Metallspritzguss kann die Herstellung komplexer Teile vereinfachen

4. September 2020 Von Nancy Crotti

Das MIM-Verfahren kombiniert die Designflexibilität des Kunststoffspritzgusses mit der Festigkeit und Integrität bearbeiteter Metalle.

Deepak Garg, Indo-MIM

(Bild mit freundlicher Genehmigung von Indo-MIM)

Hersteller medizinischer Geräte entwerfen und entwickeln intelligentere, leichtere und komplexere Produkte und verwenden und experimentieren mit schwer zu bearbeitenden Materialien wie martensitischem, austenitischem und ausscheidungsgehärtetem Edelstahl, Titan und nickelfreien Legierungen.

Instrumente wie Dissektoren, Conchotome, Messer, Skalpelle und Spreizer für minimalinvasive Operationen werden immer leichter und bieten mehr Bewegungsfreiheit, sind aber komplexer.

Metallspritzguss (MIM) erfüllt die Herausforderungen bei der Herstellung komplexer Teile für medizinische Geräte. Die netzformende MIM-Technologie verfügt über die besondere Fähigkeit, hochkomplexe Komponenten mit komplizierten Oberflächendetails und individuellen Texturen herzustellen.

Mit dem MIM-Verfahren können Teile aus einer Reihe handelsüblicher Materiallösungen hergestellt werden, darunter einsatzgehärteter und vergüteter Stahl, Werkzeugstahl, rostfreier Stahl, magnetische Materialien, Wolfram- und Titanlegierungen für Festigkeits-, Verschleiß- und Korrosionsanwendungen.

Das Metallspritzgießen kann innovative Lösungen bieten, wie z. B. die Herstellung eines Teils aus mehreren Materialien, die die Entwicklung des Ausgangsmaterials aus Materialpulvern ermöglicht, um bestimmte Eigenschaften, einen Porositätsgradienten usw. zu erreichen.

Für einige MIM-Anwendungen eignen sich unterschiedliche Materialien besser als für andere. (Grafik mit freundlicher Genehmigung von Indo-MIM)

Aufgrund der Festigkeit, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit eignet es sich am besten für die Produktion größerer Stückzahlen mit schwer zu bearbeitenden Legierungen. Die lange Lebensdauer der Form ermöglicht die Reproduktion Hunderttausender Teile bei gleichbleibender Qualität. Es bietet erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber dem Stückpreis, hilft bei der Reduzierung der Teileanzahl und eliminiert die Montagezeit, da komplexe oder mehrere Merkmale einer Konstruktion in einem einzigen Teil integriert werden können.

Der MIM-Prozess besteht aus vier einzigartigen Verarbeitungsschritten:

Der MIM-Prozess beginnt mit der Rohstoffvorbereitung, auch Compoundierung genannt. Ultrafeine Metallpulver werden in präziser Menge mit Thermoplast- und Wachsbindern vermischt. Die Mischung wird gemischt und erhitzt, damit die Bindemittel schmelzen. Die Masse wird abgekühlt und dann zum Formen in rieselfähige Pellets (Ausgangsmaterial) granuliert.

Das pelletierte Ausgangsmaterial wird einer Spritzgussmaschine zugeführt, wo es erhitzt wird und das Bindemittel schmilzt, bevor das Ausgangsmaterial unter hohem Druck in den Formhohlraum bzw. die Hohlräume eingespritzt wird. Das geformte Teil („Grünteil“) lässt man abkühlen und entnimmt es dann aus der Form. Der Grünling ist etwa 20 % größer als der Endteil und genau so berechnet, dass er die beim Sintern auftretende Schrumpfung ausgleicht.

Bei der Entbinderung bzw. Entbinderung wird durch die Lösungsmittelextraktion der Großteil des Bindemittels entfernt. Der Teil (der jetzt als „brauner Teil“ bezeichnet wird) ist jetzt halbporös, sodass das verbleibende Bindemittel beim Sintern leicht entweichen kann.

Die Teile werden in einen atmosphärisch kontrollierten Sinterofen geladen, der sie langsam erhitzt, um die restlichen Bindemittel auszutreiben. Sobald die Bindemittel verdampft sind, wird das Metallteil auf eine höhere Temperatur erhitzt und die Metallpartikel verschmelzen. Das Teil schrumpft isotrop auf seine vorgesehenen Abmessungen und verwandelt sich in einen dichten Feststoff. Das Sinterteil erreicht eine Dichte des Knetmaterials von >= 97 %.

Basierend auf den Kundenanforderungen können bestimmte Vorgänge wie Prägen, Bearbeiten, Wärmebehandlung, Oberflächenveredelung, Plattieren und Beschichten auf das Sinterteil angewendet werden.

MIM-Formen können bis zu 500.000 Schüsse aushalten, um Teile mit hoher wiederholbarer Maßgenauigkeit herzustellen. Es bietet erhebliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Herstellungsprozessen und kann Montageprozesse überflüssig machen, da MIM eine Baugruppe aus Teilen durch eine einzige Komponente ersetzen kann.

Deepak Garg ist Senior Manager für Geschäftsentwicklung bei Indo-MIM. Er verfügt über einen Master-Abschluss in Ingenieurtechnik und Betriebswirtschaft und verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Herstellung, Befestigung und Installation mechanischer Komponenten, Materialien, Oberflächenbehandlung und Metall-/Keramik-Spritzguss.

Die in diesem Blogbeitrag geäußerten Meinungen sind ausschließlich die des Autors und spiegeln nicht unbedingt die von Medical Design and Outsourcing oder seinen Mitarbeitern wider.