深圳粉末冶金成型常用指南,聚鑫MIM

影響MIM不銹鋼喂料的流動性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡稱MIM)是將金屬粉末和有機粘結劑經過混煉、造粒成混合料顆粒，再通過注射成形的方式制造成特定性狀制品的方法，特別適合于小型、復雜精密金屬零件的制造，也得到了相當所的精密零件制造商的認可和使用，在當今金屬制品成形領域占有重要地位。在小批量生產的情況下，粉末冶金齒輪的生產成本可能比傳統制造方法的成本高。

    該工藝需要事先準備好注射料，也就是常說的MIM喂料，且對喂料的流變性有著比較苛刻的要求。使用性能：基于MIM產品的高密度，如果使用性能有需求，則MIM的高密度形成的性能有競爭力。MIM當前常用的兩種喂料是鐵基喂料（如Fe2Ni，Fe8Ni）和不銹鋼喂料（如SUS316L，SUS630即17-4，SUS304等），隨著近年來不銹鋼制品的需求越來越大，關于不銹鋼喂料的研究也迅速升溫。

    喂料的特性，直接影響后續所有工藝的參數以及成品的品質特性。今天小編就已常用的不銹鋼為例為例，和大家一起來看一下生產工藝參數中影響不銹鋼喂料流動性的三大因素。

一， 粉末裝載量。粉末裝載量是一個比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分數。粉末裝載量越大，說明喂料中粉末所占的比重越大，此時喂料的粘度增大，流變性相應變差;當粉末裝載量變小時，粘結劑所占比重相應變大，此時喂料的粘度減小，流動性轉好。3、清楚前處理時遺留的殘污，提高工件的光潔度，能使工件露出均勻一致的金屬本色，使工件外表更美觀，好看。但也不是粘結劑越多越好。還要考慮粘結劑的量對后續其他工藝的影響。

二， 剪切速率。在注射成形過程中，不銹鋼喂料在高的剪切速率下而流動，所以喂料受到高剪切力發熱，發熱之后粘度降低，因此流動性強;反之當喂料在低的剪切速率下流動，受到較低的剪切力發熱較慢，粘度不會明顯降低，流動性也相應比較差。

三， 溫度。綜上，金屬喂料生產的重要環節是混煉，而影響混煉效果的主要因素是粘結劑和金屬粉末的配比和加入順序，因此進行科學配比和加料對金屬喂料的生產至關重要。這里主要指的是注射成形時的注射溫度以及進入模腔后的溫度。溫度的影響對于不銹鋼喂料來講是個加熱的過程，溫度通過對著喂料粘度的影響而影響其流動性，當溫度升高時，喂料的粘度會變小，相應的流動性變強，當溫度降低時，喂料粘度變大，流動性也會比較差

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級摩托車電機冷卻

荷蘭超級摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動自行車的電機生產新的冷卻外殼。十、PVD真空鍍物理氣相沉積（PVD）：是一種工業制造上的工藝，是主要利用物理過程來沉積薄膜的技術。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產品開發中，他們意識到使用傳統技術生產的電機冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設計第二輛電動摩托車后不久就開始合作。

傳統制造的局限性

超級摩托車團隊的技術經理Feitse Krekt 評論說：“首輛超級摩托車的冷卻外殼由多個部件組成，這些部件使用傳統的生產方法，如車削和銑削，很難生產。對于這些生產方法，需要大量的材料，因此最終產品變得非常沉重。那么，如何判定一個產品是否應該選擇MIM工藝，也就是選擇MIM工藝的準則是什么呢。而且另外一個問題是，由于車削過程，壁厚需要高于常規，我們無法盡可能高效地冷卻電動機。所以，電機的功率低于預期，有時需要放慢速度以使電動機不會過熱。”

因此，超級摩托車決定聯系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購買了metalFab1 金屬3D打印機的公司，自2016年以來已生產超過35,000種產品。

△用于生產冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機

K3D的首席技術官Jaap Bulsink解釋說，使用K3D生產的部件使他們能夠享受傳統制造技術無法提供的設計自由，“由于采用薄壁設計，內部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實現極佳設計自由度。重要的是，該部件的設計重量最輕。七、噴砂噴砂:是采用壓縮空氣為動力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發生變化，獲得一定的清潔度和不同的粗糙度的一種工藝。該部件打印非常準確，無需任何后處理即可直接使用。”

這不是3D打印初次用于制造電動摩托車。總部位于德國的BigRep已經制造出功能齊全的3D打印電動摩托車，但該自行車僅用于設計目的，目前還不是一種可行的商業產品。一般要按照粘結劑和粉末密度算出其質量比，按照這個比例來進行配比。另外，寶馬今年早些時候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運動自行車。

電動超級摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進行測試并最終曝光。

金屬粉末充模模擬機理和顆粒模擬的使用

對于多相填充流，人們發現可以因為剪切力作用，或是顆粒間的相互作用而形成些獨特的結構。特性使得這一現象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個組分是否都起著獨立的作用來影響整個流體的流動性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發現許多有趣的現象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結構。2、基材廣泛：Al,Ti,Zn,Zr,Mg,Nb,及其合金等。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結劑中的低熔點組分。在這樣的地方很容易產生裂紋。這種結構明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實際上的MIM喂料熔體是非均質的流體，其運動方式和均質流體存在著差異。

　　在粉末-粘結劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結劑之間存在著強烈的相互作用，因此顆粒附近粘結劑的運動將受到一定的限制。在這個模型里，將具有不規則形狀的粉末簡化為規則球形的顆粒，每個顆粒周圍包覆著一層粘結劑，這層粘結劑隨顆粒一起運動，即將其看成一個復合單元。MIM的發展進程20世紀70年代，美國學者Wiech首先開發出一種對金屬粉末進行注射成形的粉末冶金工藝。粘結劑的厚度假定是常數，以此確保系統質量的恒定。盡管這些復合單元的周圍還有自由粘結劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運動，還是可將復合單元看成是不受外圍粘結劑介質的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨特性，可以描述粉末的運動情況，因此這個模型在簡單計算每個粉末顆粒的實際運動情況方面較為精準，但對于實際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計算的發散。很難將其應用到諸如粉末等微細粉末的分析。所以必須對已有的顆粒模型進行一定的修正。步驟如下﹕1使表面粗糙度達到一定要求﹐可通過表面磨光﹐拋光等工藝方法來實現。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結論由于MIM喂料在模腔中的流動可以看成是固-液兩相流動，所以采用傳統的連續介質模型來進行流動模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發生粉末和粘結劑分離的現象。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對流動過程的影響。粘結劑的主要作用是充當粘結金屬粉末顆粒流動的載體以及成型后保持工件形狀。從而可以監視流動過程中粉末的運動、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現象。為了簡化三維問題中的計算，還在基于修正顆粒流體動力學的基礎上對該模型進行了修正。