Das MIM Verfahren erklärt

MIM steht für Metal Injection Moulding, welches übersetzt soviel heißt wie „Metallpulverspritzguss“. 

Das Verfahren ist eine Ableitung des Kunststoffspritzens und kommt erst seit einigen Jahrzehnten zum Einsatz. MIM ist daher ein vergleichsweise junges Verfahren. Zum Vergleich etablierte sich das Feingussverfahren bereits vor etwa 5.000 Jahren.

Werkstoffe

  • niedrig legierte Stähle
  • Rostfreie Stähle
  • Werkzeugstähle
  • Weichmagnetische Legierungen

Werkzeug und Maschine

Wie auch beim Kunststoffspritzen, benötigt man ein Spritzgusswerkzeug, sowie eine Spritzgussmaschine. Das Werkzeug darf man sich als geteilten Metallblock vorstellen. In jeder Hälfte wird eine Gravur eingebracht. Schließt man das Werkzeug, entsteht im Werkzeug ein Hohlraum, der dem zu fertigenden Bauteil entspricht.

Spritzgussmaschine der Firma ARBURG, auf der MIM Teile gespritzt werden (Foto mit Genehmigung der Firma ARBURG)

Der Spritzvorgang 

In das Werkzeug wird mit hohem Druck eine erwärmte und somit fliessfähige pastöse Masse gespritzt. Diese fliessfähige Masse ist aus hochfeinem Metallpulver, welches mit einem Binder versetzt ist.

Dieser Feedstock, also das Ausgangsmaterial, wird u.a. von BASF hergestellt und unter dem Namen „CATAMOLD“ vertrieben. 

Der Feedstock, Catamold der Firma BASF (Foto Jörn Guntermann)

Grünling

Nach dem Spritzen erkaltet das Material und verfestigt sich wieder. Das auf diesem Wege entstandene Bauteil nennt sich „Grünling“. Dieser Grünling ist je nach gewähltem Werkstoff ca. 20% größer als das anschließende fertige Teil. Diese Größenunterschiede beziehen sich auf den Feedstock Catamold von BASF, bei anderen Anbietern können diese Angaben abweichen.

Zum Vergleich ein Grünling (links) und das spätere Fertigteil (rechts). Gewicht Grünling = 5,2 Gramm Gewicht Fertigteil = 4,6 Gramm (Foto Jörn Guntermann)

Braunling

Der Grünling wird nun „entbindert“. Das dem Feedstock Catamold beigefügte Bindemittel muss aus dem Rohling gelöst werden. Dies geschieht katalytisch. Der Katalysator wird über Wärme verdampft. Über eine Reaktion mit dem Binder entweicht dieser als Gas aus dem Bauteil. Ein geringer Restanteil bleibt im Bauteil bestehen, damit das Metallpulver in seiner Geometrie bestehen bleibt. Dieser nun genannter „Braunling“ ist sehr porös und zerbrechlich.

Sintern

Was nun folgt ist ein Erhitzen der Bauteile, auch Sintern genannt. Dabei werden die Braunlinge bei Temperaturen von 1200° – 1400° unter Schutzgas gesintert. Die Temperatur wird dabei exakt gesteuert, so dass sie an den Schmelzpunkt des jeweiligen Werkstoffes herangebracht wird. Die Braunlinge schrumpfen nun um den oben erwähnten Aufmaßfaktor und verschmelzen sich zu einem festen Bauteil mit über 96% Dichte. Das Verschmelzen des Metallpulvers darf man sich in etwa so vorstellen, wie die Adhäsionskraft 2er Wassertropfen, die sich zu einem verbinden.

Batchofen / Durchlaufofen

Das Sintern kann in Batchöfen oder in Durchlauföfen stattfinden. Ein Batchofen wird von vorne beladen und ist für kleinere Serien sinnvoll. Ein Durchlaufofen wird i.d.R. benötigt für große Serien. (z.B. Automotive)

Das fertige Produkt

Nach dem Sintern ist das Bauteil fertiggestellt und kann weiteren nachgegliederten Prozessen zur Verfügung gestellt werden z.B.:

  • Oberflächenbeschichtung
  • Wärmebehandlung
  • Mechanische Bearbeitung

In über 90% ist eine mechanische Nachbearbeitung der Bauteile jedoch nicht erforderlich

Vorteile von MIM

Metal Injection Moulding / MIM Bauteile kommen vor allem zum Einsatz, wenn kleine Bauteile aus Stahl oder Edelstahl mit hohen Festigkeiten- und Toleranzanforderungen sowie schwierigen Geometrien in größeren Stückzahlen benötigt werden.

  • Toleranzen von +/- 0,3 % des jeweiligen Nennmaßes können realisiert werden
  • I.d.R. entfällt dadurch eine mechanische Bearbeitung
  • Oberflächenbeschaffenheit ~ RZ7
  • Geometrische Freiheit durch den Einsatz von Schiebertechnik
  • Realisierung von komplexen Geometrien und Strukturen, die mechanisch nicht herstellbar sind.

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