Metaal 3D-printen vs. Metal Injection Molding: De juiste keuze voor uw project

De opmars van commercieel 3D-printen heeft een aantal veelvoorkomende misverstanden over het proces teweeggebracht. Velen geloven bijvoorbeeld dat additieve productieprocessen alleen kunststoffen kunnen verwerken. In werkelijkheid kunnen ingenieurs ook metalen delen 3D-printen.

Voor projecten met metalen is het belangrijk dat ingenieurs zich verdiepen in de voor- en nadelen van zowel Metal Injection Molding (MIM) als metaal 3D-printen. Een nader onderzoek toont aan dat metaal 3D-printen een verrassend scala aan voordelen biedt. Hier zijn de belangrijkste verschillen en overwegingen voor ingenieurs.

Metal Injection Molding (MIM)

Metal Injection Molding (MIM) combineert plastic injectiegieten met poedermetallurgie en vereist vier stadia: voedselbereiding, gieten, ontbinden en sinteren.

Eerst worden fijn metaalpoeder gecombineerd met thermoplastisch materiaal en wasbindmiddels en vervolgens gegranuleerd tot kleine pellets. Deze pellets worden verwarmt en in een gietkaviteit geïnjecteerd. Na het gieten wordt de binder uit het metaalpoeder verwijderd, wat resulteert in een "bruin deel", dat doorloopt naar het sinterstadium. De ovencyclus omvat meestal meerdere fasen. Het bruine deel wordt verwarmd tot een relatief lage temperatuur om eventuele resterende binder te verbranden, waarna het gesinterd wordt bij een temperatuur nabij het smeltpunt van het metaal. Het metaalpoeder verdent om het eindproduct te produceren.

Toepassingen

Ingenieurs kiezen voor MIM wanneer ze delen moeten produceren – met name kleine of complexe – die niet efficiënt met een ander proces geproduceerd kunnen worden. Omdat slechts één gietvorm nodig is om een deel met MIM te maken, is dit proces ook zeer herhaalbaar en levert het delen op die uniform zijn in formaat, vorm en sterkte.

MIM-delen hebben een breed scala aan toepassingen in grote commerciële en industriële sectoren, van automotive tot aerospace. Veelvoorkomende toepassingen zijn scharnieren van brillen, horlogebehuizingen, laptopharnassen en precieze medische instrumenten.

Voordelen

MIM is een efficiënte methode om een hoog volume aan kleine, complexe delen te produceren. Afgewerkte delen hebben een gladde oppervlakte en zijn relatief sterk voor hun formaat, vaak met een dichtheid boven de 95%. MIM is compatibel met een grote verscheidenheid aan materialen die in poedervorm gebracht kunnen worden en geschikt zijn voor sinteren. Dit zijn voornamelijk stalen.

Beperkingen

Helaas kent metal injection molding tal van beperkingen, voornamelijk door de gietvormen die vereist zijn voor MIM-delen. MIM-gietvormen kunnen kosten van $50.000 tot $100.000, wat prohibitief duur kan zijn voor lage productievolumes. Vaak maakt MIM financieel zin bij jaarcijfers boven de 50.000 met een lange productielevenscyclus.

Verder brengt metal injection molding aanzienlijke ontwerpuitdagingen met zich mee voor ingenieurs. Gietvormontwerpen zijn niet gemakkelijk te wijzigen en er zijn nog steeds significante beperkingen wat betreft vorm. Het deel kan bijvoorbeeld geen grote overhangs hebben, omdat het uit de kaviteit geëjecteerd moet worden. Wanddikte vormt een ander ontwerpvraagstuk vanwege het ontbinden. Als de deelwanden te dik zijn, kan het onmogelijk zijn om de was uit het midden te halen. Ontwerpers en projectmanagers moeten deze overwegingen in acht nemen als ze van plan zijn metal injection molding te gebruiken. Anders kunnen ze later in het productieproces gedwongen worden dure aanpassingen te maken.

Metaal 3D-printen

Metaal 3D-printen biedt veel voordelen die andere processen, inclusief MIM, niet kunnen evenaren. Een soort metaal 3D-printen is laser-poederbedfusie (L-PBF), soms bekend als DMLS, een printproces dat delen produceert uit metaalpoeder.

Tijdens dit proces wordt een kamer voorbereid met een inert gas zoals argon om oxidatie te minimaliseren. Een dunne laag metaalpoeder wordt verspreid op het bouwplatform en een laser smelt het poeder samen in kleine secties; het proces herhaalt zich tot het deel volledig gebouwd is. Overmaat poeder wordt verwijderd na afkoeling. Vervolgens wordt het deel spanningsvrij gemaakt, losgemaakt van de bouwplaat en indien nodig warmtebehandeld.

Toepassingen

Delen gemaakt via het L-PBF-proces zijn ideaal voor industriële toepassingen en hoogpresterende eindgebruiksdeel. Veelvoorkomende use cases zijn straalmotoren, turbinenschaufels, medische apparatuur en stroomgeneratoren. Dit proces is compatibel met een groeiende lijst van metaallegeringen en zelfs enkele edele metalen zoals goud en platina. Er zijn ook andere metaal 3D-printprocessen die beter geschikt zijn voor toepassingen met minder regelgeving en kritische prestatie-eisen, zoals metaal binder jetting en metaal extrusie.

Voordelen

Ingenieurs kiezen voor metaal 3D-printen wanneer ze gespecialiseerde delen moeten creëren die hoge sterkte en duurzaamheid, chemische weerstand en toegang tot unieke ontwerpkenmerken vereisen. In tegenstelling tot metal injection molding biedt metaal 3D-printen ingenieurs een grote ontwerpvrijheid. Metaal 3D-printen gebruikt geen gietvormen, zodat ingenieurs niet gebonden zijn aan bepaalde vormbeperkingen, en het wijzigen van een ontwerp is zo simpel als het bijwerken van het ontwerp op de computer. Een complexer ontwerp draagt niet bij aan hogere productiekosten.

Beperkingen

Toch heeft metaal 3D-printen zijn eigen uitdagingen. De bouwwaarde is beperkt door de strenge productieomstandigheden en procescontroles die vereist zijn. Ook kunnen de opstartkosten voor een industriële machine in de miljoenen oplopen – voordat de materiaalkosten in aanmerking worden genomen. De hoge prijs kan echter een waardevolle investering zijn voor ingenieurs die ongekende ontwerpvrijheid en uitstekende mechanische sterkte willen.

Aan de slag met metaal 3D-printen

Metal injection molding is uitstekend geschikt voor het creëren van kleine, complexe delen die verrassend sterk zijn voor hun formaat. Echter, metaal 3D-printen overstijgt dit proces in veel kerngebieden. Metaal 3D-printen biedt meer ontwerpversatiliteit en met dit proces gemaakte delen kunnen geoptimaliseerd worden voor hoge sterkte, duurzaamheid en chemische weerstand.

Bij Fast Radius zijn we uitgekend in additieve productie met een verscheidenheid aan materialen. Of uw delen kunststof of metaal vereisen, ons team van experts helpt u op weg en begeleidt u elke stap. Het is nooit te vroeg om te beginnen met uw visie – neem vandaag nog contact met ons op.

Om meer te weten te komen over de suite van productiediensten die Fast Radius aanbiedt, bekijk onze mogelijkheden en enkele van onze recentste artikelen.

Klaar om uw delen te maken met Fast Radius?