3D/PIM технология

PIM изделияPIM-технологией (Powder Injection Molding) называется высокотехнологичный процесс формования сложных изделий, изготавливаемых из мелкодисперсных смесей полимерного связующего с металлическими или керамическими наполнителями. Он представляет собой объединение пластического формования с порошковой металлургией и позволяет сочетать сложную геометрическую форму детали с ее высокими механическими свойствами.

PIM изделияPIM-технология, как распространённый способ литья металлических (MIM-технология — Metal Injection Moulding) и керамических (CIM-технология — Ceramic Injection Moulding) изделий из мелкодисперсных порошковых композиций с полимерным связующим, появилась в мире сравнительно недавно, промышленно стала внедряться с середины 80-х годов ХХ века, а бурный рост потребления PIM–деталей в США и странах Западной Европы приходился на конец 90-х годов. До сих пор темпы роста производства изделий по PIM-технологии в Западных странах остаются достаточно высокими. В России же данная технология до последнего времени была практически не развита. Этот способ производства металлических и керамических деталей сложного профиля с достаточно высокими требованиями по точности (9-й и 10-й квалитет) практически без отходов материала и последующей механической обработки, считается сегодня самым малозатратным при серийном производстве изделий.

PIM изделия Технология литья под давлением порошковых материалов все чаще используется при изготовлении сложных деталей промышленного или бытового назначения. MIM-технология, объединяющая классическое инжекционное формование пластмасс и технологию спекания металлических порошков, сочетает в себе сложность и высокую точность конструкции пластмассовых изделий со свойствами металлов и сплавов.

Сырьем для изделий, изготавливаемых по PIM-технологии, являются мелкодисперсные порошки керамики (оксид алюминия, оксид магния, кордиеритовая керамика (SiO2, Al2O3, MgО)), железа, цветных металлов и легирующих элементов (конструкционных, нержавеющих, инструментальных сталей, никелевых сплавов, титана) и других фракций размером от 1 до 20 мкм, смешанных со связующим и специальными смазками. Кроме металлических и керамических порошков в качестве наиболее часто встречающихся следует упомянуть также порошковые оксиды циркония, алюминия, карбиды вольфрама, кобальта, кремния, а также силикаты. Все материалы, представленные в форме спекаемого порошка, могут быть смешаны с соответствующим полимерным связующим и переработаны на литьевой машине – термопластавтомате (ТПА). В качестве связующего обычно используются термопласты или их смеси с насыщенными углеводородами.

Для изготовления деталей из порошковых материалов по PIM-технологии сначала требуется изготовить сырьё, называемое «фидсток» («Feedstock» - смесь мелкодисперсных металлических или керамических порошков с полимерной матрицей). Для изготовления фидстока порошковые смеси равномерно смешивают с полимерным связующим, нагревают и, таким образом, получают гранулированный материал.

Этапы изготовления деталей из порошковых материалов по PIM-технологии

Далее процесс проходит в несколько этапов (рис. 1):

  1. Фидсток загружается в бункер ТПА и при нагревании в материальном цилиндре до 170-200°С происходит расплавление полимерного связующего, гранулят превращается в единую массу. Затем производится впрыск под давлением расплавленного фидстока, расплав заполняет пресс-форму, нагретую до температуры от 125 до 145°С, где под давлением происходит охлаждение и затвердевание материала с получением первичной заготовки-детали, которую называют «зеленой».
  2. На втором этапе из «зелёной» заготовки удаляется полимерное связующее в две стадии. Связующее полимерное вещество экстрагируется с помощью растворителя или выгорает в печи «дебиндинга» в атмосфере инертного газа и паров азотной кислоты при температуре 110-140°С. Деталь, полученная после удаления связующего, называется «коричневой».
  3. Заключительным этапом PIM-процесса является спекание «коричневых» заготовок в вакуумной печи при температурах более 1200°С. При спекании происходит уплотнение материала за счет слияния частиц и устранения пор. Полуфабрикат поступает в специальную высокотемпературную печь спекания с регулируемой атмосферой (вакуум, азот, водород в зависимости от марки спекаемого материала), где при температурах 1290-1400°С, а в случае CIM-технологии при температуре до 1610°С, происходит окончательное спекание его частиц и формирование готовой детали. Размеры конечной детали получаются меньше размеров «зеленой» детали за счет усадки.

PIM ТПА Пресс-формы изготавливаются с высокими показателями износостойкости, каналами большого диаметра и закругленной формы для предотвращения расслоения смеси; конструктивно предусматривается автоматизированный съём изделий роботом. Литьё металлических и керамических материалов экономически эффективно, когда сложные детали высокой точности исполнения требуется производить в больших количествах. Строгое соблюдение технологического режима литьевого цикла и стабильность процесса позволяют производить высококачественные первичные заготовки из порошковых материалов. Сложнейшие детали с внутренней резьбой, поднутрениями, выемками сложной формы и высоким качеством поверхности могут производиться на термопластавтоматах быстро и качественно в ручном или автоматическом режимах. Детали, изготовленные по PIM- технологии, находят применение в автомобилестроении, станкостроении, при производстве магнитов, в текстильной и часовой промышленности, для производства товаров народного потребления, в прецизионных механизмах, в медицине, стоматологии и промышленности керамики.

Преимущества PIM-технологии

PIM изделия PIM-процесс оптимизирует конструкцию детали и снимает ограничения по сложности формы изготавливаемой детали. Всё, что ранее было принципиально невозможно реализовать из-за ограничений механической обработки, теперь стало доступно. Конструкторы получили возможность ставить при проектировании на первое место функциональные приоритеты, а не возможности традиционных технологических процессов. При прочих равных условиях, если до этого применялась литьевая металлическая заготовка, PIM-процесс позволяет получать более прочные детали за счет модификации характеристик материалов.

PIM изделия PIM-процесс позволяет придавать поверхностям формируемых деталей практически любые свойства — от очень гладких до текстурированных. Доступен практически весь спектр покрытий и обработок, в том числе химическое оксидирование и тефлоновое покрытие. Подготовка поверхности: галтовка, пескоструйка, полировка, ультразвуковая промывка. В настоящее время РIM-технология позволяет получать детали с минимальной толщиной сечения стенки от 0,4 до 30 мм с допусками в пределах 0,1 мм на каждые 25 мм линейных размеров детали, что является проблематичным для технологии ПМ и механообработки.Однако при условии подбора особых режимов техпроцесса и применении специальных методов контроля можно значительно улучшить эти показатели, гарантируя при этом их повторяемость. Доступен практически весь спектр обработок и покрытий: химическое, гальваническое.

PIM изделия Высокий коэффициент использования материала – 0,97-0,99 в отличие от механообработки – 0,4-0,6. В традиционных методах металлообработки до 80 процентов материала может уйти в стружку, а в MIM-процессе литники после дробилки могут повторно использоваться. Эта экономия становится еще более значимой при работе с дорогими металлами (например, титаном). Уменьшаются затраты на дорогостоящие фрезы, расходные материалы, сервис станков, происходит сокращение технологического цикла производства. Минимизируются сроки подготовки производства, включая проектирование и изготовление специализированных пресс-форм. Детали, полученные методом порошковой металлургии, имеют высокую пористость, что требует применения дополнительной операции – пропитки.

Высокая производительность процесса, по сравнению с металлообработкой и литьём по выплавляемым моделям. Возможность полной автоматизации производства с подключением дополнительного оборудования: роботизации и конвейера.

РIM технология имеет большую перспективу и огромное преимущество при производстве деталей сложной формы с точными геометрическими размерами, параметрами и большими объемами производства по сравнению с традиционными методами: технологией порошковой металлургии, механообработкой и литьём по выплавляемым моделям.

Области применения PIM-деталей

Автомобилестроение: дверные замки, система впрыска топлива, системы активной безопасности, электромоторы дверей. Точное машиностроение, приборостроение: элементы режущего инструмента, зубчатые колёса, рабочие колёса насосов, прижимные лапки швейных машин, корпусы и детали механизма часов. Оружие: прицельные планки, предохранители, спусковые курки, затворы. Электроинструмент: части механизма перфораторов и электродрелей, ножи и решётки мясорубок, блендеров, кухонных комбайнов. Медицина: ортодонтические брекеты, хирургический инструмент, имплантанты.

 

ООО «Куранты» производит металлические порошковые композиции (фидстоки), изготавливает металлические и керамические изделия по PIM‑технологии (Powder Injection Moulding), льёт изделия из пластмасс (термопластов) в интересах российских потребителей.

PIM изделия PIM изделия PIM изделия

Приглашаем к сотрудничеству заинтересованные организации в изготовлении пластмассовых, высокотемпературных композитных, керамических и сложных металлических изделий с заранее заданными свойствами в целях импортозамещения. Изготавливаем любые партии нестандартных металлических сплавов с повышенными характеристиками ударной вязкости и временным сопротивлением, с содержанием необходимого соотношения элементов. Принимаем заказы от заинтересованных организаций на литьё изделий из пластмасс или металлических сплавов. При необходимости изготовим пресс-формы для литья изделий. Ждём Вашу заявку с эскизами, чертежами, 3D-моделями и описанием задачи.

 

При написании обзора использованы материалы статьи Е. Погодиной. Литье порошковых смесей // Пластикс. 2013. №6.  С 34 – 46.

Сохранить страницу в PDFОтправить запрос

Напишите нам сообщение

Отправить

Дополнительная информация


3D/PIM-технология: Характеристики
3D/PIM-технология: Статьи