fabrication additive mim désigne un processus industriel permettant de produire de petites pièces métalliques complexes en grandes quantités. Une poudre métallique composite est moulée à l'état vert à l'aide d'un équipement de moulage par injection, ébarbée, puis frittée pour atteindre une densité maximale.
Le MIM exploite la flexibilité géométrique du moulage par injection de polymères et du green-forming avec la capacité de performance des alliages métalliques. Les procédés de fabrication additive offrant de plus en plus d'options, ce guide couvre les compositions, les propriétés, les applications, les spécifications, les flux de processus, les fournisseurs, les compromis et les questions fréquemment posées sur le MIM.
Composition des alliages MIM
De nombreuses compositions sont disponibles comme matières premières pour le MIM :
| Matériau | Alliages courants | Vue d'ensemble |
|---|---|---|
| Acier inoxydable | 316L, 17-4PH, 420 | Résistant à la corrosion, haute dureté, pour usages médicaux |
| Acier à outils | H13, P20 | Haute résistance, résistance à la chaleur, pour l'outillage moulé |
| Alliage d'aluminium | 2024, 6061, 7075 | Léger, rapport résistance/poids élevé |
| Alliage de titane | Ti-6Al-4V | Légèreté, résistance à la corrosion et grande solidité pour les applications aérospatiales |
| Alliage de nickel | Inconel 625 et 718 | Résistance à la chaleur et à la corrosion adaptée aux turbomachines |
| Tungstène | WHA, WC | Densité extrêmement élevée, parfaite pour les applications d'équilibrage |
Des formulations standard et personnalisées sont disponibles en fonction des besoins.
Propriétés de fabrication additive mim
En plus d'une composition adaptée aux exigences de performance, les principales propriétés obtenues sont les suivantes :
| Propriété | Description |
|---|---|
| Densité | Densité allant de celle d'un métal presque pur à une densité théorique supérieure à 95% |
| Résistance à la traction | 250 MPa à plus de 1300 MPa en fonction des stratégies de renforcement |
| Dureté | Jusqu'à 70 HRC selon le choix de l'alliage |
| Résistance à la corrosion | Différents niveaux de résistance possibles en fonction des compositions choisies |
| Rugosité de la surface | Tel que moulé <6 μm Ra jusqu'à <0,2 μm Ra après placage/polissage. |
| Géométrie complexe | Le moulage permet d'obtenir des formes complexes impossibles à réaliser avec d'autres procédés. |
| Résolution de l'article | Petites fentes, trous, filets jusqu'à ~100 μm " réalisables. |
| Epaisseur de la paroi | Parois de ~0,25 mm moulées en fonction de la géométrie |
| Tolérances | Tolérances plus étroites que pour le métal AM, typiquement ±0,3% des dimensions |
Ces capacités font que le MIM convient aux composants de précision destinés à une utilisation finale.
Applications de la fabrication additive MIM
La flexibilité géométrique du MIM et sa composition sur mesure conviennent à diverses industries :
| L'industrie | Exemples de composants |
|---|---|
| Automobile | Engrenages, culbuteurs, composants du turbocompresseur |
| Aérospatiale | Aubes de turbines, roues à aubes, aubes directrices de buses |
| Armes à feu | Gâchettes, sécurités, glissières, éjecteurs, museaux |
| Médical/Dentaire | Poignées de bistouri, pinces, plaques crâniennes, couronnes |
| Pétrole et gaz | Pièces de vannes, y compris les corps, les tiges et les actionneurs |
| Micro-électronique | Blindages, connecteurs, broches, entretoises, actionneurs |
La MIM permet également de créer des inserts d'outillage capables de réaliser des opérations de moulage et de formage en série.
Spécifications des matières premières pour le MIM
Les propriétés des matières premières nécessitent un contrôle minutieux de la tolérance et de la capacité des caractéristiques :
| Paramètres | Spécification typique | Méthode d'essai |
|---|---|---|
| Taille des particules de poudre | 3 - 20 μm | Diffraction laser |
| Chargement de poudre | >55 vol% | Analyse thermogravimétrique |
| Densité apparente de la poudre | 2,5 - 4 g/cm3 | Débitmètre à effet Hall |
| Densité du robinet | >4 g/cm3 | Volumètre à taraudage |
| Courbe de viscosité | Dépend du taux de cisaillement | Rhéométrie capillaire |
| Distribution de la taille des granulés | 2 - 4 g sensibles à la forme | Tamisage |
Ces spécifications favorisent l'écoulement du moule tout en garantissant la résistance du corps vert et du fritté.
Aperçu du processus de fabrication MIM
- Développer des matières premières composites avec le système poudre + liant souhaité
- Pelletisation de la matière première pour un contrôle volumétrique précis de la grenaille
- Pièces moulées par injection avec des tolérances et une finition de surface étroites
- Débobinage chimique et élimination des polymères
- Granulés de frittage à une densité théorique >92%
- Usiner les caractéristiques selon les besoins si la géométrie le permet
- Appliquer, si nécessaire, des mesures supplémentaires de placage, de traitement thermique, de revêtement, etc.
- Essais d'assurance qualité et validation pour la production
Ce système continue d'être optimisé pour assurer la fiabilité des volumes élevés.
Fournisseurs d'équipements et de matières premières pour le MIM
| Entreprise | Matériaux | Capacités |
|---|---|---|
| BASF | Large gamme d'alliages MIM | Des matières premières de qualité complète |
| Sandvik Osprey | 316L, 17-4PH, plus | L'expertise en matière d'atomisation transférée au MIM |
| PPM | Aciers à outils, aciers inoxydables, sur mesure | Équipements de pointe pour le MIM également |
| CN Innovations | Alliages sur mesure | Spécialistes des compositions inédites |
| Parmatech Corp | Alliages de Ti, aciers à outils, alliages de Fe, produits exotiques | Équipements et matières premières |
Les fournisseurs proposent des équipements complémentaires tels que des machines de moulage et des fours pour permettre une production clé en main.
Compromis lors de l'examen du MIM AM
Pour :
- Géométries et assemblages très complexes consolidés
- Excellentes propriétés mécaniques grâce à des grains fins et uniformes
- Excellente résolution de l'état de surface tel que moulé
- Évolutivité prouvée de la production de masse une fois la qualification obtenue
- Faible perte de matière première par rapport à l'impression sur métal
- Exploitation du savoir-faire existant en matière de moulage par injection
Cons :
- Coûts initiaux élevés pour la formulation des matières premières et l'outillage
- Qualification intensive pour les nouvelles pièces et applications
- Taille limitée à moins d'un kilo
- Limité aux alliages disponibles sous forme de poudres
- Résistance ultime généralement inférieure à celle des pièces forgées
- Coût par pièce plus élevé que les autres procédés jusqu'à un volume >10k
Grâce à son expérience reconnue, le procédé MIM est idéal pour les petites pièces métalliques complexes.
Questions fréquemment posées
Jusqu'à quel point le MIM permet-il de mouler des pièces de petite taille ?
Les limites inférieures typiques se situent autour de 100-150 microns pour le diamètre des trous et l'épaisseur des parois des moules autour de 0,3 mm (~12 thou), plus fine dans certaines géométries.
Qu'est-ce qui détermine les limites de la gamme de tailles pour les pièces MIM ?
Difficulté générale à manipuler des formes à parois minces sur une longueur d'écoulement d'environ 5" sans affaissement ni déformation. L'épaisseur maximale est généralement inférieure à 0,5" et le poids peut atteindre 5 livres.
Le MIM permet-il l'utilisation de composites à gradient fonctionnel (FGM) ?
Oui, les procédés de moulage avancés permettent désormais d'obtenir des porosités sur mesure ou des matières premières multi-poudres à gradation spatiale au sein d'un seul composant moulé pendant la fabrication.
Combien d'alliages sont disponibles dans le commerce comme matières premières pour le MIM ?
Il existe plus de 60 formulations de base - les aciers inoxydables de la série 300 représentent plus de 50% du marché total, suivis par les aciers à outils, les alliages de titane et les superalliages de nickel qui connaissent une croissance.
Quels sont les processus de finition qui suivent généralement le MIM ?
Les opérations secondaires courantes comprennent la finition au tonneau/l'ébavurage vibratoire, le meulage de surface, le grenaillage de précontrainte, le marquage au laser, la passivation, le placage, le traitement thermique, l'assemblage et l'inspection.
