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MIM Technologie – Das Spritzgussverfahren

Das MIM-Verfahren, auch Metallpulverspritzgießen genannt, ist ein Urformverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen komplexer Geometrie und beruht auf dem Prinzip der Spritzgusstechnologie, die in der Serienfertigung von Kunststoffbauteilen die unangefochtene Nummer eins darstellt. MIM (Metal Injection Moulding) kombiniert die Vorteile des Spritzgusses mit den Materialeigenschaften von Metallen.

Das Metal Injection Molding Verfahren

1 Das Fertigungsverfahren beginnt mit der Herstellung des Metallpulvers. Die Ausgangsstoffe der metallischen Legierung werden zu einem Pulver verarbeitet. Die weltweit größte Herstellerfirma dafür ist BASF. Metallpulver 2 Dann folgt das Mischen des metallischen Pulvers mit dem Binder zum Feedstock. Mischen 3 Der Feedstock wird in einer Spritzgussmaschine dosiert und durch Heizbänder plastifiziert. Dosierung und Plastifizierung 4 Als nächstes wird die Formmasse durch axiale Verschiebung der Schnecke in das geschlossene Werkzeug gespritzt. Spritzen 5 Im Werkzeug kühlt das Werkstück ab und erhält so seine Formstabilität. Der Druck wird dabei aufrechterhalten, um die Schwindung des Werkstoffs auszugleichen. Abkühlung 6 Ist das Werkstück abgekühlt, wird das Werkzeug geöffnet und das Grünteil ausgeworfen. Auswurf 7 Der zur Formgebung nötige Binder wird wieder herausgelöst. So entsteht das poröse Braunteil, das eine sehr geringe Festigkeit aufweist. Entbindern 8 Erst mit dem Sinterschritt erhält das Bauteil seine Endeigenschaften. Dabei wachsen die Pulverpartikel nahe dem Schmelzpunkt zusammen. Sintern 9 Nach dem Sintern erfolgt die Endbearbeitung, wie Bohren, Fräsen, Trowalisieren, Polieren, Beschichten usw. Endbearbeitung 10 Das Bauteil wird auf Einhaltung der Zeichnungsvorgaben und Werkstoffeigenschaften geprüft. Qualitätskontrolle Abbildung des Fertigungsverfahrens Sintern in 10 Schritten, jeweils textlich erläutert & mit blauen Zahlen nummeriert

1 Das Fertigungsverfahren beginnt mit der Herstellung des Metallpulvers. Die Ausgangsstoffe der metallischen Legierung werden zu einem Pulver verarbeitet. Die weltweit größte Herstellerfirma dafür ist BASF. Metallpulver 2 Dann folgt das Mischen des metallischen Pulvers mit dem Binder zum Feedstock. Mischen 3 Der Feedstock wird in einer Spritzgussmaschine dosiert und durch Heizbänder plastifiziert. Dosierung und Plastifizierung 4 Als nächstes wird die Formmasse durch axiale Verschiebung der Schnecke in das geschlossene Werkzeug gespritzt. Spritzen 5 Im Werkzeug kühlt das Werkstück ab und erhält so seine Formstabilität. Der Druck wird dabei aufrechterhalten, um die Schwindung des Werkstoffs auszugleichen. Abkühlung 6 Ist das Werkstück abgekühlt, wird das Werkzeug geöffnet und das Grünteil ausgeworfen. Auswurf 7 Der zur Formgebung nötige Binder wird wieder herausgelöst. So entsteht das poröse Braunteil, das eine sehr geringe Festigkeit aufweist. Entbindern 8 Erst mit dem Sinterschritt erhält das Bauteil seine Endeigenschaften. Dabei wachsen die Pulverpartikel nahe dem Schmelzpunkt zusammen. Sintern 9 Nach dem Sintern erfolgt die Endbearbeitung, wie Bohren, Fräsen, Trowalisieren, Polieren, Beschichten usw. Endbearbeitung 10 Der letzte Schritt im Fertigungsprozess ist die Qualitätskontrolle. Das Bauteil wird auf Einhaltung der Zeichnungsvorgaben und Werkstoffeigenschaften geprüft. Qualitätskontrolle 1 Die Ausgangsstoffe der metallischen Legierung werden zu einem Pulver verarbeitet. Die weltweit größte Herstellerfirma ist BASF. Metallpulver 2 Das metallische Pulver wird mit dem Binder zum Feedstock vermischt. Mischen 3 Der Feedstock wird in einer Spritzgussmaschine dosiert und durch Heizbänder plastifiziert. Dosierung und Plastifizierung 4 Die Formmasse wird durch axiale Verschiebung der Schnecke in das geschlossene Werkzeug gespritzt. Spritzen 5 Das Werkstück kühlt im Werkzeug ab und gewinnt dabei seine Formstabilität. Dabei wird der Druck aufrechterhalten, um die Schwindung des Werkstoffs auszugleichen. Abkühlung 6 Nach der Abkühlung wird das Werkzeug geöffnet und das Grünteil ausgeworfen. Auswurf 7 Der zur Formgebung nötige Binder wird wieder herausgelöst. Es entsteht das poröse Braunteil, das eine sehr geringe Festigkeit aufweist. Entbindern 8 Erst mit dem Sinterschritt erhöht das Bauteil seine End­eigenschaften. Die Pulver-Partikel wachsen nahe dem Schmelzpunkt zusammen. Sintern 9 Zum Beispiel Bohren, Fräsen, Trowa­lisieren, Polieren, Beschichten etc. Endbearbeitung 10 Das Bauteil wird auf Einhaltung der Zeichnungsvorgaben und Werkstoffeigenschaften geprüft. Qualitätskontrolle Abbildung des Fertigungsverfahrens Sintern in 10 Schritten, jeweils textlich erläutert & mit blauen Zahlen nummeriert

Vorteile des MIM-Verfahrens

Die Fertigung von Bauteilen mit der MIM-Technik hat unterschiedliche Vorteile.

 

  • Das Verfahren ermöglicht die wirtschaftliche Produktion von hochkomplexen Bauteilen in der Großserienfertigung. 
  • Zudem ist hierdurch eine kostengünstige Fertigung von Bauteilen in großen Stückzahlen möglich. 
  • Beim MIM-Verfahren können hochfeste metallische Werkstoffe und Edelstähle mit hoher Sinterdichte eingesetzt werden und man hat einen geringen Materialabfall bzw. eine hohe Wiederverwendbarkeit der Materialien.
  • Kostenintensive Montageprozesse können eingespart werden und Gewinde können je nach Anforderungen und Größe bereits in der Urform berücksichtigt werden. 
  • Dank der MIM-Technologie können selbst kleinste Geometrien, Schriften, Reliefs und Strukturen detailgetreu abgebildet werden. 

Durch die Vermischung von metallischem Pulver mit einem Kunststoffbinder können die Vorteile des Verfahrens auch für metallische Bauteile genutzt werden. Der Binder benetzt die Metallpulverpartikel und ermöglicht eine Formgebung. Nachträglich wird der Binder entfernt und das Metallpulver im Vakuumofen unterhalb der Schmelztemperatur gesintert. Dadurch schrumpft es auf seine letztliche Größe und erreicht seine hohe Festigkeit und Belastbarkeit, die mit dem metallischen Vollmaterial weitgehend vergleichbar ist. Durch den Einsatz verschiedener Metallpulver besteht kaum eine Einschränkung bei der Wahl der Legierung. Baugruppen lassen sich oft in einem Teil zusammenfassen. Am weitesten verbreitet sind jedoch rostfreie Stähle.

Das MIM-Verfahren ist die richtige Wahl bei komplexen, effizienten, schnellen, umweltfreundlichen und genauen Teilen mit hoher Oberflächengüte.

Metallpulverspritzguss in der Industrie
(- wo das MIM-Verfahren Anwendung findet)

Der Markt für Metallpulverspritzguss ist in den letzten Jahren stark gewachsen – vor allem in Asien. Dort vor allem durch Funktionsbauteile in Smartphones und vergleichbaren Elektro- und Elektronikkomponenten. Hauptsächlich wird das MIM-Verfahren in der Automobilbranche, im Maschinenbau, in der Mess- und Steuerungstechnik, in der Feinmechanik, im Waffenbau, in der Schloss- und Beschlagindustrie, in der Werkzeugtechnik sowie im Bereich der Haushaltsgeräte eingesetzt. 

Für kleinere Stückzahlen und Prototypen ist das MIM-Verfahren aufgrund hoher Initialkosten und Fixkosten nur bedingt geeignet. Derzeit werden Anstrengungen unternommen, um den Anwendungsbereich kleinerer Stückzahlen abzudecken und so den Markt zum Beispiel für spezifische Luft- und Raumfahrt- sowie Medizintechnikanwendungen zu erweitern. Durch die Möglichkeiten der additiven Fertigung (3D Druck) mit MIM Feedstock können auch Prototypen umgesetzt werden, die dann ohne die Notwendigkeit eines Werkzeugs in den MIM Prozess gegeben werden und somit auch bereits in einem frühen Entwickungsstadium Erkenntnisse zur späteren Serienfertigung liefern können.

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