른 제조 방법을 능가합니다. 그러나 MIM의 정확도는 부품의 크기와 사용된 금속 분말에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 부품이 클수록 소결 중에 더 많이 수축되는 경향이 있어 변동성이 더 커집니다. 또한 금속 입자가 크면 수축이 증가하여 최종 제품의 전반적인 정밀도에 영향을 줄 수 있습니다.

금속사출성형과 다이캐스팅의 차이점

특색	금속 사출 성형 (MIM)	다이 캐스팅
자재	바인더와 혼합된 금속분말	용융 금속
방법	사출 성형, 탈지, 소결	금형에 고압 주입
정확성	+/- 0.3~0.5%(0.01~0.001mm)	정확성을 위해 후처리 가공이 필요합니다.
툴링 비용	높음	보통에서 높음
생산량	대용량에 적합	중간에서 높은 볼륨에 적합
부품 복잡성	복잡한 형상에 탁월	좋지만 제한이 있습니다.
크기 제한	중소형 부품에 가장 적합	더 큰 부품을 처리할 수 있음
표면 처리	일반적으로 부드럽고 마감 처리가 거의 필요하지 않습니다.	다양하며 종종 추가 마무리가 필요함
재료 범위	광범위한 금속 합금	일반적으로 알루미늄, 아연과 같은 비철금속
생산 속도	보통	높음
프로토타입 적합성	프로토타입 제작에 비용 효율적이지 않음	프로토타입 제작에 더 적합함
수축	중요, 소결 중 관리	최소화, 냉각 중 관리
어플리케이션	자동차, 항공우주, 의료, 전자	자동차, 소비재, 전자제품

맺음말

전반적으로 금속 사출 성형 기술은 유연성, 높은 정밀도, 경제성 및 다양한 금속 재료에 대한 적합성으로 인해 오늘날 제조 산업에서 가장 선호되는 첨단 제조 기술 중 하나가 되었습니다. 제조업체는 이 프로세스를 최대한 활용하여 금속 부품을 더욱 복잡하고 정확하며 경제적으로 생산할 수 있으며 제품 설계 및 제조 분야에서 지속적인 혁신과 개발을 주도할 수 있습니다.