قالبگیری تزریقی فلزات (Metal injection molding: MIM) فرآیندی تخصصی است که برای ساخت قطعات کوچک از آن استفاده می‌شود. در روش قالبگیری تزریقی پودر، میتوان پودر مواد مختلف مانند فلز، سرامیک و غیره را به قطعه تبدیل کرد. وقتی ما از این روش برای تولید قطعه فلزی استفاده کنیم، به آن قالبگیری تزریق فلزات می‌گویند. این روش برای تولید قطعات ریز و پرهزینه بسیار مفید است. دلیل آن هم این است که نیاز به پرداخت‌کاری نهایی بر روی قطعه نیست و در زمان و مواد صرفه‌جویی می‌شود.
این روش به شکل‌دهی فلزات به روش اکستروژن خیلی نزدیک است. در روش اکستروژن از خود فلز استفاده می‌شود؛ اما در این روش از پودر ماده استفاده خواهد شد.
همچنین روش ریخته‌گری تزریقی در تولید بسیاری از قطعات پلاستیکی محصولات مختلف استفاده می‌شود. بدنه مانیتورها، قطعات موبایل، دستگاه‌های پلیر فیلم و بازی، قسمت‌های مختلف خودرو، لوازم منزل و غیره با این روش تولید می‌شوند. در روش قالبگیری تزریقی فلزات، پودر فلز مورد نظر با مواد پلیمری دیگر مخلوط شده و با قالبگیری آنها به قطعه مورد نظر می‌رسند. فرآیند کامل این روش را در ادامه با هم بررسی خواهیم کرد.
فرآیند قالبگیری تزریقی فلزات
در روش قالب گیری تزریقی فلزات ابتدا پودر فلز مورد نظر با پلیمری خاص به عنوان چسب مخلوط شده و ماده‌ای خمیری را تشکیل می‌دهد. سپس این ماده خمیری را توسط دستگاه‌های تزریق تخصصی، تزریق کرده و قطعه خام اولیه به دست می‌آید. در مرحله بعد با مواد خاصی، ماده پلیمری اطراف قطعه تمیز و زدوده می‌شود؛ تا جایی که چند درصد از آن فقط باقی می‌ماند تا ثبات قطعه را تضمین کند. اگر تمام آن ماده پلیمری زدوده شود، قطعه نیز از هم پاشیده و شکل خود را از دست خواهد داد. بعد از آن نوبت به مرحله سینتر می‌رسد. در این مرحله به منظور افزایش استحکام و خواص مکانیکی در کوره‌هایی با اتمسفر کنترل شده سینتر می‌شود. در این زمان میتوان گفت که قطعه ما آماده است.
چسب و پودر چه ویژگی‌هایی دارند؟
حال به این می‌پردازیم که در این روش قالبگیری پودری فلزات، پودر و چسب به کار رفته چه ویژگی‌هایی دارد و از چه موادی میتوان در آن استفاده کرد. تقریبا از همه فلزات میتوان برای ساخت پودر استفاده کرد؛ به جز فلزات خاص مثل آلومینیوم و منگنز. به علت سرعت تشکیل اکسید بر روی این فلزات از آنها استفاده نمی‌شود. پودر مورد نظر برای این روش باید این ویژگی‌ها را داشته باشد:
1- قابلیت ویسکوزیته پایین
2- توزیع مناسب ذرات ماده
3- کروی بودن شکل ذرات ماده
4- اندازه ذرات کمتر از 20 میکرومتر
و اما چسب‌ها از چه تشکیل شده و چه ویژگی‌هایی دارند. در بیشتر مواقع برای چسب از موم‌های طبیعی و پلیمرهای مصنوعی استفاده می‌شود. ممکن است برای اصلاح خصوصیات چسب از مواد دیگری هم استفاده شود یا با آن مخلوط گردد. نکته مهم در مورد چسب این است که ماده چسبنده نباید با پودر واکنش شیمیایی داشته باشد. به همین دلیل برای همه مواد نمیتوان از یک ماده برای چسب استفاده کرد.
کاربردهای قالبگیری تزریقی فلزات
کاربرد این روش برای ساخت قطعات از جنس فلز و آلیاژهای با دمای ذوب بالا 1000 درجه سانتی‌گراد است. از این روش برای تولید قطعات ساده استفاده نمی‌شود و برای این کار ریخته‌گری مناسب‌تر است. هر چقدر پیچیدگی تولید قطعه بیشتر باشد، استفاده از این روش مناسب‌تر و اقتصادی‌تر خواهد بود. مثلا اگر بعد از تولید قطعه نیاز به سنگ‌زنی یا سوراخ‌کاری و عملیات دیگر باشد، این روش می‌تواند مراحل تولید را کم کرده و سرعت و تعداد تولید را بیشتر کند.
تلرانس قطعات تولید شده در این روش نیز بین 0.1 تا 0.3 درصد می‌باشد. به علت نیاز به ابزارها و تنظیمات پیچیده در این روش، تولید یک قطعه باید در تیراژ بیش از 2000 تا 5000 عدد سالیانه باشد. هزینه تولید قطعات معمولا از شش تا سی برابر هزینه پودر فلز اولیه خواهد بود.
اکثرا از این فناوری در صنایع زیر استفاده می‌شود:
- صنایع خودرو
- صنایع الکترونیک
- مهندسی برق
- صنعت مهندسی ابزار دقیق
- فناوری بهداشتی
- مهندسی مکانیک
- ماشین های نساجی
- صنعت اتصال اجزا به یکدیگر
در انتها برای تست و اطمینان از کارکرد صحیح ساخت قطعه، تست کشش، حرارت و غیره نیز روی قطعات انجام می‌شود.
مزایای قالب گیری تزریقی فلزات
قالب گیری تزریقی فلزات مزایای زیادی دارد که در اینجا به چند مورد مهم آن اشاره می‌کنیم.
- بهره وری بیشتر
- دستیابی به دقت‌های بالا
- سهولت در تولید
- تولید قطعات خاص و دستیابی به ویژگی‌های منحصر بفرد
- صرفه جویی در هزینه تولید قطعات سخت و پیچیده
قالب گیری تزریقی فلزات چه محدودیت‌هایی دارد؟
با اینکه فرآیند قالب گیری تزریقی فلزات از مزایای زیادی برخوردار است، اما باید اشاره کرد که این روش نیز شامل محدودیت‌هایی می‌باشد. روش قالب گیری تزریقی فلزات برای هر اشکالی که می‌توانند توسط تزریق پلاستیک درون قالب شکل پیدا کنند، قابل انجام است. با این حال باید بدانید که روش MIM برای اشکال ساده یا با هندسه متقارن محوری در مقایسه با ماشین کاری سنتی و فشرده سازی در قالب، قابل رقابت نیست. بنابراین قالب گیری تزریقی فلزات از محدودیت در اندازه قطعات برخوردار است. چرا که قطعات بزرگتر نیاز به پودر بیشتری دارند و باید برای آنها از قالب و ابزارهای بزرگتری استفاده کرد. این ابزارها و قالب‌ها گران قیمت هستند و نیاز به سرمایه بیشتری دارند. به علاوه اینکه کنترل آنها نیز دشوارتر است. برای همین است که از روش قالب گیری تزریقی بیشتر برای ساخت اشکال و قطعات پیچیده و کوچک با ارزش بالا استفاده می‌شود.
مراحل اصلی قالب گیری تزریقی فلزات
روش قالب گیری تزریقی فلز، از 4 مرحله اصلی برخوردار است که در زیر به آنها اشاره می‌کنیم.
آماده سازی و ساخت فیداستوک
فیداستوک به ترکیب هموژن پودر فلز و پلیمر مصرفی یا بایندر گفته می‌شود. خواص فیداستوک به عواملی چون پودر، ترکیب پلیمر یا چسب، نسبت پودر به چسب و مخلوط سازی و تهیه قرص یا گرانول بستگی دارد. آماده کردن فیداستوک، اولین مرحله از این فرآیند است و باید با دقت بالایی صورت گیرد.
قالب گیری
دومین مرحله از این فرآیند، به قالب گیری اختصاص دارد. قالب گیری شامل حرارت دادن فیداستوک تا مرحله ذوب است. پس از آن باید مواد مذاب را به داخل حفره قالب تزریق کرد تا با سرد شدن، شکل حفره قالب را به خود بگیرند. نکته‌ای که در این مرحله وجود دارد این است که درجه حرارت اعمال شده بر روی فیداستوک باید به گونه‌ای باشد که سیلان مواد به راحتی صورت گرفته و از انجماد آنها پیش از پر شدن قالب جلوگیری شود.
بایندرزدایی
بایندر زدایی سخت‌ترین مرحله در قالب گیری تزریقی فلزات است که شامل دو مرحله می‌شود. در مرحله اول مقدار زیادی از بایندر زدوده شده که سبب ایجاد حفره‌های پیوسته می‌شود. به این عمل چسب زدایی می‌گویند. در مرحله دوم نیز با حرارت دادن بایندر باقی مانده دچار واپاشی می‌شود.
سینتر کردن
سینترینگ برای اتصال ذرات پودر به هم و ایجاد ساختاری یکپارچه صورت می‌گیرد. این عمل در نزدیکی دمای ذوب مواد صورت می‌گیرد. با افزایش دما سرعت حرکت اتم‌ها بیشتر شده و زمان سینتر کردن کاهش پیدا می‌کند. توجه داشته باشید که به دلیل متفاوت بودن دمای ذوب و رفتار مواد، دمای سینترینگ مواد مختلف با هم فرق دارد و باید به آن توجه شود. همچنین برای حفظ شکل و جلوگیری از تغییر ابعاد ناخواسته باید بر روی درجه حرارت سینترینگ کنترل زیادی صورت گیرد.
جمع بندی
قالبگیری تزریقی فلزات از جمله فرآیندهایی است که از آن بیشتر برای ساخت قطعات کوچک و ریز استفاده می‌شود. همچنین از آن میتوان برای تولید بسیاری از قطعات پلاستیکی نظیر برخی از قطعات موبایل، بدنه مانیتورها و لوازم منزل استفاده کرد. فرآیند قالبگیری تزریقی فلزات در صنایع مختلفی کاربرد دارد که در متن به آنها اشاره داشتیم. با توجه به مزایا و محدودیت‌های این روش میتوانید از آن در شرایط ایده‌آل استفاده کنید و محصول مورد نظر را به راحتی تولید نمایید.
