Metal Injection Moulding Spritzgießen von metallischen Werkstoffen

Kunststoffe substituieren in immer weiter gefächerten Anwendungsgebieten andere konventionelle Werkstoffe. Durch eine Modifikation der Kunststoffe, die durch das Polymer an sich oder eine Zugabe von Zusatzstoffen realisiert werden kann, werden die mechanischen Eigenschaften von Kunststoffbauteilen zunehmend an die der Metalle herangeführt. Überdies zeichnen sich Kunststoff Urformverfahren, wie das Spritzgießen, durch eine hohe Gestaltungsfreiheit am Produkt aus.

Anbieter zum Thema

Murtfeldt Kunststoffe GmbH & Co. KG

GGB Heilbronn GmbH

Heraeus AMLOY Technologies GmbH

Sind die mechanischen Anforderungen an ein Bauteil selbst durch hoch belastbare Kunststoffe nicht zu erfüllen, muss aber auf metallische Werkstoffe zurückgegriffen werden die durch Verfahren der Umform und Urformtechnik zu einem Endprodukt verarbeitet werden. Die Bauteilgestaltung unterliegt dabei, auf Grund der Verfahrentechnik, spezifischen Einschränkungen. Ebenfalls lässt sich die Legierung des Bauteils je nach Verfahren nur in Grenzen beeinflussen.

Allein durch das Sintern von Bauteilen lassen sich Metalllegierungen verarbeiten, die durch konventionelle Urformverfahren nicht möglich sind. Dem Vorteil der „freien“ Legierungswahl wiederum stehen geometrische Einschränkungen gegenüber die auf dem üblicherweise zu Grunde liegenden Pressverfahren beruhen.

Symbiose zwischen dem Spritzgießverfahren

Auf Grund der Einschränkungen aber auch Möglichkeiten der einzelnen Verfahren liegt es nahe eine Symbiose zwischen dem Spritzgießverfahren, auf Grund der Möglichkeit einer freien Bauteilgestaltung, und dem Sinter, mit seinen vielseitigen metallurgischen Möglichkeiten, zu schaffen.

Diese Symbiose wird durch das PIM-Verfahren (Powder-Injection-Moulding) bereits heute erfolgreich realisiert. Metallische Formteile werden dabei durch das MIM-Verfahren (Metal-Injection-Moulding) erzeugt. Durch diese fruchtbare Synthese werden komplexe, metallische Bauteile realisiert, deren Stückgewicht zwischen 0,5 und 100 Gramm beträgt.

Alle Prozessschritte unter ‚einem Dach‘

Der Verfahrensablauf gliedert sich in der spritzgießtechnischen Herstellung eines Grünlings, dessen Entbindung und anschließenden Sinterung. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, alle Prozessschritte unter ‚einem Dach‘ zu haben. Deshalb ist durchaus ein kostengünstiger Einstieg in diese Technologie möglich.

Insbesondere bei der spritzgießtechnischen Herstellung sind einige Besonderheiten zu beachten. Gegenüber ungefüllten Kunststoffen besitzen die MIM Materialien (Feedstocks) stark veränderte Stoffdaten. Neben einer veränderten Viskosität übertrifft die Temperatur- und Wärmeleitfähigkeit, die der reinen Kunststoffmatrix um den Faktor 10-12. Dies hat zur Folge, dass die Materialien beim Spritzgießen zu einer erhöhten Randschichtbildung neigen, welche sich wiederum prägnant auf die Erstarrung des Formteils und des Anguss-Anschnittsystems auswirkt.

Dem muss bei der Auslegung der Konstruktionen entsprechend Rechnung getragen werden. Ferner verfügen die spritzgießtechnisch hergestellten Grünlinge nur über eine bedingte Bauteilfestigkeit, sodass der Entformung und der Verpackung der hergestellten Bauteile besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden muss.

Überdies bietet der Markt unterschiedliche Bindersysteme für die metallischen Pulver an, die wiederum einen entscheidenden Einfluss auf den Entbinderungsverlauf und dessen Systemauswahl haben. Ist der Sintervorgang abgeschlossen, besitzen die Bauteile eine Materialdichte die größer als 96% gegenüber dem massiven Material ist. Auf Grund der geringen Restporösität sind die Bauteile daher dicht und erreichen mechanische Werte die gleichwertig mit denen des Vollmaterials sind.

Die Einsatzgebiete sind dabei durchaus vielseitig

Ein großer Vorteil der per MIM-Verfahren hergestellten Bauteile besteht darin, dass vergleichbare komplexe Geometrien, wie im konventionellen Spritzgießen zu erreichen sind. Damit lassen sich metallische Bauteile herstellen, die durch konventionelle Verfahren wie Matrizenpressen, Feinguss und spanende Fertigung nicht möglich wären.

Anwendungen für die MIM-Technik findet man überall dort, wo komplexe metallische Formteile in großen Stückzahlen benötigt werden. Typische Vertreter sind beispielsweise Uhrengehäuse, Herzklappenringe, oder Mitnehmerträger für Haushaltsmixer. Die Einsatzgebiete sind dabei durchaus vielseitig und immer mehr Unternehmen in unterschiedlichen Marktsegmenten „entdecken“ diese Technologie für sich.

Firmenverbundprojekt um künftig in die MIM-Technologie einsteigen

Diese Aspekte sowie die zunehmende Etablierung des Verfahrens am Markt hat das Kunststoff-Institut Lüdenscheid dazu bewegt, ein Verbundprojekt ins Leben zu rufen das zusammen mit dem Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM) durchgeführt wird.

Das im April 2008 startende Firmenverbundprojekt richtet sich an Unternehmen aus allen Geschäftsbereichen, die künftig in die MIM-Technologie einsteigen wollen - ferner an Unternehmen, die bereits in der MIM-Technik tätig sind und beispielsweise den Verfahrensablauf ‚Spritzgießen‘ durch den Einsatz neuer Temperiertechniken weiter qualifizieren möchten. Inhalt des Projekts sollen dabei nicht nur verfahrenstechnische Aspekte sein, sondern ebenso eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, die es den Projektteilnehmern ermöglicht das Verfahren hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit für eigene Produkte einzuschätzen.

Die Laufzeit des im April 2008 startenden Projekts beläuft sich auf 2 Jahre. Eine Anmeldung zum Projekt ist auch nach erfolgtem Projektstart möglich.

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