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Come scegliere la piastra di presa per lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM)

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Piastra di impostazione per lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM)

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Lo stampaggio a iniezione di polveri (PIM) è un processo di produzione di componenti incentrato sulla formatura di componenti di forma complessa e ad alte prestazioni in quantità di produzione da metalli e ceramiche, stampaggio a iniezione di metalli (MIM) e stampaggio a iniezione di ceramica (CIM). Si tratta di una combinazione di stampaggio di materie plastiche e tecnologia delle polveri sinterizzate.

Cos'è lo stampaggio a iniezione di metalli (MIM)

Lo stampaggio a iniezione di metallo (MIM) fonde due tecnologie consolidate, lo stampaggio a iniezione di plastica e la metallurgia delle polveri.
In questo modo i progettisti si liberano dai vincoli tradizionali associati al tentativo di modellare acciaio inossidabile, nichel, ferro, rame, titanio e altri metalli.
La maggior parte delle leghe ingegneristiche più comuni possono essere prodotte con il MIM, ma circa 30 leghe dominano le applicazioni. Le leghe più diffuse sono l'acciaio inossidabile chirurgico (comunemente chiamato 17-4 PH, o American Iron and Steel Institute 630 o AISI 630) e gli acciai inossidabili austenitici (AISI 304L e AISI 316L).

Qual è il processo di stampaggio a iniezione del metallo

Fase 1: Materia prima
Polveri metalliche molto fini vengono combinate con leganti termoplastici e cere in una ricetta precisa. Un processo di compounding proprietario crea una materia prima pellettizzata omogenea che può essere stampata a iniezione proprio come la plastica.
Fase 2: Utensili
La cavità dell'utensile o stampo per MIM è costruita come un ingrandimento del pezzo finale. Lo spazio occupato dal legante nel materiale di partenza viene annullato dalla sinterizzazione. Ciò è evidente nel fatto che il componente finale è di solito circa il 20% più piccolo della cavità dell'utensile.
Gli utensili MIM sono solitamente in acciaio temprato, come S7 o H13. Per gli utensili a basso volume o "a ponte" si può usare il P20, che, se trattato termicamente, presenta una certa resistenza all'usura. Gli acciai per utensili più duri sono utilizzati per gli utensili destinati a situazioni di elevata produzione.
Fase 3: Stampaggio
La materia prima viene riscaldata e iniettata in una cavità dello stampo ad alta pressione. Questo ci permette di utilizzare uno stampo a iniezione per produrre forme estremamente complesse.
Dopo lo stampaggio, il componente è chiamato pezzo "verde". La sua geometria è identica a quella del pezzo finito, ma è circa il 20% più grande per consentire il ritiro durante la fase finale di sinterizzazione.
Fase 4: deceraggio
La rimozione dei leganti (debinding) comporta un processo controllato per rimuovere la maggior parte dei leganti e preparare il pezzo per la fase finale - la sinterizzazione.
Una volta completato il debinding, il componente viene definito "marrone"
Fase 5: sinterizzazione
Il pezzo marrone è tenuto insieme da una piccola quantità di legante ed è molto fragile.
La sinterizzazione elimina il legante rimanente e conferisce al pezzo la geometria finale e la resistenza meccanica. Durante la sinterizzazione, il pezzo è sottoposto a temperature vicine al punto di fusione del materiale.

Qual è il punto di controllo chiave nel processo di sinterizzazione?

Il controllo del potenziale di carbonio è il punto chiave del processo di sinterizzazione MIM; il controllo del potenziale di carbonio migliorerà la qualità dei prodotti e ridurrà i costi di produzione, migliorando la soddisfazione dei clienti e ampliando la penetrazione attuale e futura del mercato MIM.
La piastra di sinterizzazione in ceramica è la scelta migliore nel processo di sinterizzazione per lo stampaggio a iniezione di metalli, e ci sono materiali ceramici scelti per la piastra di sinterizzazione MIM:
- Piastra ceramica di setter in ossido di alluminio (Al2O3): costo inferiore e piastra di setter in ceramica più popolare per lo stampaggio a iniezione di metalli, temperatura massima di servizio fino a 1600°C (in aria).
- Piastra ceramica di setter in nitruro di boro (HBN): morbida come la grafite chiamata "grafite bianca", costo medio, lunga durata e utilizzata come piastra di setter per la sinterizzazione ad alta temperatura fino a 2100°C (gas di inserzione).
- Piastra setter in ceramica al nitruro di alluminio (AlN): La ceramica AlN è alla base delle basse differenze di temperatura laterali e determina una distribuzione termica omogenea all'interno dei componenti di sinterizzazione.

Come scegliere la piastra di sinterizzazione in ceramica più adatta per il MIM

Come piastre di sinterizzazione, le ceramiche di allumina, nitruro di boro e nitruro di alluminio offrono vantaggi decisivi rispetto alle piastre di sinterizzazione convenzionali realizzate con materiali come la grafite o il tungsteno. Ciò consente una lavorazione efficiente dal punto di vista energetico e dei costi di componenti di sinterizzazione di alta precisione.
Le piastre di sinterizzazione e i setter in ceramica aiutano a posizionare e fissare in modo ottimale i pezzi stampati in un forno di sinterizzazione per evitare deformazioni dei pezzi marroni durante il processo di cottura.

Ruvidità
La minore rugosità della superficie garantisce uno scorrimento ottimale dei pezzi stampati. La superficie liscia e priva di particelle protegge inoltre i pezzi dalla contaminazione dei setter.
Conducibilità termica
L'elevata conducibilità termica della ceramica di allumina, del nitruro di boro e soprattutto della ceramica di nitruro di alluminio è alla base delle basse differenze di temperatura laterali e determina una distribuzione termica omogenea all'interno dei componenti di sinterizzazione. L'eccellente resistenza agli shock termici è un ulteriore vantaggio, che consente cicli di cottura più rapidi.
Elevata resistenza termica
Questo ha un effetto positivo sull'efficienza energetica dei processi di cottura. I materiali ad alta resistenza termica, come le ceramiche avanzate, consentono di ridurre lo spessore dei setter, migliorando l'efficienza energetica grazie alla minore zavorra termica. Inoltre, le piastre di presa in ceramica possono essere utilizzate anche a temperature molto superiori a 2100°C.
Superfici inerti
Le ceramiche avanzate rendono obsoleto l'uso di agenti distaccanti o di strati protettivi come i rivestimenti, perché non ci sono reazioni di contatto con i metalli. Pertanto, queste piastre di presa hanno anche una lunga durata e non necessitano di ricondizionamento. Ad esempio, i metalli fusi non possono bagnare le ceramiche al nitruro di alluminio. Il nitruro di alluminio e l'allumina ultrapura (> 99%) possono essere utilizzati sia in atmosfere di gas protettivo che in atmosfere di riduzione. Sono stabili anche in atmosfere reattive e in atmosfere di idrogeno.
Elevata stabilità meccanica
Questa proprietà, abbinata alla bassa capacità termica, non solo si traduce in un peso inferiore con un volume ridotto del vassoio, ma trattiene anche pochissimo calore residuo durante il processo di raffreddamento. Ciò ha un impatto positivo sul consumo energetico durante la cottura.
Le dimensioni massime, come 350 x 350 mm con HBN, consentono un'elevata densità di confezionamento. Queste piastre possono essere impilate - con cavità integrate su richiesta - garantendo così un caricamento rapido ed efficace del forno di sinterizzazione. Ciò consente di sfruttare in modo ottimale il volume del forno e il dispendio energetico, con il risultato di un processo di sinterizzazione completamente ottimizzato dal punto di vista energetico.
Le piastre di sinterizzazione in ceramica possono essere utilizzate nello stampaggio a iniezione di ceramica (CIM), nello stampaggio a iniezione di metallo (MIM) e nella ceramica co-cotta a bassa temperatura (LTCC). Le rientranze e i design personalizzati sono altre opzioni economiche disponibili su richiesta.