Le moulage par injection de métal s'est imposé comme une technologie de mise en forme quasi-finale en plein essor et très prometteuse dans le domaine de la métallurgie des poudres. Il est reconnu comme l'une des technologies de fabrication de composants métalliques les plus en vogue au niveau mondial.
Cet article présente les connaissances fondamentales du procédé de moulage par injection de métal, notamment les bases, le processus, les avantages, les comparaisons avec d'autres procédés, les types de pièces appropriés et les applications.
Pour les ingénieurs, l'apprentissage et la compréhension du processus de moulage par injection de métal sont essentiels à une conception de produit efficace, car ils offrent souvent des opportunités importantes de réduction des coûts.
Qu'est-ce que le moulage par injection de métal ?
Le moulage par injection de métal (MIM) est une méthode qui consiste à mélanger de la poudre métallique avec un liant pour le moulage par injection. Le procédé débute par le mélange de poudres sélectionnées avec des liants, suivi de la granulation du mélange pour l'injecter dans la forme souhaitée. Par déliantage et frittage, le liant est éliminé, ce qui permet d'obtenir le produit métallique désiré. Des traitements ultérieurs tels que le calibrage, le traitement de surface, le traitement thermique ou l'usinage peuvent être appliqués pour affiner davantage le produit.
Moulage par injection de métal = Métallurgie des poudres + Moulage par injection. Le moulage par injection de métal est une technologie interdisciplinaire par excellence qui intègre deux procédés de fabrication totalement différents : la métallurgie des poudres et le moulage par injection de plastique. Cette intégration permet aux ingénieurs de s’affranchir des contraintes de conception traditionnelles et d’obtenir, grâce aux techniques de moulage par injection de plastique, des pièces de formes complexes et économiques en acier inoxydable, nickel, fer, cuivre, titane et autres métaux, offrant ainsi une plus grande liberté de conception que de nombreux autres procédés de production.
Processus de moulage par injection de métal
Le procédé de moulage par injection de métal se divise en quatre étapes : granulation, moulage par injection, déliantage par solvant et frittage thermique. Des procédés secondaires tels que l’usinage, le brossage ou galvanoplastie peut être effectué si nécessaire.
1. Granulation
Des poudres métalliques fines sont mélangées à des liants et des thermoplastiques dans des proportions précises. Ce mélange est réalisé dans un équipement spécialisé chauffé à une température spécifique afin de faire fondre les liants. Le plus souvent, un mélange mécanique est utilisé jusqu'à ce que les particules de poudre métallique soient uniformément enrobées. Une fois refroidi, le mélange forme des granulés (matière première) qui peuvent être injectés dans les cavités des moules.
2. Moulage par injection
La matière première granulée est introduite dans une presse à injecter, chauffée, puis injectée sous haute pression dans les cavités du moule pour produire une pièce brute. Ce procédé est très similaire au moulage par injection de plastique. Les moules peuvent comporter plusieurs cavités afin d'améliorer la productivité, et leurs dimensions doivent tenir compte du retrait qui se produit lors du frittage du composant métallique.
3. Déliantage par solvant
Le déliantage est le procédé qui consiste à éliminer le liant de la pièce crue pour obtenir une pièce « brune ». Ce procédé se déroule généralement en plusieurs étapes. La majeure partie du liant est éliminée avant le frittage, tandis que la portion restante assure la stabilité de la pièce lors de son entrée dans le four de frittage.
Le déliantage peut être réalisé par différentes méthodes, l'extraction par solvant étant la plus courante. Après déliantage, les pièces deviennent semi-perméables, ce qui permet aux liants résiduels de s'évaporer facilement lors du frittage.
4. Frittage thermique
Les pièces brunes déliantées sont placées dans un four à haute température et pression contrôlées. Elles sont chauffées lentement sous atmosphère protectrice afin d'éliminer les liants résiduels. Une fois les liants éliminés, la pièce est chauffée à très haute température, ce qui provoque la fusion des particules et la disparition des interstices. La pièce subit alors un retrait directionnel pour atteindre ses dimensions nominales et se transforme en un solide dense, donnant ainsi le produit final.
Au cours du processus de frittage, la pièce brune subit un retrait dimensionnel global d'environ 20 %.
Avantages du moulage par injection de métal
Le moulage par injection de métal combine les avantages de la métallurgie des poudres et du moulage par injection de plastique, s'affranchissant des limitations géométriques des procédés traditionnels de mise en forme des poudres métalliques. Il exploite la capacité du moulage par injection de plastique à produire en grande série des pièces de formes complexes avec une grande efficacité. En tant que technologie de fabrication de pièces de précision de haute qualité, proche de la forme finale, il offre des avantages incomparables à la métallurgie des poudres conventionnelle, à l'usinage CNC et à la fonderie à cire perdue.
Capacité à former des pièces très complexes
Comparé à d'autres procédés de mise en forme des métaux tels que l'emboutissage de tôles, la métallurgie des poudres, le forgeage et Usinage CNCLe moulage par injection de métal permet de fabriquer des pièces aux géométries 3D très complexes. En général, les structures réalisables par moulage par injection de plastique peuvent également être obtenues par moulage par injection de métal. Grâce à cette caractéristique, le moulage par injection de métal offre la possibilité de fusionner plusieurs pièces initialement fabriquées par d'autres procédés en un seul composant, simplifiant ainsi la conception du produit et réduisant les coûts d'assemblage.
Utilisation élevée des matériaux
Le moulage par injection de métal est un procédé de mise en forme quasi-nette où la pièce obtenue est très proche de sa forme finale. Le taux d'utilisation des matériaux est élevé, ce qui est particulièrement important pour réduire les pertes lors de la transformation des métaux précieux.
Microstructure uniforme
Le moulage par injection de métal est un procédé de mise en forme par fluide. La présence de liants assure une distribution uniforme de la poudre, éliminant les non-homogénéités microstructurales et permettant aux produits frittés d'atteindre 95 % à 99 % de leur densité théorique. Cette densité élevée améliore la résistance, la ténacité, la ductilité, la conductivité et les propriétés magnétiques.
À l'inverse, la métallurgie des poudres traditionnelle n'atteint qu'environ 85 % de la densité nominale en raison du frottement entre la paroi du moule et la poudre, ce qui entraîne une répartition inégale de la pression et un retrait non uniforme. Il en résulte une porosité élevée et de faibles performances mécaniques, nécessitant souvent des températures de frittage plus basses pour atténuer ces effets.
Haute efficacité et évolutivité
Le moulage par injection de métal utilise des machines à injecter pour former des pièces brutes, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production et convient à la production en grande série. La constance et la reproductibilité des produits moulés garantissent une production industrielle à grande échelle.
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Large gamme de matériaux
La gamme de matériaux métalliques adaptés au moulage par injection est très vaste. En principe, tout matériau en poudre frittable à haute température peut être transformé par moulage par injection, y compris les matériaux difficiles à usiner et ceux à point de fusion élevé.
Les matériaux utilisés comprennent l'acier faiblement allié, l'acier inoxydable, l'acier à outils, les alliages à base de nickel, les alliages de tungstène, les carbures, les alliages de titane, les matériaux magnétiques, les alliages Kovar et les céramiques fines. De plus, le moulage par injection de métal permet de formuler des alliages sur mesure pour créer des matériaux composites. Bien que les alliages non ferreux comme l'aluminium et le cuivre soient techniquement réalisables, leur traitement est généralement plus économique par d'autres procédés. Moulage sous pression ou usinage.
| Source | Notes | Application |
| Acier faiblement allié | 4605, 4140 | Divers composants structurels pour l'industrie automobile, la mécanique et d'autres secteurs |
| Acier Inoxydable | 316L, 17-4PH, 420, 440C | Dispositifs médicaux, pièces d'horlogerie |
| cimenté Carbide | B771 | Outils de coupe divers, horloges et montres |
| Céramique | ASTM C1161 | Électronique informatique, articles de première nécessité et horloges |
| Alliage de titane | Ti-6Al-4V | Composants structurels médicaux et militaires |
| Matériaux magnétiques | ASTM A753 | Divers composants magnétiques |
Haute précision
La précision dimensionnelle des pièces moulées par injection de métal est généralement de ±0.5 %, avec des niveaux de précision pouvant atteindre ±0.3 % ou plus. Pour les petites pièces, la précision du moulage par injection de métal est supérieure à celle des autres procédés de fonderie, ce qui permet souvent d'éviter un usinage secondaire. Comme pour tout procédé, des exigences de précision plus élevées entraînent une augmentation des coûts ; des tolérances modérées sont donc privilégiées lorsque les performances le permettent. Des tolérances inaccessibles par moulage initial peuvent être obtenues par des traitements de surface.
Comparaison avec d'autres processus
| Attribut | Moulage par injection de métal | La métallurgie des poudres | Casting d'investissement | Usinage CNC |
| Poids (g) | 0.01 – 1000 | 5g – 1kg | > 1 | > 1 |
| Tolérance (%) | <0.3 | 0.1 | 0.5 – 1.0 | <0.1 |
| Densité (%) | 98 – 99 | 85 – 92 | 95 – 99 | 100 |
| Force (%) | > 97 | 75 | > 95 | 100 |
| Rugosité de surface (μm) | 1 | 1 – 5 | 5 | 0.2 – 4 |
| Épaisseur de paroi (mm) | 0.2 – 10 | > 2 | > 2 | > 1 |
| Complexité | Haute | Low | Moyenne | Haute |
| Flexibilité de conception | Haute | Moyenne | Moyenne | Low |
| Capacité de production | Haute | Haute | Low | Low |
| Gamme de matériaux | Haute | Moyenne | Moyenne | Moyenne |
| Prix | Moyenne | Low | Moyenne | Haute |
Quelles pièces sont adaptées au moulage par injection de métal ?
Bien que le moulage par injection de métal soit considéré comme la cinquième génération de technologies de formage des métaux, toutes les pièces métalliques ne s'y prêtent pas ou ne sont pas économiquement viables. Seules les pièces métalliques de petite taille, de précision et produites en grande série, présentant des géométries 3D complexes et des exigences particulières, sont adaptées au moulage par injection de métal.
| Caractéristique | Minimum | Typique | Maximum |
| Poids (g) | 0.03 | 10-15 | 300 |
| Dimensions (mm) | 2.0 | 25 | 150 |
| Épaisseur de paroi (mm) | 0.025 | 1-3 | 15 |
| Taille du lot (annuel) | 1,000 | 100,000 | 100,000,000 |
Petit poids
Le moulage par injection de métal est particulièrement adapté aux petites pièces métalliques. Les pièces typiques pèsent entre 10 et 15 g. Celles de moins de 50 g offrent le meilleur rapport qualité-prix, avec une limite maximale de 300 g.
Petites dimensions
Ce procédé est idéal pour les petites dimensions. Les dimensions typiques sont d'environ 25 mm, avec un maximum de 150 mm. Le moulage par injection de métal est moins adapté aux grandes pièces car les tolérances sont généralement de 0.3 % à 0.5 % de la dimension. Plus la taille augmente, plus les tolérances absolues augmentent, ce qui peut entraîner un non-respect des exigences de conception ou nécessiter un usinage secondaire coûteux.
L'épaisseur typique des parois des pièces moulées par injection de métal est de 1.0 mm à 3.0 mm.
Géométrie complexe
Le moulage par injection de métal convient aux pièces présentant des contre-dépouilles, des filetages, des conicités, des trous transversaux, des trous borgnes, des bossages, des rainures de clavette, des nervures ou un moletage de surface. Pour les formes simples, l'emboutissage, le forgeage ou la métallurgie des poudres peuvent s'avérer plus économiques.
Volume de lot
Le moulage par injection de métal nécessitant des moules, des volumes de production élevés sont indispensables pour amortir les coûts d'outillage. En général, un volume annuel supérieur à 100 000 unités est requis pour que le procédé soit économiquement viable.
Applications du moulage par injection de métal
Le moulage par injection de métal est largement utilisé dans l'électronique grand public. pièces automobiles, dispositifs médicaux, outils électriques, équipements industriels et articles de première nécessité.
Electronique
Cela inclut les smartphones, les tablettes, les ordinateurs portables, les appareils photo numériques, les objets connectés et les drones. En 2010, les éléments du logo des téléphones Blackberry ont été fabriqués grâce au moulage par injection de métal, amorçant ainsi sa démocratisation dans le secteur de la téléphonie mobile. Apple a suivi la même année, développant et devenant le leader de l'utilisation du moulage par injection de métal pour les connecteurs d'alimentation, les tiroirs SIM, les charnières, les bagues d'objectif et les boutons. À mesure que les appareils s'affinent et que les composants gagnent en précision, les perspectives du moulage par injection de métal dans ce domaine s'accroissent.
Composants automobiles
Le moulage par injection de métal, procédé de formage sans découpe, permet de réaliser des économies de matériaux et de coûts. L'industrie automobile l'utilise fréquemment depuis les années 1990. Aujourd'hui, elle recourt au moulage par injection de métal pour la fabrication de pièces complexes, de pièces bimétalliques et d'ensembles de microcomposants, tels que des pièces de turbocompresseur, des bagues de réglage, des injecteurs, des ailettes, des composants de boîte de vitesses et des pièces de direction assistée.
Dispositifs médicaux
Le moulage par injection de métal permet de produire des composants de haute précision et aux excellentes propriétés mécaniques, répondant ainsi aux exigences des instruments chirurgicaux petits et complexes. Il est de plus en plus utilisé pour les manches d'instruments chirurgicaux, les ciseaux, les pinces, les pièces dentaires et les implants orthopédiques.
Outils électriques
Les accessoires pour outils électriques nécessitent un usinage complexe et une faible utilisation de matière, ce qui les rend dépendants du moulage par injection de métal. Parmi les produits typiques, on trouve des fraises de formes spéciales, des outils de coupe, des fixations, des micro-engrenages et des composants pour machines textiles ou à sertir.
Comment Getzshape peut vous aider
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