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Ausgewählte Ausgabe: 07-08-2017 Ansicht: Modernes Layout
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Metallpulverspritzgießen bietet viele Vorteile

Das MIM-Verfahren (Metal Injection Moulding; übersetzt: Metallpulverspritzgießen) ist ein hoch modernes Verfahren zur Herstellung metallischer Bauteile. Die Vorteile liegen in der Möglichkeit, sowohl geometrisch sehr komplexe Bauteile abzuformen, wie sie aus dem verwandten Kunststoffspritzgießen bekannt sind, als auch in der Freiheit der Materialauswahl. Selbst schwer zerspanbare Hochleistungswerkstoffe lassen sich vergleichsweise kostengünstig in Form bringen. Damit hat es die MIM-Technologie geschafft, sich in Industriezweigen wie Automobilbau, Medizintechnik, Anlagenbau, Luftfahrt und Consumer Goods zu etablieren


Das MIM-Verfahren ist die Verbindung der Pulvermetallurgie und dem Kunststoffspritzguss und umfasst folgende Schritte:
- Mischen: Im ersten Schritt werden sehr feine Metallpulver mit einem thermoplastischen Kunststoffbinder zu einer homogenen spritzbaren Masse vermischt und zu feinem Granulat weiter verarbeitet, der sogenannte Feedstock.
- Spritzgießen: Dieser Feedstock wird bei Temperaturen bis 200 °C in weitgehend konventionellen Spritzgussmaschinen plastifiziert und in die passende Kavität eingespritzt, abgekühlt und schließlich das sogenannte Grünteil ausgeworfen. Dieses weist schon alle geometrischen und komplexen Merkmale des fertigen Bauteils auf, hat aber noch Übergröße. Der Anguss sowie der Ausschuss beim Spritzgießen kann recycelt werden, sodass nahezu kein Abfall entsteht.
- Entbindern: Aus dem Grünteil wird der Binder über einen mehrstufigen Prozess wieder entfernt – durch Lösemittelextraktion, katalytische Zersetzung und/oder thermisch. Das sogenannte Braunteil ist anschließend rein metallisch, allerdings zu diesem Zeitpunkt noch sehr porös und zerbrechlich.
- Sintern: lm letzten Verfahrensschritt wird das poröse Bauteil mittels Sintern bei grob 70 % der Schmelztemperatur der Legierung verdichtet. Dabei schrumpft das Bauteil um den früheren Anteil des Binders, was zwingend bei der Werkzeugauslegung berücksichtigt werden muss. Das Sinterteil hat üblicherweise 95 – 100 % der theoretischen Dichte des entsprechenden Metalls beziehungsweise der entsprechenden Legierung und höchstens feine Poren, die die Eigenschaften nicht beeinträchtigen.
- Nachbehandlung: Durch die hohe Dichte des Sinterteils können alle üblichen Nachbehandlungsverfahren für MIM-Teile angewendet werden.
An den nachfolgenden Beispielen wird gezeigt, welche Vorteile durch die Herstellung von Bauteilen mittels MIM erreicht werden. Beim ersten Bauteil erlaubt MIM die near-net-shape Herstellung eines Rohlings aus einem sehr aufwendig zu verarbeitenden Material. Im zweiten Beispiel kommt die Designfreiheit und Bauteilkomplexität zum Tragen, die die Formgebung durch Spritzguss erlaubt.

Anwendungsbeispiel Klemm- und Bremselemente

Bild 1 Klemm- und Bremselement für alle gängigen Linearführungen.

Bild 1
Klemm- und Bremselement für alle gängigen Linearführungen.

Bild 2 Kulisse zur Ausführung der Bremsbewegung aus HSS-Stahl M2 (links: Grünteil, Mitte: Sinterteil, rechts: Baugruppe mit Kunststoffhalterung).

Bild 2
Kulisse zur Ausführung der Bremsbewegung aus HSS-Stahl M2 (links: Grünteil, Mitte: Sinterteil, rechts: Baugruppe mit Kunststoffhalterung).

MIM-Teile müssen nicht immer hochkomplex sein, es können auch einfache Geometrien für das MIM-Verfahren geeignet sein. Gerade hohe Anforderungen an das Ausgangsmaterial können bewirken, dass das MIM-Verfahren wirtschaftlicher ist als die Fertigung mit klassischen Zerspanungsverfahren. Als Beispiel können hier die Klemm- und Bremselemente der Zimmer Group aus Rheinau angeführt werden (Bild 1). Die in den Klemm- und Bremselementen enthaltenen Kulissen (Bild 2) weisen eine einfache Geometrie auf, sodass generell ein klassisches Fertigungsverfahren, wie zum Beispiel Zerspanung oder auch Presssintern, genutzt werden könnte.

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Autoren

Dr. Natalie Salk

Dr. Peter Risthaus

Dr. Thomas  Hartwig

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