樟木頭鎮粉末冶金齒輪加工粉末冶金轉軸「多圖」

金屬粉末注射成型工作原理

金屬粉末注射成型技術的工作原理金屬粉末注射成型技術是將現代塑料噴射成形技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術。

其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結劑均勻混練，經制粒后在加熱塑化狀態下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內固化成形，然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結劑脫除，最后經燒結致密化得到最終產品。

金屬粉末注射成型技術工藝與傳統工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優異，生產成本低等特點，其產品廣泛應用于電子信息工程、生物醫用器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業、兵工及航空航天等工業領域。因此，國際上普遍認為該技術的發展將會導致零部件成形與加工技術的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成形技術”和“21世紀的成形技術”。壓機一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內都可以制作成粉末冶金。

選擇MIM技術的主要準則

日本、美國及歐洲的金屬注射成形協會聯合發布ISO標準-ISO22068燒結金屬注射成形材料規范，意在于為設計與材料工程師提供用MIM工藝制造的零件規定的材料所需要的資料。關于選擇MIM工藝準則，確定有下列一些主要事項需要考慮：

☆質量/大量

對于在切削加工或磨削加工中材料損耗大的零件，MIM在降低生產成本上極有效。

☆數量

模具與創建費用對于低產量是難以承受的。因此，當年產量超過20000件時，對于MIM合適。

☆材料

對于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設計的零件，MIM最有吸引力。

☆復雜性

MIM工藝適合制造幾何形狀復雜的以及在切削加工中需要轉換位置的多軸零件。

☆使用性能

如果使用性能很重要，則MIM的高密度形成的性能經常都有競爭力。

☆表面粗糙度

表面粗糙度反應了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構可能對成本沒有什么影響。

☆公差

如果要求的公差緊密時，由于需要后續加工，MIM的成本趨向于增加，燒結件的公差大概在±0.3%。

☆組合

為了節省庫存與組裝費用，當講多個零件團結為一個零件時，可以受益。

☆缺陷

必須使MIM固有的缺陷處于非關鍵位置，或制造成形后除去例如澆口印跡、提模桿標記或接合線等。

☆新型組合材料

MIM可制造出用傳統工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的、兩種材料結構的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機生產新的冷卻外殼。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產品開發中，他們意識到使用傳統技術生產的電機冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。美國Injectamax公司和德國BASF公司將脫脂時間從數十小時縮短到幾個小時，而且保形性得到明顯改善，產品的尺寸精度從±0。

傳統制造的局限性

超級摩托車團隊的技術經理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統的生產方法，如車削和銑削，很難生產。對于這些生產方法，需要大量的材料，因此最終產品變得非常沉重。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規，我們無法盡可能高效地冷卻電動機。所以，電機的功率低于預期，有時需要放慢速度以使電動機不會過熱。總需求量：模具費和研發費用對于低需求量的產品，分攤下來后是很難以承受的。”

因此，超級摩托車決定聯系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機的公司，自2016年以來已生產超過35,000種產品。

△用于生產冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機

K3D的首席技術官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產的部件使他們能夠享受傳統制造技術無法提供的設計自由，“由于采用薄壁設計，內部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現極佳設計自由度。重要的是，該部件的設計重量最輕。該部件打印非常準確，無需任何后處理即可直接使用。表面處理是通過一種材料經過加工轉化為另一種物體表面的方式叫表面加工，主要是為了提高物體表面的美觀感，金屬表面工藝處理還可以保護材料不受環境污染破壞，目前我們常見的有烤漆和電鍍兩種。”

這不是3D打印初次用于制造電動摩托車。總部位于德國的BigRep已經制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設計目的，目前還不是一種可行的商業產品。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運動自行車。一個實用的粘結劑一般由幾種組元組成，每種組元有各自獨特的功能，按照功能可以分為主要粘結劑、次要粘結劑和添加劑這幾種。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進行測試并最終曝光。

AIM工藝簡介及AIM生產設備的發展現狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。其中MIM是發展最早也最成熟的一個分支，被稱為21世界最熱門的零部件成形技術，它也的確沒有辜負這樣一個榮譽，其產業不斷發展和壯大，并擁有了專門的金屬注射成形生產設備。現在粉末注射成型工藝一出現第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。近年來，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來越關注鋁合金這種具有優異功能的特殊復合金屬，因鋁合金種類繁多，性質差異較大，表面極易被氧化的特點，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會出現專門的AIM——鋁合金注射成形。吸熱型氣氛與放熱型氣氛相比較，是一種還原性更強、碳勢更高的可控氣氛，在粉末冶金中主要用于鐵基零件和銅基零件燒結時作保護氣氛，有時也作為滲碳劑使用。

任何一個工藝要想發展，形成一種產業，必須要通過生產設備的改進和升級來為企業提高生產效率，AIM也不例外，zui初它是沒有專用的設備的，傳統粉末冶金和注塑行業通用生產設備以及金屬注射成形專用設備的都曾被用于該工藝中。但是它有其獨特的原料特點，那些非專用生產設備都無法很好滿足其正常生產需要，即使勉強可以使用制品的質量也大打折扣。MIM技術起源于歐洲部分國家，開始用于軍事裝備部件開發并得到應用。

AIM生產設備(主要是混煉造粒設備和注射設備)的研究是近幾年才開始的，因為鋁合金注射成形技術是非常先進的一門技術，國內對其研究也是剛剛開始，目前南京科技大學對此領域研究較早較多并已經取得一定研究成果，在領域的水平可以達到世界前三。由于鋁合金粉末的摩擦系數比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設備和注射設備來講，原則上是可以與其共用的。施加壓力使接觸面積增大，不管顆粒形狀和表面粗糙度如何，這種接觸面積大體上正比于施加的壓力。

隨著AIM企業對生產效率和設備自動化，加工連續化程度以及設備性能等要求的提高，專業的鋁合金注射成形混煉機、造粒機及注射機的研究開始被眾多機械設備制造商提上日程。

目前國內已有少數幾家機械設備制造商通過與高等院校合作的方式，在AIM專用生產設備的研發生產方面取得了初步的成效，并在一些企業開始試用，其功能和特性還有待在以后的生產實踐中不斷摸索和改進，相信隨著科技不斷進步，這些生產設備也會朝著智能化、環保化、自動化發展。黑色金屬表面經“發藍”處理后所形成的氧化膜，其外層主要是四氧化三鐵，內層為氧化亞鐵。