Negli ultimi anni, il processo di stampaggio a iniezione di micro-metalli (μ-MIM) è stato sviluppato con l'obiettivo di produrre metalli e leghe utilizzabili per la produzione in serie di microparti e superfici microstrutturate. μ-MIM aumenta notevolmente la disponibilità di metalli e leghe per microapplicazioni, come nuovi materiali con elevata stabilità termica, resistenza e tenacità, nonché conduttività termica e magnetismo.

Inoltre, rispetto allo stampaggio a microiniezione di plastica, il processo di produzione bimetallica sviluppato da μ-MIM consente di collegare tra loro due materiali metallici diversi (coiniezione bimetallica) durante il processo di stampaggio a iniezione.

1. MIM a due componenti (2C-MIM)

La superficie è porosa e il nucleo interno è denso

Come metodo di produzione di componenti bimetallici, è stato sviluppato il processo 2C-MIM (Two-Component MIM). Il vantaggio principale del processo 2C-MIM è che due materiali con proprietà diverse possono essere combinati direttamente in un unico processo produttivo, riducendo così le successive operazioni di giunzione (come saldatura, rivettatura, assemblaggio di elementi di fissaggio, ecc.).

I componenti che la tecnologia 2C-MIM può produrre spaziano da parti cave con strutture interne complesse a componenti flessibili staccabili.

L'obiettivo di tutta la ricerca è produrre componenti ingegneristici funzionali e migliorati a un costo contenuto. Per i componenti facilmente usurabili, è possibile rinforzare solo localmente le parti chiave, come la superficie di attrito, con materiali più duri o resistenti all'usura, e altre parti strutturali con materiali relativamente economici.

Per produrre componenti bimetallici, non è sufficiente conoscere la forma di stampaggio a iniezione dei due materiali di iniezione: è fondamentale che i due materiali possano essere sinterizzati nello stesso forno e nella stessa atmosfera di sinterizzazione. Poiché il tasso di ritiro dei due componenti non è lo stesso durante la sinterizzazione, può portare a delaminazione o cricche. Inoltre, quando si forma una fase dannosa, gli elementi di lega possono diffondersi lungo il confine, riducendo le proprietà del materiale.

Figura 17-Campione di trazione composito 4PH/316L preparato mediante co-iniezione

Coordinando i fattori di lavorazione, la qualità dei componenti 2C-MIM viene ottimizzata. Grazie alla sua capacità unica di realizzare un componente con diverse proprietà dei materiali senza alcuna operazione di assemblaggio, il processo 2C-MIM è destinato ad ampliare il mercato applicativo di... Industria MIM.

Se la dimensione delle particelle della polvere è inferiore a 1 µm, è necessario utilizzare materiali di iniezione speciali per adattarsi ai problemi causati dall'ampia superficie della polvere. stampaggio a iniezione di polvere e sgrassante.

2. Processo di stampaggio a iniezione di micro metalli (μ-MIM)

Piatto di reazione in acciaio inossidabile per microiniezione

Prodotti e sistemi stanno diventando miniaturizzati, il che significa che le parti strutturali e funzionali nei sistemi complessi stanno diventando sempre più piccole.

Ciò richiede non solo l'uso di materiali avanzati con proprietà fisiche appropriate, ma anche caratteristiche geometriche microminiaturizzate per aumentare il numero di funzioni integrate.

Pertanto, è necessario sviluppare metodi altamente efficaci e affidabili per la produzione di microparti o parti microstrutturate, e le parti microstrutturate prodotte con μ-MIM possono essere utilizzate per sostituire le parti in plastica e ottenere i vantaggi delle proprietà meccaniche, della resistenza alla corrosione o delle proprietà ad alta temperatura dei materiali metallici.

Il successo di questo nuovo processo di produzione si basa sul fatto che la sua competitività è limitata dai materiali lavorabili o dalla capacità di produzione di massa e non esiste alternativa al μ-MIM.

La tecnologia LIGA (una combinazione di litografia ed elettroformatura) è solitamente adatta solo alla geometria 2D ed è limitata dall'elettroformatura in termini di selezione dei materiali.

Altre tecniche, come i metodi di micro-produzione elettrochimica, la micro-fresatura e la micro-rettifica, provengono dall'industria microelettronica basata sul silicio e hanno la capacità di risolvere caratteristiche piccole fino a 1 μm, ma non sono adatte alla produzione di massa di parti 3D.

Oggi, i micro-componenti prodotti con μ-MIM possono avere dimensioni fino a 5 μm. Tuttavia, per ottimizzare le prestazioni, ad esempio mantenendo la forma in base alle caratteristiche di flusso o ai componenti, sono stati sviluppati materiali di iniezione speciali che consentono di raggiungere dimensioni submicroniche o nanometriche, come richiesto dalla tecnologia μ-MIM.

In generale, per i microcomponenti, la stampa 3D MIM può replicare caratteristiche di circa 10 volte la dimensione media delle particelle, il che è particolarmente adatto per i microcomponenti. Se si desidera creare caratteristiche più piccole, è necessario applicare una polvere più piccola. Attualmente, la polvere metallica disponibile è di 1 μm. Alcune polveri sono troppo reattive per produrre polveri in questo intervallo di dimensioni delle particelle (ad esempio, il Ti), mentre altre polveri metalliche sono più facili da produrre con una speciale vaporizzazione aerosol (ad esempio, l'acciaio inossidabile).

Se la dimensione delle particelle della polvere è inferiore a 1 µm, è necessario utilizzare materiali di iniezione speciali per adattarsi ai problemi causati dall'ampia superficie dello stampaggio a iniezione della polvere e dallo sgrassaggio.

Immagine di ingranaggi e giranti in acciaio inox microiniettati

Attualmente, il μ-MIM è ancora in fase di incubazione e si sta sviluppando in gran parte parallelamente al processo 2C-MIM. Inizialmente, entrambi i processi sono già in produzione, ma entrambi sono in fase di implementazione tecnologica e studi di fattibilità per un'ampia gamma di microparti o componenti microstrutturali.

Gli obiettivi iniziali di ricerca e sviluppo competitivi sono fondamentali per raggiungere il successo sul mercato, ma solo attraverso lo sviluppo di materiali e processi di produzione basati sulle possibilità del 2C-μ-MIM nel settore, insieme alla formazione di ingegneri e tecnici, si possono raggiungere reali progressi.

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