Moulage par injection de métal
Le moulage par injection de métal (MIM) est un processus de travail des métaux dans lequel du métal finement poudré est mélangé avec un matériau liant pour créer une «matière première» qui est ensuite façonnée et solidifiée à l'aide du moulage par injection . Le processus de moulage permet de façonner des pièces complexes à volume élevé en une seule étape. Après moulage, la pièce subit des opérations de conditionnement pour éliminer le liant (déliantage) et densifier les poudres. Les produits finis sont de petits composants utilisés dans de nombreuses industries et applications.
Le comportement des matières premières MIM est régi par la rhéologie , l'étude des boues, des suspensions et d'autres fluides non newtoniens.
En raison des limitations actuelles de l'équipement, les produits doivent être moulés en utilisant des quantités de 100 grammes ou moins par "grenaille" dans le moule. Cette injection peut être distribuée dans plusieurs cavités, ce qui rend le MIM rentable pour les petits produits complexes à volume élevé, qui autrement seraient coûteux à produire. La matière première MIM peut être composée d'une pléthore de métaux, mais les plus courants sont les aciers inoxydables, largement utilisés en métallurgie des poudres . Après le moulage initial, le liant de la charge d'alimentation est retiré et les particules métalliques sont liées par diffusion et densifiées pour obtenir les propriétés de résistance souhaitées. Cette dernière opération rétrécit généralement le produit de 15% dans chaque dimension.
Le marché du moulage par injection de métal est passé de 9 millions de dollars américains en 1986 à 382 millions de dollars américains en 2004 à plus de 1,5 milliard de dollars américains en 2015. Une technologie connexe est le moulage par injection de poudre de céramique, ce qui représente environ 2 milliards de dollars américains de ventes totales. La majeure partie de la croissance de ces dernières années a été enregistrée en Asie.
Processus
Les étapes du procédé impliquent la combinaison de poudres métalliques avec des polymères tels que la cire et les liants en polypropylène pour produire le mélange de "charge" qui est injecté sous forme liquide dans un moule à l'aide de machines de moulage par injection plastique. La pièce moulée ou "verte" est refroidie et éjectée du moule. Ensuite, une partie du matériau liant est retirée à l'aide de solvants, de fours thermiques, d'un processus catalytique ou d'une combinaison de méthodes. La partie résultante, fragile et poreuse (40% en volume "d'air"), est dans un état appelé stade "brun". Pour améliorer la manipulation, le déliantage et le frittage sont souvent combinés en un seul processus. Le frittage chauffe la poudre à des températures proches du point de fusion dans un four à atmosphère protectrice pour densifier les particules en utilisant des forces capillaires dans un processus appelé frittage . Les pièces MIM sont souvent frittées à des températures presque suffisamment élevées pour induire une fusion partielle dans un processus appelé frittage en phase liquide. Par exemple, un acier inoxydable peut être chauffé entre 1350 et 1400 degrés Celsius). Les taux de diffusion sont élevés, ce qui entraîne un retrait et une densification élevés. Si elle est effectuée sous vide, il est courant d'atteindre une densité solide de 96 à 99%. Le métal du produit final a des propriétés mécaniques et physiques comparables à celles des pièces recuites fabriquées selon les méthodes classiques de travail des métaux. Les traitements thermiques après frittage pour le MIM sont les mêmes que pour les autres voies de fabrication, et avec une densité élevée, le composant MIM est compatible avec les traitements de conditionnement des métaux tels que le placage , la passivation , le recuit, la cémentation, la nitruration et le durcissement par précipitation.
Les applications
La fenêtre de l'avantage économique dans les pièces moulées par injection de métal réside dans la complexité et le volume des pièces de petite taille. Les matériaux MIM sont comparables au métal formé par des méthodes concurrentes et les produits finaux sont utilisés dans une large gamme d'applications industrielles, commerciales, médicales, dentaires, d'armes à feu, aérospatiales et automobiles . Des tolérances dimensionnelles de ± 0,3% sont courantes et un usinage est nécessaire pour des tolérances plus étroites. MIM peut produire des pièces où il est difficile, voire impossible, de fabriquer efficacement un article par d'autres moyens de fabrication. Idéalement, au moins 75 spécifications dimensionnelles dans un composant de seulement 25 mm de taille maximale et 10 g de masse sont les meilleures - comme par exemple requis pour les boîtiers de montre, les fiches de téléphone cellulaire et les charnières d'ordinateur portable. L'augmentation des coûts des méthodes de fabrication traditionnelles inhérentes à la complexité des pièces, telles que les filetages internes / externes, la miniaturisation ou le marquage d'identité, n'augmente généralement pas le coût d'une opération MIM en raison de la flexibilité du moulage par injection.
Les autres capacités de conception qui peuvent être implémentées dans l'opération MIM comprennent les codes de produit, les numéros de pièce ou les horodatages; pièces fabriquées selon leur poids net, réduisant ainsi le gaspillage et le coût des matériaux; Densité contrôlée jusqu'à 95–98%; Fusion de pièces et de géométries 3D complexes .
La capacité de combiner plusieurs opérations en un seul processus garantit que MIM réussit à réduire les délais de livraison ainsi que les coûts, offrant des avantages significatifs aux fabricants. Le processus de moulage par injection de métal pourrait être une technologie verte en raison de la réduction significative du gaspillage par rapport aux méthodes de fabrication "traditionnelles" telles que l'usinage CNC 5 axes. Cependant, certaines des anciennes opérations génèrent des émissions toxiques telles que le formaldéhyde, éliminent les solvants chlorés et doivent brûler la cire ou d'autres polymères, entraînant des émissions de gaz à effet de serre.
Il existe une large gamme de matériaux disponibles lors de l'utilisation du procédé MIM. Les procédés de travail des métaux traditionnels impliquent souvent une quantité importante de déchets de matériaux, ce qui fait du MIM une option très efficace pour la fabrication de composants complexes constitués d'alliages coûteux / spéciaux ( cobalt-chrome , acier inoxydable 17-4 PH , alliages de titane et carbures de tungstène ). Le MIM est une option viable lorsque des spécifications de parois extrêmement minces (c'est-à-dire 100 micromètres) sont requises. De plus, les exigences de blindage EMI ( interférences électromagnétiques ) ont présenté des défis uniques, qui sont atteints avec succès grâce à l'utilisation d'alliages spéciaux.