Metallpulverspritzguss (MIM) ist ein endkonturnahes Verfahren, bei dem feines Metallpulver mit einem Polymerbinder zu Feedstock gemischt, zu einem Grünling gespritzt und anschließend entbindert und gesintert wird, um ein dichtes Metallbauteil zu erhalten. Typische MIM-Teile wiegen unter ca. 100 g, halten im gesinterten Zustand eine Toleranz von etwa ±0,3 % ein und erreichen über 97 % der theoretischen Dichte.
Ein Fertigungsverfahren, bei dem feines Metallpulver mit einem Polymerbinder zu Feedstock gemischt, der Feedstock zu einem geformten Grünling gespritzt und dieser anschließend entbindert und zu einem dichten Metallbauteil gesintert wird. MIM eignet sich für kleine, komplexe Teile in hohen Stückzahlen, üblicherweise unter etwa 100 g.
Die homogene, granulierte Mischung aus feinem Metallpulver (typischerweise 1–20 µm) und einem thermoplastischen Bindemittelsystem, die in eine Spritzgießmaschine eingespeist wird. Feedstock enthält üblicherweise etwa 60 % Metall nach Volumen.
Die Polymer- und Wachskomponente des Feedstocks, die ihn beim Formen fließfähig macht und das Pulver zusammenhält, bis er entfernt wird. Gängige Bindemittelsysteme sind Wachs-Polymer-, katalytische oder PEG-basierte Systeme.
Das gespritzte Teil nach dem Spritzgießen, das aus Metallpulver besteht, das durch Binder zusammengehalten wird. Es ist gegenüber dem Endteil überdimensioniert, da das Teil beim Sintern schrumpft.
Das Teil nach dem Entbindern, wenn der größte Teil des Binders entfernt wurde, aber noch ein kleines Gerüst (etwa 2–3 %) verbleibt, um die Form vor dem Sintern stabil zu halten.
Der Prozess der Entfernung des Binders aus dem Grünling durch Wärme, Lösungsmittel oder eine katalytische Reaktion. Beim teilweisen Entbindern bleibt ein Braunteil zurück, das vor dem Sintern noch gehandhabt werden kann.
Das Erhitzen des Braunteils in einer kontrollierten Atmosphäre bei 1200–1400 °C (je nach Legierung), sodass die Metallpartikel sich verbinden und zu einem festen Teil verdichten. MIM-Teile schrumpfen beim Sintern isotrop um etwa 15–20 % linear.
Die Dichte des fertigen Teils im Verhältnis zur theoretischen Dichte der Legierung. Gut kontrolliertes MIM erreicht typischerweise über 97 % der theoretischen Dichte, mit heißisostatischem Pressen noch mehr.
Die gleichmäßige Maßkontraktion, die beim Sintern auftritt. Die MIM-Schrumpfung ist isotrop, daher werden Werkzeuge um einen vorhersehbaren, materialspezifischen Faktor überdimensioniert ausgelegt.
Die Herstellung eines Teils nahe seiner Endabmessungen, sodass wenig oder keine Bearbeitung erforderlich ist. Das auf dem Sintern basierende MIM ist ein endkonturnahes Verfahren.
Das gehärtete Stahlwerkzeug, das durch CNC und EDM bearbeitet wird und in das der Feedstock eingespritzt wird. Die Werkzeugkosten sind fix und werden über das Produktionsvolumen amortisiert.
Der geformte Hohlraum im Werkzeug, der das Teil formt. Ein einzelnes Werkzeug kann mehrere Formnester haben, um mehrere Teile pro Spritzzyklus herzustellen.
Der kleine Kanal, durch den der Feedstock in den Formhohlraum gelangt. Er wird nach dem Formen abgetrennt.
Der Hauptzufuhrkanal, der geschmolzenen Feedstock von der Maschinendüse zu den Verteilerkanälen und Angüssen führt.
Die zulässige Maßabweichung eines Teils. Die typische MIM-Toleranz im gesinterten Zustand beträgt ±0,3 %; engere Toleranzen können durch Nachbearbeitung erreicht werden.
Ein kohlenstoffarmer austenitischer Edelstahl, der aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit häufig im MIM eingesetzt wird, verbreitet in Medizin-, Marine- und Konsumteilen.
Ein ausscheidungshärtender martensitischer Edelstahl, der im MIM verwendet wird, wenn nach der Wärmebehandlung hohe Festigkeit und Härte erforderlich sind.
Legierungen wie Fe-Si, Fe-Ni (Permalloy) und Fe-Co, die leicht magnetisiert und entmagnetisiert werden können. MIM stellt komplexe weichmagnetische Teile für Motoren, Sensoren und Induktivitäten her.
Ein harter, verschleißfester Cermet aus Wolframcarbidkörnern, die mit Cobalt gebunden sind. Hartmetall-MIM-Teile werden für Düsen, Schneidwerkzeuge und Verschleißkomponenten verwendet.
Ein Nachsinterprozess, bei dem hohe Temperatur und isostatischer Gasdruck angewendet werden, um Restporosität zu schließen, die Dichte in Richtung 100 % zu erhöhen und die Ermüdungslebensdauer zu verbessern.
Die leichte Verjüngung der vertikalen Wände eines Werkzeugs, die ein sauberes Auswerfen des geformten Teils ermöglicht.
Die Querschnittsdicke der Teilwände. Gleichmäßige Wände von etwa 1–5 mm lassen sich am zuverlässigsten formen und sintern.
Jegliches Schneiden, Schleifen oder Bohren nach dem Sintern, um Merkmale hinzuzufügen oder Toleranzen einzuhalten, die enger sind als die im gesinterten Zustand erreichbaren.
Das kontrollierte Gas im Ofen während des Sinterns, oft Wasserstoff, Stickstoff oder Vakuum. Es verhindert Oxidation und steuert den Kohlenstoffgehalt des Teils.
Eine frühe, niedrigtemperierte Phase des Entbinderns, in der der Polymerbinder thermisch zersetzt und ausgetrieben wird.
Der Volumenanteil des Metallpulvers im Feedstock, oft etwa 60 %. Er beeinflusst die Schrumpfung und die Fehlerquote stark.
Der Zustand eines MIM-Teils direkt nach dem Sintern, vor jeglichen Nachbearbeitungsschritten.
MIM bietet Designfreiheit und Endkonturnähe bei hohen Stückzahlen für kleine, komplexe Metallteile und reduziert Bearbeitungskosten und Materialverschwendung.
Gängige MIM-Materialien sind Edelstähle 316L und 17-4PH, niedriglegierte Stähle, Titanlegierungen, Kupfer, Wolframcarbid (WC-Co) und weichmagnetische Legierungen.
Die typische MIM-Toleranz im gesinterten Zustand beträgt ±0,3 %. Engere Toleranzen können durch Nachbearbeitung nach dem Sintern erreicht werden.
MIM ist am besten für kleine, komplexe Teile geeignet, in der Regel unter etwa 100 g, die in mittleren bis hohen Stückzahlen hergestellt werden.
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