3D打印技術(shù)和MIM技術(shù)分析對比

金屬粉末冶金注射成形（l injection Molding ,簡稱“MIM”）是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新型近凈型成形技術(shù)。MIM技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的近凈形零部件方面具有獨特的優(yōu)勢。MIM技術(shù)在加工體積很小、形狀復(fù)雜而對材料要求很高的各中異型部件方面有優(yōu)勢，也適合于制作高精度微創(chuàng)醫(yī)用器械關(guān)鍵部件?！畋砻娲植诙缺砻娲植诙确磻?yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構(gòu)可能對成本沒有什么影響。也可以制作不同材料的精密結(jié)構(gòu)件，如陶瓷、鋁合金、不銹鋼、鈦及鎳鈦合金等。

3D打印適合運(yùn)用于航天，等個性化定制小批量制造需求，但如果把3D打印技術(shù)和金屬粉末注射成型工藝結(jié)合起來，會有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

密煉機(jī)和捏合機(jī)的區(qū)別

密閉式煉膠機(jī)簡稱密煉機(jī)，主要用于橡膠的塑煉和混煉。密煉機(jī)是一種設(shè)有一對特定形狀并相對回轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子、在可調(diào)溫度和壓力的密閉狀態(tài)下間隙性地對聚合物材料進(jìn)行塑煉和混煉的機(jī)械，主要由密煉室、轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子密封裝置、加料壓料裝置、卸料裝置、傳動裝置及機(jī)座等部分組成。粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動機(jī)中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟(jì)實用的，不過在其他方面也有待改進(jìn)的地方。

　　密煉機(jī)是在開煉機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度間隙性的混煉設(shè)備。自1916年出現(xiàn)真正意義上的Banbury（本伯里）型密煉機(jī)后，密煉機(jī)的威力逐漸被人們所認(rèn)識，它在橡膠混煉過程中顯示出來比開煉機(jī)優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時間短、生產(chǎn)效率高；較好的克服粉塵飛揚(yáng)，減少配合劑的損失，改善產(chǎn)品質(zhì)量與工作環(huán)境；在此背景下，下一代催化脫脂新技術(shù)-氣態(tài)草酸脫催化脂技術(shù)，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨創(chuàng)的新技術(shù)。操作安全便利，減輕勞動強(qiáng)度；有益于實現(xiàn)機(jī)械與自動化操作等。因此，密煉機(jī)的出現(xiàn)是橡膠機(jī)械的一項重要成果，至今仍然是塑煉和混煉種的典型的重要設(shè)備，仍在不斷的發(fā)展和完善。

　　捏合機(jī)是由一對互相配合和旋轉(zhuǎn)的葉片（通常呈Z形）所產(chǎn)生強(qiáng)烈剪切作用而使半干狀態(tài)的或橡膠狀粘稠塑料材料能使物料迅速反應(yīng)從而獲得均勻混合攪拌的設(shè)備。是各種高粘度的彈塑性物料的混煉、捏合、破碎、分散、重新聚合各種化工產(chǎn)品的理想設(shè)備，具有攪拌均勻、無死角、捏合效率高的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于高粘度密封膠、硅橡膠、中性酸性玻璃膠、口香糖、泡泡糖、紙漿、纖維素、亦用于電池、油墨、顏料、染料、樹脂、塑料、橡膠、化妝品等行業(yè)。目前大部分金屬喂料都有專業(yè)的供應(yīng)商，有些比較有實力的大型工藝使用商也在喂料生產(chǎn)領(lǐng)域積極探索，試圖降低生產(chǎn)成本的同時生產(chǎn)出適合更多適合自身生產(chǎn)需要的喂料。

　　捏合機(jī)可制成普通型、壓力型、真空型、高溫型四種，調(diào)溫形式采用夾套、蒸汽加熱、油加熱、水冷卻等方法，采用液壓翻缸及啟蓋。出料方式有液壓、翻缸傾倒、球閥出料，螺桿擠壓等。并可通過PLC實時控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時間、粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)。若材料難以切削加工，諸如工具鋼、鈦、鎳合金或不銹鋼，對于MIM最終成型來說，是最有利的，MIM工藝可以一次性成型復(fù)雜的幾何形狀特征。缸體及漿葉與物料接觸部分均采用不銹鋼制成，確保產(chǎn)品質(zhì)量。

　　捏合機(jī)主要由捏合部分、機(jī)座部分、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等六大部分組成。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù)，且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅后，質(zhì)量穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)，客戶滿意度高，企業(yè)回報率高。捏合部分由缸體、漿軸、墻板、缸蓋等組成。液壓系統(tǒng)由一臺液壓站來操縱兩只小油缸和兩個大油缸，來完成啟閉大蓋、翻動攪拌缸功能。電控系統(tǒng)有手動、自動電控系統(tǒng)，由用戶任意選擇和要求，操作方便、可靠。傳動系統(tǒng)由電機(jī)、減速機(jī)和齒輪組成、根據(jù)捏合機(jī)型號配套電機(jī)。在傳動過程中，可由電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)彈性聯(lián)軸器至減速機(jī)后，由輸出裝置傳動快漿，使其達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速，也可由變頻器進(jìn)行調(diào)速。

影響MIM不銹鋼喂料的流動性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡稱MIM)是將金屬粉末和有機(jī)粘結(jié)劑經(jīng)過混煉、造粒成混合料顆粒，再通過注射成形的方式制造成特定性狀制品的方法，特別適合于小型、復(fù)雜精密金屬零件的制造，也得到了相當(dāng)所的精密零件制造商的認(rèn)可和使用，在當(dāng)今金屬制品成形領(lǐng)域占有重要地位。4）外部加熱汽化系統(tǒng)，改變了過去液體滴酸的干擾，提升了脫脂效率。

    該工藝需要事先準(zhǔn)備好注射料，也就是常說的MIM喂料，且對喂料的流變性有著比較苛刻的要求。因此，當(dāng)產(chǎn)品的年需求量達(dá)到或超過2萬件時，可以考慮選擇MIM工藝。MIM當(dāng)前常用的兩種喂料是鐵基喂料（如Fe2Ni，F(xiàn)e8Ni）和不銹鋼喂料（如SUS316L，SUS630即17-4，SUS304等），隨著近年來不銹鋼制品的需求越來越大，關(guān)于不銹鋼喂料的研究也迅速升溫。

    喂料的特性，直接影響后續(xù)所有工藝的參數(shù)以及成品的品質(zhì)特性。今天小編就已常用的不銹鋼為例為例，和大家一起來看一下生產(chǎn)工藝參數(shù)中影響不銹鋼喂料流動性的三大因素。

一， 粉末裝載量。馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時回火，防止應(yīng)力開裂。粉末裝載量是一個比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分?jǐn)?shù)。粉末裝載量越大，說明喂料中粉末所占的比重越大，此時喂料的粘度增大，流變性相應(yīng)變差;當(dāng)粉末裝載量變小時，粘結(jié)劑所占比重相應(yīng)變大，此時喂料的粘度減小，流動性轉(zhuǎn)好。但也不是粘結(jié)劑越多越好。還要考慮粘結(jié)劑的量對后續(xù)其他工藝的影響。

二， 剪切速率。在注射成形過程中，不銹鋼喂料在高的剪切速率下而流動，所以喂料受到高剪切力發(fā)熱，發(fā)熱之后粘度降低，因此流動性強(qiáng);反之當(dāng)喂料在低的剪切速率下流動，受到較低的剪切力發(fā)熱較慢，粘度不會明顯降低，流動性也相應(yīng)比較差。

三， 溫度。對于混煉時粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點組元熔化，然后降溫，加入低熔點組元，然后分批加入金屬粉末。這里主要指的是注射成形時的注射溫度以及進(jìn)入模腔后的溫度。溫度的影響對于不銹鋼喂料來講是個加熱的過程，溫度通過對著喂料粘度的影響而影響其流動性，當(dāng)溫度升高時，喂料的粘度會變小，相應(yīng)的流動性變強(qiáng)，當(dāng)溫度降低時，喂料粘度變大，流動性也會比較差

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因為剪切力作用，或是顆粒間的相互作用而形成些獨特的結(jié)構(gòu)。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗1200h以上未出現(xiàn)紅銹。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個組分是否都起著獨立的作用來影響整個流體的流動性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動將受到一定的限制。與機(jī)加工工藝相比，粉末冶金齒輪的經(jīng)濟(jì)批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。在這個模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡化為規(guī)則球形的顆粒，每個顆粒周圍包覆著一層粘結(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運(yùn)動，即將其看成一個復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復(fù)合單元的周圍還有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運(yùn)動，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨特性，可以描述粉末的運(yùn)動情況，因此這個模型在簡單計算每個粉末顆粒的實際運(yùn)動情況方面較為精準(zhǔn)，但對于實際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計算的發(fā)散。由于壓制和模具上的原因，一般不適宜生產(chǎn)蝸輪、人字形齒輪和螺旋角大于35°的斜齒輪。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動可以看成是固-液兩相流動，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進(jìn)行流動模擬存在較大的偏差。1、鍍前預(yù)處理鍍前預(yù)處理的目的是為了得到干凈新鮮的金屬表面﹐為最后獲得高質(zhì)量鍍層作準(zhǔn)備。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對流動過程的影響。從而可以監(jiān)視流動過程中粉末的運(yùn)動、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡化三維問題中的計算，還在基于修正顆粒流體動力學(xué)的基礎(chǔ)上對該模型進(jìn)行了修正。