mim polvo metálico es un proceso de fabricación versátil que permite producir piezas metálicas pequeñas de formas complejas en grandes volúmenes utilizando polvos metálicos y aglutinantes plásticos. Esta guía ofrece una visión detallada de los polvos MIM, que abarca su composición, propiedades clave, aplicaciones en diversas industrias, grados y especificaciones comunes, principales proveedores mundiales con indicadores de precios.
Visión general del polvo metálico MIM
Los polvos MIM son polvos metálicos de forma esférica especialmente diseñados para el proceso de moldeo por inyección de metales. Presentan excelentes características de flujo y empaquetamiento dentro del molde de inyección para lograr una alta resistencia en verde antes de la eliminación del aglutinante y la sinterización final de la pieza.
Propiedades clave requeridas para los polvos metálicos utilizados en la tecnología MIM:
- Tamaño y distribución de partículas controlados
- Alta pureza con niveles más bajos de oxígeno y nitrógeno
- Buena fluidez del polvo y alta densidad de empaquetado
- Mezclabilidad y compatibilidad con sistemas aglutinantes
- Esfericidad, baja porosidad, pocos satélites y morfología superficial lisa.
Estas estrictas propiedades dan como resultado piezas metálicas finales de alta calidad que combinan la complejidad de las piezas de plástico y el alto rendimiento de los componentes metálicos mecanizados.
Las aleaciones MIM más comunes son el acero inoxidable, los aceros de baja aleación y para herramientas, las aleaciones magnéticas, las aleaciones pesadas de tungsteno y las aleaciones de titanio + titanio.
Composición de los principales polvos metálicos MIM
El MIM es adecuado para una serie de materiales, como aceros inoxidables, aceros aleados, aleaciones magnéticas, titanio, tungsteno, etc., adaptados a aplicaciones específicas mediante la optimización de la composición.
Composiciones típicas de los polvos metálicos MIM
| Tipo de aleación | Elementos clave de aleación |
|---|---|
| Acero inoxidable | Fe + 17-20% Cr + 8-12% Ni + adiciones menores de Mo, Mn, Si |
| Acero de baja aleación | Fe + Cr + Mo + Mn + Ni + C |
| Acero para herramientas | Fe + Cr + W + Mo + V + C |
| Magnético blando | Fe + Ni + Mo , Fe + Cr + Si + Nb + Cu + Ti , Fe + Cr + Co + Mo + Al |
| Cromo cobalto | Co + Cr + Mo + elementos menores |
| Aleación pesada de wolframio | W + Ni + Fe , W + Ni + Cu |
| Titanio Grado 1-4 | Ti + trazas de C, Fe, O, N y H |
Los productores de polvo personalizan la proporción de elementos de aleación clave junto con la distribución del tamaño de las partículas y la selección del aglutinante para satisfacer los requisitos de rendimiento de los productos MIM en esta diversa gama de materiales, desde el acero inoxidable hasta las aleaciones de titanio y tungsteno.
Principales características y aplicaciones de los polvos MIM
Características y aplicaciones típicas en todas las categorías de aleaciones MIM:
| Tipo de aleación | Características | Aplicaciones |
|---|---|---|
| Acero inoxidable | Alta resistencia, resistencia al desgaste y a la corrosión, biocompatibilidad | Dispositivos médicos, cubiertos, herramientas manuales, válvulas, accesorios de fontanería |
| Acero de baja aleación | Tratable térmicamente, ultra resistente, resistente al desgaste | Automoción, armas de fuego, engranajes, insertos para herramientas |
| Acero para herramientas | Muy alta dureza + resistencia al desgaste, respuesta al tratamiento térmico | Punzones, matrices, cuchillos industriales, herramientas quirúrgicas |
| Magnético blando | Alta permeabilidad magnética, bajas pérdidas en el núcleo | Sensores magnéticos, piezas de motores eléctricos, relés, blindaje magnético |
| Cromo cobalto | Biocompatible, resistente al desgaste y a la corrosión, gran rigidez | Implantes ortopédicos y dentales, prótesis |
| Aleación pesada de wolframio | Muy alta densidad, amortiguación de vibraciones | Contrapesos, blindaje contra las radiaciones, equilibrado del rotor |
| Aleaciones de titanio | Baja densidad, resistencia a la corrosión, biocompatible | Aeroespacial, implantes médicos, artículos deportivos |
El MIM amplía la libertad de diseño y el ámbito de aplicación de todas estas aleaciones metálicas avanzadas en componentes de pequeño tamaño con menores costes de fabricación de forma neta en comparación con alternativas como el mecanizado de precisión.
Moldeo por inyección de metales Parámetros del proceso
Para obtener un rendimiento óptimo de la tecnología MIM, los parámetros de la materia prima deben optimizarse junto con las condiciones del proceso:
Etapas y variables clave del proceso de moldeo por inyección de metales
| Escenario | Condiciones del proceso |
|---|---|
| Preparación de la materia prima | Características del polvo, formulación del aglutinante, proceso de mezcla, condiciones de granulación |
| Moldeo por inyección | Temperatura del molde, perfiles de presión, velocidad de inyección, velocidad de enfriamiento |
| Desbobinado | Disolvente, perfiles térmicos, condiciones de catálisis |
| Sinterización | Atmósfera, temperatura, tiempos de permanencia |
Las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, la morfología y la pureza, dominan el rendimiento mecánico, mientras que los aglutinantes aportan la viscosidad necesaria y la facilidad de eliminación.
Las interacciones entre partículas metálicas, polímeros, disolventes y gradientes térmicos influyen en las propiedades finales. Una vez fijada la receta, la automatización garantiza la coherencia.
Papel de los atributos del polvo en la optimización del rendimiento del MIM
| Parámetros del polvo | Impacto en el proceso y los productos MIM |
|---|---|
| Distribución granulométrica | Resistencia de la pieza verde y densidad sinterizada |
| Morfología del polvo | Mezcla de aglutinante metálico, empaquetado y flujo de polvo |
| Niveles de óxido superficial | Defectos como el carbono residual que afectan a la pureza |
| Partículas satélites | Desgaste del molde que afecta a la vida útil de la herramienta y al acabado superficial |
Por lo tanto, los fabricantes de polvo diseñan aspectos como el rango de tamaño, las proporciones de forma, la limpieza, etc. basándose en la funcionalidad de la pieza final.
Especificaciones y normas de control de los polvos MIM
Para garantizar la idoneidad de la materia prima para el proceso de moldeo por inyección de metales, varias especificaciones nacionales e internacionales tienen normas que cubren los límites de composición, la distribución del tamaño de las partículas, los umbrales de impurezas, el envasado, etc.
Normas clave que imponen controles sobre la calidad y la coherencia de la pólvora:
| Estándar | Propósito |
|---|---|
| ISO 13330 | Determina la distribución granulométrica de las fracciones finas a gruesas |
| ASTM B215 | Cubre la guía estándar para el muestreo de polvos metálicos |
| MPIF 04 | Métodos de ensayo de la densidad, la fluidez y la compresibilidad de la granalla |
| ASTM E345 | Define métodos para el análisis químico de la composición del polvo |
| ASTM B809 | Trata del envasado y transporte recomendados de polvos metálicos |
Los polvos certificados listos para MIM, respaldados por un control de calidad estadístico, garantizan un rendimiento fiable y repetitivo que reduce el tiempo de cualificación. El riguroso mantenimiento de registros facilita el análisis de defectos.
Requisitos de distribución granulométrica para polvos MIM
La distribución de la gama de tamaños de partículas adaptada exclusivamente al proceso MIM da como resultado una densidad de empaquetamiento constante durante millones de ciclos de inyección. Esto minimiza el desgaste del molde, evita defectos en las piezas verdes y optimiza la integridad mecánica del sinterizado.
Especificaciones típicas de la distribución granulométrica de los polvos optimizados para MIM
| Tamaño de las partículas (μm) | Acero inoxidable 316L | 17-4PH inoxidable | Acero para herramientas H13 |
|---|---|---|---|
| Menos de 5 μm | ≤ 7% | ≤ 6% | ≤ 3% |
| 5 μm a 15 μm | 10-35% | 15-38% | 35-40% |
| 15 μm a 45 μm | Saldo | Saldo | Saldo |
| Superior a 45 μm | ≤ 7% | ≤ 10% | ≤ 5% |
La gama de tamaños medios garantiza un recubrimiento suave del aglutinante, el empaquetado y la homogeneidad de la mezcla necesarios para una alta densidad sinterizada. Los finos mínimos reducen el desgaste de los moldes, mientras que el sobredimensionamiento restringido evita los problemas de segregación.
Proveedores mundiales de polvos metálicos de grado MIM
A medida que se acelera el crecimiento de la industria MIM impulsada por la demanda en los sectores de automoción, medicina y electrónica de consumo, algunos de los principales proveedores mundiales de polvos MIM a medida son:
Fabricantes y proveedores líderes de productos personalizados Polvos metálicos MIM
| Empresa | Ubicación de la sede |
|---|---|
| Sandvik Osprey | Neath, Reino Unido |
| Höganäs | Suecia |
| AMETEK | Estados Unidos |
| BASF | Alemania |
| Polvos metálicos de Río Tinto | Sorel-Tracy, Canadá |
| Ferroaleaciones de Jilin | China |
| Japón Nuevo metal | Japón |
| Fabricación de polvos metálicos | REINO UNIDO |
Estos productores de polvo metálico ya establecidos cuentan con la experiencia y los controles necesarios en materia de desoxidación, atomización con gas inerte, tamizado, mezcla y recocido esférico, esenciales para las materias primas compatibles con el MIM.
Además de estos grandes actores, muchas empresas regionales más pequeñas ofrecen aleaciones ligeras especializadas, aceros para herramientas, etc., pero la logística de suministro global está restringida.
Capacidad de producción mundial y demanda de polvos MIM
El rápido aumento de la utilización del MIM para pequeños componentes de precisión en diversas aplicaciones está incrementando la capacidad de producción.
Estimación del tamaño del mercado mundial de moldeo por inyección de polvo metálico:
- Tamaño actual del mercado en 2022: ~120.000 toneladas métricas
- Tamaño del mercado previsto para 2027: más de 160.000 toneladas métricas
- CAGR para la demanda de polvo entre 2022-2027: ~6%
El MIM penetra en nuevos territorios impulsado por el crecimiento de la demanda de componentes MIM que utilizan todo tipo de metales: desde oro precioso, plata y platino hasta cobre, aluminio, magnesio y sus aleaciones, además de los aceros inoxidables comunes, aceros para herramientas, aleaciones pesadas de tungsteno, etc.
Tendencias de precios y modelos de costes de los polvos metálicos MIM
Los precios de los polvos MIM dependen de la composición, los niveles de conformidad de la calidad, la tecnología de producción utilizada por el fabricante de polvo y los volúmenes de compra.
Precios típicos de los polvos optimizados para MIM:
| Material | Precio por kg (USD/kg) |
|---|---|
| Acero inoxidable | 5 – 15 |
| Acero para herramientas | 15 – 30 |
| Cromo cobalto | 50 – 80 |
| Titanio Ti64 | 100 – 200 |
| Inconel | 150 – 300 |
En general, los aceros para herramientas, las calidades de titanio y las superaleaciones tienen precios más elevados debido a los costes intrínsecos de las materias primas y a las técnicas avanzadas de fabricación de polvo, como la atomización con gas inerte.
Los polvos de alta pureza con certificación médica/aeroespacial y trazabilidad de lotes requieren primas ~30% sobre la calidad industrial. Los grandes compradores OEM disfrutan de reducciones de hasta 20% respecto a los precios medios.
Oportunidades de ahorro de costes en el ciclo de vida del polvo MIM:
| Escenario | Oportunidad de ahorro |
|---|---|
| Cualificación | Aprobación más rápida utilizando polvos listos para MIM ya establecidos |
| Adquisiciones | Contratar precios a granel de los principales productores |
| Inventario | La entrega justo a tiempo evita la acumulación de existencias |
| Operaciones | Reutilización del polvo recuperado tras comprobar la composición y la distribución granulométrica |
Las mejoras en los procesos reducen aún más el coste de las piezas MIM, lo que hace que los diseños de alta complejidad resulten económicos.
Análisis comparativo del MIM con otras opciones de fabricación de metales
El proceso MIM compite con los métodos de mecanizado de precisión en la producción de pequeñas piezas metálicas complejas.
MIM frente a otras tecnologías de fabricación: análisis comparativo
| Parámetros | Moldeo por inyección de metal (MIM) | Mecanizado CNC de precisión | Fundición a la cera perdida |
|---|---|---|---|
| Gastos de instalación | Alto para el moho | Inferior como proceso aditivo | Medio debido a las herramientas de cera |
| Tiempo de espera | Largo debido al diseño del molde | Más rapidez de CAD a mecanizado | Media debido al utillaje |
| Libertad geométrica | Alta para moldear formas complejas | Limitado debido al enfoque sustractivo | Capacidades de complejidad media |
| Reducción de peso | Permite aligerar el peso mediante la optimización | Dificultad para eliminar el exceso de material | Algo posible |
| Consistencia de las piezas | Extremadamente alto | Depende de las habilidades del operador | Bastante alto tras la madurez del proceso |
| Perfil de costes | Económico por encima de los volúmenes de 10000-50000 unidades | Más barato por debajo de 10000 unidades | Ideal para volúmenes bajos-medios |
| Escalabilidad vertical | Gran capacidad mediante máquinas de moldeo por inyección de alta presión | Limitado por el tamaño de la máquina herramienta | Limitado por la capacidad del autoclave |
El MIM ofrece la mejor flexibilidad de diseño de su clase, combinada con volúmenes muy elevados y reducción de peso a unos costes inigualables por los procesos de mecanizado o fundición, lo que ha acelerado su adopción en los segmentos de la automoción, la medicina, la electrónica de consumo y la industria.
Preguntas frecuentes
P: ¿Cuál es el polvo metálico más utilizado en MIM?
R: El polvo de acero inoxidable 316L es el caballo de batalla de aproximadamente 50% de todo el volumen de la industria MIM debido a una combinación óptima de fuerza, resistencia a la corrosión, biocompatibilidad, estabilidad medioambiental y coste.
P: ¿Qué controla las propiedades de las piezas MIM?
R: Las características del polvo, como la distribución del tamaño de las partículas, la geometría y la pureza, dominan el rendimiento mecánico y la calidad de la pieza final. Estas propiedades de la materia prima, combinadas con las variables del proceso, controlan las especificaciones finales de los componentes MIM.
P: ¿Son los componentes MIM tan resistentes como los metales forjados?
R: Las piezas correctamente formuladas y procesadas alcanzan >95% de resistencia del material forjado. El HIP (prensado isostático en caliente) puede eliminar los huecos internos y mejorar aún más la resistencia a la fatiga y la dureza superficial.
P: ¿Qué influye en el precio de los polvos MIM?
R: Los precios dependen de la composición (por ejemplo, los metales preciosos cuestan más), los niveles de conformidad de la calidad buscados, la tecnología de producción utilizada por los fabricantes de polvo y los volúmenes de compra de los fabricantes de piezas MIM.
P: ¿Puede el MIM permitir componentes ligeros?
R: Sí, el MIM facilita un aligeramiento significativo a través de optimizaciones topológicas que no son posibles mediante métodos de mecanizado sustractivo al permitir el refuerzo sólo a lo largo de las trayectorias de carga. Esto acelera la adopción de la movilidad.
