Moldagem por injeção de metal
A moldagem por injeção de metal (MIM) é um processo de trabalho em metal no qual o metal em pó fino é misturado com o material aglutinante para criar uma "matéria-prima" que é moldada e solidificada usando moldagem por injeção . O processo de moldagem permite que peças complexas e de alto volume sejam moldadas em uma única etapa. Após a moldagem, a peça passa por operações de condicionamento para remover o aglutinante (rebarbação) e densificar os pós. Os produtos acabados são pequenos componentes usados em muitas indústrias e aplicações.
O comportamento da matéria-prima MIM é governado pela reologia , pelo estudo de lodos, suspensões e outros fluidos não-newtonianos.
Devido às limitações atuais do equipamento, os produtos devem ser moldados usando quantidades de 100 gramas ou menos por "injeção" no molde. Essa foto pode ser distribuída em várias cavidades, tornando o MIM econômico para produtos pequenos, intricados e de alto volume, que, de outra forma, seriam caros de produzir. A matéria-prima MIM pode ser composta por uma infinidade de metais, mas os mais comuns são os aços inoxidáveis, amplamente utilizados na metalurgia de pó . Após a moldagem inicial, o aglutinante de matéria-prima é removido e as partículas de metal são ligadas por difusão e densificadas para atingir as propriedades de resistência desejadas. A última operação normalmente reduz o produto em 15% em cada dimensão.
O mercado de moldagem por injeção de metal cresceu de US $ 9 milhões em 1986 para US $ 382 milhões em 2004 para mais de US $ 1,5 bilhão em 2015. Uma tecnologia relacionada é a moldagem por injeção de pó cerâmico, levando a vendas totais de cerca de US $ 2 bilhões. A maior parte do crescimento nos últimos anos ocorreu na Ásia.
Processo
As etapas do processo envolvem a combinação de pós metálicos com polímeros, como ligantes de cera e polipropileno, para produzir a mistura de "matéria-prima" que é injetada como um líquido em um molde usando máquinas de moldagem por injeção de plástico. A peça moldada ou "verde" é resfriada e ejetada do molde. Em seguida, uma porção do material aglutinante é removida usando solvente, fornos térmicos, processo catalítico ou uma combinação de métodos. A parte resultante, frágil e porosa (40% em volume de "ar"), está em uma condição chamada de estágio "marrom". Para melhorar o manuseio, muitas vezes, a desbaste e a sinterização são combinadas em um único processo. A sinterização aquece o pó a temperaturas próximas ao ponto de fusão em um forno de atmosfera protetora para densificar as partículas usando forças capilares em um processo chamado sinterização . As peças MIM são frequentemente sinterizadas a temperaturas quase altas o suficiente para induzir a fusão parcial em um processo denominado sinterização em fase líquida. Por exemplo, um aço inoxidável pode ser aquecido entre 1350 e 1400 graus Celsius). As taxas de difusão são altas, levando a um alto encolhimento e densificação. Se realizado no vácuo, é comum atingir 96–99% de densidade sólida. O metal do produto final possui propriedades mecânicas e físicas comparáveis às peças recozidas feitas usando métodos clássicos de usinagem. Os tratamentos térmicos pós-sinterização para MIM são os mesmos de outras rotas de fabricação e, com alta densidade, o componente MIM é compatível com os tratamentos de condicionamento de metal, como galvanização , passivação , recozimento, carburação, nitretação e endurecimento por precipitação.
As aplicações
A janela da vantagem econômica em peças moldadas por injeção de metal reside na complexidade e no volume de peças de tamanho pequeno. Os materiais MIM são comparáveis ao metal formado por métodos concorrentes, e os produtos finais são usados em uma ampla gama de aplicações industriais, comerciais, médicas, odontológicas, armas de fogo, aeroespaciais e automotivas . Tolerâncias dimensionais de ± 0,3% são comuns e a usinagem é necessária para tolerâncias mais próximas. O MIM pode produzir peças onde é difícil, ou mesmo impossível, fabricar um item com eficiência por outros meios de fabricação. Idealmente, pelo menos 75 especificações dimensionais em um componente de apenas 25 mm de tamanho máximo e 10 g de massa são as melhores - como, por exemplo, necessárias para caixas de relógios, plugues de telefone celular e dobradiças de laptop. Os custos aumentados dos métodos tradicionais de fabricação inerentes à complexidade da peça, como roscas internas / externas, miniaturização ou marcação de identidade, normalmente não aumentam o custo em uma operação MIM devido à flexibilidade da moldagem por injeção.
Outros recursos de design que podem ser implementados na operação MIM incluem códigos de produto, números de peça ou carimbos de data; peças fabricadas com o seu peso líquido, reduzindo desperdícios e custos de materiais; Densidade controlada entre 95 e 98%; Amálgama de peças e geometrias 3D complexas .
A capacidade de combinar várias operações em um único processo garante que o MIM tenha êxito na economia de tempos de entrega e custos, proporcionando benefícios significativos aos fabricantes. O processo de moldagem por injeção de metal pode ser uma tecnologia ecológica, devido à redução significativa de desperdício em comparação com os métodos de fabricação "tradicionais", como a usinagem CNC de 5 eixos. No entanto, algumas das operações mais antigas geram emissões tóxicas como formaldeído, descartam solventes clorados e precisam queimar cera ou outros polímeros, levando a emissões de gases de efeito estufa.
Existe uma ampla gama de materiais disponíveis ao utilizar o processo MIM. Os processos tradicionais de usinagem envolvem frequentemente uma quantidade significativa de desperdício de material, o que torna o MIM uma opção altamente eficiente para a fabricação de componentes complexos que consistem em ligas caras / especiais ( cobalto-cromo , aço inoxidável 17-4 PH , ligas de titânio e carbonetos de tungstênio ). O MIM é uma opção viável quando são necessárias especificações de paredes extremamente finas (ou seja, 100 micrômetros). Além disso, os requisitos de blindagem EMI ( interferência eletromagnética ) apresentaram desafios únicos, que estão sendo alcançados com sucesso através da utilização de ligas especiais.