CMF实验室 | 金属注射成型MIM

MIM技术起源于欧洲部分国家，最开始用于军工装备部件开发并得到应用。近些年，国内长三角地区通过对MIM技术的引入，随着不断地探索实践，已经成功运用到汽车零部件、3C数码类、医疗器械、工具锁类等多个热门领域。

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概述

金属粉末注射成型技术（Metal Powder Injection Molding Technology，简称MIM）是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。是将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。

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工艺流程

MIM 制造流程一般包括：混炼造粒、注塑成型、脱脂、烧结以及二次处理等。结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性，适合大批量生产小型、精密、形状复杂以及具有特殊性能要求的金属和陶瓷零部件，具有广阔的应用前景和经济价值。

（1）混料：精细金属粉末和热塑性塑料、石蜡粘结剂按照精确比例进行混合。在专门的混合设备中进行混合，加热到一定的温度使粘结剂熔化。大部分情况使用机械进行混合，直到金属粉末颗粒均匀地涂上粘结剂冷却后，形成颗粒状原料。

（2）成型：注射成型的设备和技术与注塑成型类似。原料被送入机器加热并在高压下注入模腔 。这个环节形成（greenpart）冷却后脱模，只有在大约200°c的条件下使粘结剂熔化 （与金属粉末充分融合），上述整个过程才能进行。模腔尺寸设计要考虑金属部件烧结过程中产生的收缩。

（3）脱脂：运用物理或者化学方法将零件中粘结剂去除，最常用的是溶剂萃取法。绝大部分的粘结剂是在烧结前去除的，残留的部分能够支撑部件进入烧结炉，在烧结时被挥发。零件由金属粉末与粘结剂的混合物变成单纯的金属零件，体积发生收缩，形状结构不变。

（4）烧结：部件被放进高温、高压控制的熔炉中。该部件在气体的保护下被缓慢加热，去除残留的的粘合剂。之后，该部件就会被加热到很高的温度，颗粒之间的空隙由于颗粒的融合而消失。该部件定向收缩到其设计尺寸并转变为一个致密的固体，体积进一步收缩，形状结构不变。

针对注射成型烧结过程中产品部件的收缩变形，需要解决以下问题：

1.直接观测产品部件在烧结过程中的整体尺寸变化规律以及重力影响部件局部下弯变形规律；

2.采用非接触测量方式，避免接触式测量顶杆加载力对排胶和烧结变形的影响；

3.采用大面积测量方式，直接测试成型件变形，避免制样的代表性不足；

4.实现成型件或试样的二维变形同时测量，并具有多点位置变化同时测量功能；

5.在不同升温制度（如不同升降温速度和不同恒定温度）下观测部件尺寸变化规律；

6.观测不同气氛（真空、氩气、氮气、氢气等）和不同气压条件对部件尺寸变化规律的影响，以及不同温度区间切换气氛条件和气压恒定对部件尺寸变化规律的影响；

7.同时具备高精度高温热膨胀系数测试功能。

（5）表面处理：MIM件常用的表面处理工艺包括抛光处理、电镀处理、PVD处理、发黑处理、磷化处理、喷涂处理等。

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MIM工艺特点

1、零部件几何形状的自由度高，能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属零部件，且各部分密度均匀、尺寸精度高，适于制造几何形状复杂、精密及具有特殊要求的小型零件（0.05g-200g）；

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MIM应用领域

MIM的应用极其广泛。

（1）汽车用零件：安全气囊用零件、汽车锁用零件、安全带用零件、汽车车门升降系统、小齿轮、汽车用空调系统小零件、刹车系统中齿条等，供油系统中的传感器中的小零件；

（2）军用零件：枪支零件、弹用零件、引信用零件；

（3）计算机及IT行业：如手机卡托、手机结构件、打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件、光通信陶瓷插头；

（4）工具：如钻头、刀头、喷嘴、螺旋铣刀、汽动工具、渔具用的零件等；

（5）家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、高尔夫球头、珠宝链环、刃具刀头等零部件；

（6）医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子；

（7）电气用零件：微型马达、传感器件；

（8）机械用零件：如纺织机、卷边机、办公机械用零件等。

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工艺对比

MIM和CNC的对比：

同：均适合生产三维结构复杂、精度要求高的产品。

异：1.复杂件成本：当产品复杂程度极高时，CNC按时计价，成本高于MIM；

2.超小件生产：CNC受制于刀片，无法生产超小件，但MIM适合生产小件；

3.超薄件生产：CNC受制于装夹，壁厚小于1mm的产品易变形，MIM可以生产超薄件；

4.批量生产：小批量生产时，CNC生产效率高；大批量生产时，MIM生产效率高。

CNC与MIM不完全为替代关系，也存在互补关系，如MIM的后置工序中存在CNC工序。

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MIM未来发展

行业代表包括上海富驰高科技股份有限公司，是目前国内生产规模最大设备最先进的龙头企业，也培养了一大批 MIM 技术人才；以及常州精研科技股份有限公司，是国内第一家上市的 MIM 企业代表。

虽然 MIM 正引起人们越来越大的关注，但目前其规模与传统加工技术相比还显弱小，还有很大的发展潜力。新生的 MIM 工业还需要制定工业标准、加快工业化、提高从业者素质、研发设备以及争取顾客等一系列的努力来将其发展壮大。

（1）粘结剂多样化及脱脂技术的多途径化

以醋酸纤维脂、聚乙二醇聚合物，丙烯酸聚合物、琼脂为基体的诸多粘结剂体系得到进一步的发展应用。计算机辅助控制热脱脂技术、溶剂脱脂技术，催化脱脂技术，以及冷冻干燥技术、微波辅助干燥技术都被用于粘结剂的脱脂研究。

（2）更先进、控制更精确的装备

以计算机精密控制注射成形机及相关在线质量监测控制系统的研究和计算机辅助脱脂关键装备技术的开发是目前及今后关注的重点方向。

（3）产业方面要形成关联的产业链

把技术和工程能力深入吃透，形成生态产业链，产业链抱团，才能抵抗风险加速发展。

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