El moldeo por inyección de metal se ha convertido en una tecnología de conformado casi final de rápido desarrollo y muy prometedora en el campo de la pulvimetalurgia. Es reconocida como una de las tecnologías de conformado de componentes metálicos más prometedoras a nivel mundial.
Este artículo presenta el conocimiento fundamental del proceso de moldeo por inyección de metal, incluidos los conceptos básicos, el proceso, las ventajas, las comparaciones con otros procesos, los tipos de piezas adecuados y las aplicaciones.
Para los ingenieros, aprender y comprender el proceso de moldeo por inyección de metal es esencial para un diseño eficaz de productos, ya que a menudo ofrece importantes oportunidades de reducción de costos.
¿Qué es el moldeo por inyección de metal?
El moldeo por inyección de metal (MIM) es un método que combina polvo metálico con un sistema aglutinante para el moldeo por inyección. El proceso comienza mezclando polvos seleccionados con aglutinantes, seguido de la granulación de la mezcla para inyectarla en la forma requerida. Mediante el desaglomerado y la sinterización, se elimina el aglutinante, obteniendo el producto metálico deseado. Se pueden aplicar procesos posteriores, como el dimensionado, el tratamiento superficial, el tratamiento térmico o el mecanizado, para refinar aún más el producto.
Moldeo por inyección de metal = Metalurgia de polvos + Moldeo por inyección. El moldeo por inyección de metal es una tecnología interdisciplinaria por excelencia que integra dos métodos de procesamiento completamente diferentes: la pulvimetalurgia y el moldeo por inyección de plástico. Esta integración permite a los ingenieros liberarse de las limitaciones de diseño tradicionales, utilizando técnicas de moldeo por inyección de plástico para obtener piezas económicas y de formas complejas hechas de acero inoxidable, níquel, hierro, cobre, titanio y otros metales, ofreciendo así mayor libertad de diseño que muchos otros procesos de producción.
Proceso de moldeo por inyección de metal
El proceso de moldeo por inyección de metal se divide en cuatro etapas: granulación, moldeo por inyección, desaglomerado con disolvente y sinterización térmica. Se incluyen procesos secundarios como el mecanizado, el cepillado o... galvanoplastia Se puede realizar si es necesario.
1. Granulación
Los polvos metálicos finos se mezclan con aglutinantes y termoplásticos en proporciones precisas. Esta mezcla se realiza en equipos especializados calentados a una temperatura específica para fundir los aglutinantes. En la mayoría de los casos, se utiliza la mezcla mecánica hasta que las partículas de polvo metálico quedan recubiertas uniformemente. Una vez enfriadas, la mezcla forma gránulos (materia prima) que pueden inyectarse en las cavidades del molde.
2. Moldeo por inyección
La materia prima granulada se introduce en una máquina de moldeo por inyección, se calienta y se inyecta en las cavidades del molde a alta presión para producir una "pieza verde". Este proceso es muy similar al moldeo por inyección de plástico. Los moldes pueden diseñarse con múltiples cavidades para mejorar la productividad, y las dimensiones de las cavidades deben tener en cuenta la contracción que se produce durante el proceso de sinterización del componente metálico.
3. Desaglomeración con disolventes
El desaglomerado es el proceso de eliminar el aglutinante de la pieza verde para obtener una pieza marrón. Este proceso suele completarse en varios pasos. La mayor parte del aglutinante se elimina antes de la sinterización, mientras que la parte restante sirve de soporte a la pieza al entrar en el horno de sinterización.
El desaglomerado puede lograrse mediante diversos métodos, siendo la extracción con disolventes el más común. Tras el desaglomerado, las piezas se vuelven semipermeables, lo que permite que los aglutinantes residuales se volatilicen fácilmente durante la etapa de sinterización.
4. Sinterización térmica
Las piezas marrones desaglomeradas se colocan en un horno con alta temperatura y presión controladas. Se calientan lentamente en atmósfera protectora para eliminar los aglutinantes residuales. Una vez eliminados, se calientan a una temperatura muy alta y los espacios entre las partículas desaparecen a medida que se fusionan. La pieza marrón experimenta una contracción direccional hasta alcanzar sus dimensiones de diseño y se transforma en un sólido denso, dando lugar al producto final.
Durante el proceso de sinterización, la parte marrón sufre una contracción dimensional total de aproximadamente el 20%.
Ventajas del moldeo por inyección de metal
El moldeo por inyección de metal combina las ventajas de la pulvimetalurgia y el moldeo por inyección de plástico, superando las limitaciones geométricas del conformado tradicional de polvo metálico. Aprovecha la capacidad del moldeo por inyección de plástico para producir piezas de formas complejas en grandes lotes con alta eficiencia. Como tecnología de forma casi neta para piezas de precisión de alta calidad, ofrece ventajas incomparables con la pulvimetalurgia convencional, el mecanizado CNC y la fundición de precisión.
Capacidad para formar piezas altamente complejas
En comparación con otros procesos de conformado de metales, como el estampado de chapa metálica, la pulvimetalurgia, la forja y Mecanizado CNCEl moldeo por inyección de metal permite formar piezas con geometrías 3D altamente complejas. Generalmente, las estructuras que se logran mediante el moldeo por inyección de plástico también se pueden lograr mediante el moldeo por inyección de metal. Gracias a esta característica, el moldeo por inyección de metal ofrece la posibilidad de fusionar varias piezas fabricadas originalmente mediante otros procesos en un solo componente, simplificando el diseño del producto y reduciendo los costos de ensamblaje.
Alta utilización de materiales
El moldeo por inyección de metal es un proceso de forma casi neta, donde la forma de la pieza se aproxima a la forma final. El aprovechamiento del material es elevado, lo cual es especialmente importante para reducir las pérdidas en el procesamiento de metales preciosos.
Microestructura uniforme
El moldeo por inyección de metal es un proceso de conformado fluido. La presencia de aglutinantes garantiza una distribución uniforme del polvo, eliminando la irregularidad microestructural y permitiendo que los productos sinterizados alcancen entre el 95 % y el 99 % de su densidad teórica. Esta alta densidad mejora la resistencia, la tenacidad, la ductilidad, la conductividad y las propiedades magnéticas.
Por el contrario, la pulvimetalurgia tradicional solo alcanza alrededor del 85 % de densidad debido a la fricción entre la pared del molde y el polvo, lo que provoca una distribución desigual de la presión y una contracción no uniforme. Esto genera una alta porosidad y un rendimiento mecánico deficiente, por lo que a menudo se requieren temperaturas de sinterización más bajas para mitigar estos efectos.
Alta eficiencia y escalabilidad
El moldeo por inyección de metal utiliza máquinas de inyección para formar piezas en verde, lo que mejora significativamente la eficiencia de producción y es adecuado para la producción a gran escala. La consistencia y repetibilidad de los productos moldeados garantizan la producción industrial a gran escala.
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Amplia gama de materiales
La gama de materiales metálicos aptos para el moldeo por inyección es muy amplia. En principio, cualquier material en polvo que pueda sinterizarse a altas temperaturas puede procesarse mediante moldeo por inyección, incluidos los materiales difíciles de mecanizar y con alto punto de fusión.
Los materiales incluyen acero de baja aleación, acero inoxidable, acero para herramientas, aleaciones a base de níquel, aleaciones de tungsteno, carburos, aleaciones de titanio, materiales magnéticos, aleaciones Kovar y cerámica fina. Además, el moldeo por inyección de metal permite formulaciones de aleaciones personalizadas para crear materiales compuestos. Si bien las aleaciones no ferrosas, como el aluminio y el cobre, son técnicamente viables, su procesamiento suele ser más económico mediante... morir fundición o mecanizado.
| Material | grados | Aplicación |
| Acero de baja aleación | de 4605 | Diversos componentes estructurales para automoción, maquinaria y otras industrias. |
| Acero Inoxidable | 316L, 17-4PH, 420, 440C | Dispositivos médicos, piezas de relojes y relojes |
| Carburo cementado | B771 | Varias herramientas de corte, relojes y relojes. |
| Cerámica | ASTM C1161 | Electrónica informática, artículos de primera necesidad y relojes. |
| Aleación de titanio | Ti-6Al-4V | Componentes estructurales médicos y militares |
| Materiales magnéticos | ASTM A753 | Varios componentes magnéticos |
Alta precisión
La precisión dimensional de las piezas de moldeo por inyección de metal suele ser de ±0.5 %, con niveles de precisión que alcanzan el ±0.3 % o superiores. Para piezas pequeñas, la precisión del moldeo por inyección de metal es mayor que la de otros procesos de fundición, lo que a menudo elimina la necesidad de mecanizado secundario. Al igual que en otros procesos, los requisitos de mayor precisión incrementan los costos, por lo que se recomiendan tolerancias moderadas cuando el rendimiento lo permita. Las tolerancias inalcanzables mediante el moldeo inicial se pueden lograr mediante tratamientos superficiales.
Comparación con otros procesos
| Atributo | Moldeo por inyección de metal | Metalurgia de polvos | Fundición de inversiones | Mecanizado CNC |
| Peso (g) | 0.01 – 1000 | 5 g - 1 kg | > 1 | > 1 |
| Tolerancia (%) | <0.3 | 0.1 | 0.5 – 1.0 | <0.1 |
| Densidad (%) | 98 – 99 | 85 – 92 | 95 – 99 | 100 |
| Fuerza (%) | > 97 | 75 | > 95 | 100 |
| Rugosidad de la superficie (μm) | 1 | 1 – 5 | 5 | 0.2 – 4 |
| Grueso de pared (mm) | 0.2 – 10 | > 2 | > 2 | > 1 |
| Complejidad: | Alto | Bajo | Media | Alto |
| Flexibilidad de diseño | Alto | Media | Media | Bajo |
| Capacidad de Producción | Alto | Alto | Bajo | Bajo |
| Gama de materiales | Alto | Media | Media | Media |
| Costo | Media | Bajo | Media | Alto |
¿Qué piezas son adecuadas para el moldeo por inyección de metal?
Aunque el moldeo por inyección de metal se considera la quinta generación de la tecnología de conformado de metales, no todas las piezas metálicas son aptas ni económicamente viables para este proceso. Solo piezas metálicas de gran volumen, pequeñas y de precisión, con geometrías 3D complejas y requisitos especiales, son aptas para el moldeo por inyección de metal.
| Característica | Días Minimos | Typica | Máxima |
| Peso (g) | 0.03 | 10-15 | 300 |
| Dimensiones (mm) | 2.0 | 25 | 150 |
| Grueso de pared (mm) | 0.025 | 1-3 | 15 |
| Tamaño del lote (anual) | 1,000 | 100,000 | 100,000,000 |
Peso pequeño
El moldeo por inyección de metal es ideal para piezas metálicas pequeñas. Las piezas típicas pesan entre 10 y 15 g. Las de menos de 50 g ofrecen el valor más económico, con un límite máximo de 300 g.
Pequeñas dimensiones
El proceso es ideal para dimensiones pequeñas. Los tamaños típicos rondan los 25 mm, con un máximo de 150 mm. El moldeo por inyección de metal es menos adecuado para piezas grandes, ya que las tolerancias suelen ser del 0.3 % al 0.5 % del tamaño. A medida que aumenta el tamaño, las tolerancias absolutas aumentan, lo que puede incumplir los requisitos de diseño o requerir un costoso mecanizado secundario.
El espesor de pared típico para piezas de moldeo por inyección de metal es de 1.0 mm a 3.0 mm.
geometría compleja
El moldeo por inyección de metal es adecuado para piezas con socavones externos, roscas externas, conos, agujeros transversales, agujeros ciegos, protuberancias, chaveteros, nervaduras o moleteado superficial. Las formas simples pueden resultar más económicas mediante estampación, forja o pulvimetalurgia.
Volumen de lote
Dado que el moldeo por inyección de metal requiere moldes, se requieren altos volúmenes de producción para compensar los costos de herramientas. Generalmente, se requiere un volumen anual de más de 100,000 unidades para que el proceso sea económicamente viable.
Aplicaciones del moldeo por inyección de metales
El moldeo por inyección de metal se utiliza ampliamente en la electrónica de consumo, piezas de automóviles, dispositivos médicos, herramientas eléctricas, equipos industriales y necesidades diarias.
Electrónica de Consumo:
Esto incluye smartphones, tablets, portátiles, cámaras digitales, wearables y drones. En 2010, los componentes del logotipo de los teléfonos BlackBerry se fabricaron mediante moldeo por inyección de metal, iniciando su uso masivo en teléfonos móviles. Apple siguió el ejemplo en 2010, expandiendo y liderando el uso del moldeo por inyección de metal para conectores de alimentación, bandejas SIM, bisagras, anillos de cámara y botones. A medida que los dispositivos se vuelven más delgados y los componentes más precisos, las perspectivas del moldeo por inyección de metal en este campo crecen.
Componentes automotrices
Como proceso de conformado sin cortes, el moldeo por inyección de metal ahorra material y costos. La industria automotriz lo ha valorado mucho desde la década de 1990. Actualmente, la industria utiliza el moldeo por inyección de metal para piezas complejas, piezas bimetálicas y conjuntos de microcomponentes, como piezas de turbocompresores, anillos de ajuste, boquillas de inyectores de combustible, álabes, componentes de cajas de cambios y piezas de dirección asistida.
Dispositivos médicos
El moldeo por inyección de metal produce componentes de alta precisión y excelentes propiedades mecánicas, satisfaciendo así los requisitos de instrumental quirúrgico pequeño y complejo. Su uso es cada vez mayor en mangos de instrumental quirúrgico, tijeras, fórceps, piezas dentales y piezas articulares ortopédicas.
Herramientas Eléctricas
Los accesorios para herramientas eléctricas requieren un mecanizado complejo y un bajo consumo de material, lo que los hace dependientes del moldeo por inyección de metal. Entre los productos típicos se incluyen fresas de formas especiales, herramientas de corte, fijaciones, microengranajes y componentes para máquinas textiles o de crimpado.
Cómo puede ayudar Getzshape
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