型創科技 / 羅偉航 應用工程師
前言
金屬粉末射出成型（Metal Injection Molding，簡稱MIM）是一項先進的製造技術，它將粉末冶金和塑膠射出的優勢相結合，為各種應用領域提供了卓越的解決方案。本文將介紹MIM技術的關鍵方面，從材料選擇到品質控制，以及它的潛在應用領域和可持續性考慮。
材料選擇和準備
MIM的成功始於對粉末材料的精選。通常，金屬粉末需要經過特殊處理，包括球磨、精煉和合金化，以獲得所需的物理和化學性質。合適的粉末選擇對成型部件的性能至關重要。不同的金屬和合金可用於滿足各種應用的需求，如不鏽鋼、鈷基合金和鎢合金等。
射出成型工藝步驟
金屬粉末射出成型的核心工藝步驟是混合、充填、燒結和冷卻。這些步驟在製造高精度、複雜形狀零件方面至關重要。
混合
混合是MIM工藝的第一步，它需要將金屬粉末與有機黏結劑均勻混合，形成可射出的混合物。這一步驟的關鍵在於確保材料的均勻性，因為不均勻的混合會導致零件的不一致性。混合通常在球磨機或其他專用設備中完成，確保顆粒尺寸分佈均勻且粒子充分分散。
充填
充填是將混合物射出進模具的過程。射出機使用高精度的控制系統，以確保混合物均勻地填充模具的空腔。充填過程需要考慮材料的流動性和黏度，儘量使金屬粉末混合物在模穴內以均勻的速度進行填充，避免剪切率的變化導致的外觀黑線問題。產品的設計也起到關鍵作用，因為它很大程度的決定了金屬粉末的走向以及是否有堆積的可能。
燒結
燒結是MIM工藝的關鍵步驟之一。在充填後，零件需要在高溫下進行燒結，以去除聚合物並形成密實的金屬結構。這一步驟通常在氫氣氛圍中進行，以防止氧化。燒結溫度和時間是根據材料的類型和零件的要求進行精確控制的。在燒結過程中，金屬粉末顆粒通過擴散結合，形成堅固的結構。
冷卻
燒結後，零件需要冷卻到室溫。冷卻過程的控制也很關鍵，因為過快或不均勻的冷卻可能導致變形或產生內部應力。通過控制冷卻速率，可以獲得良好的材料性能。冷卻後的零件經過一系列後處理步驟，如拋光、研磨和電鍍，以進一步改善表面品質和尺寸精度。
總的來說，金屬粉末射出成型的射出工藝步驟是一個高度複雜的過程，需要精確的控制和監測。每個步驟都對最終零件的性能產生重大影響。因此，製造商需要投入大量的研發和工程資源來優化每個工藝步驟，以確保產品的品質和性能達到預期水準。
品質控制和檢測
確保MIM零件的品質是至關重要的。品質控制步驟包括檢查混合物的均勻性、射出零件的尺寸和形狀以及燒結後的密度。X射線檢測、CT掃描和金相分析等先進技術用於檢測隱藏的缺陷和確保最終產品的一致性。
應用領域和前景
MIM技術在各種應用領域都有廣泛的用途。由於該技術的工藝步驟可以在一次生產週期中生產多個零件，從而提高生產效率，降低成本，適用於大規模生產以及需要高精度和複雜形狀零件的應用。在醫療行業，它用於製造複雜的外科工具和植入物。在航空航太領域，MIM零件可以減輕飛機結構的重量。汽車工業也受益於MIM，用於製造發動機零件和傳動系統元件。未來，MIM有望在新興領域如可穿戴技術和3D列印的金屬材料製造中發揮更大作用。
總結而言，金屬粉末射出成型技術代表了製造業的一項重要創新。通過精選材料、優化工藝和嚴格的品質控制，MIM提供了高度複雜且高性能的零件製造解決方案。隨著可持續性意識的提高，MIM有望繼續推動製造業向更環保和高效的方向發展，塑造未來的材料工程。
文章來源：SMART Molding雜誌