Lección 9.2Dar formaCapítulo 9 · Polvos y cerámicas

Moldeo por inyección de metal (MIM)

Moldea una pasta de polvo y aglutinante, elimina el aglutinante y sinteriza

El moldeo por inyección de metal (MIM) da forma al metal como si fuera plástico: una pasta caliente de polvo metálico y aglutinante plástico se inyecta en un molde. Después se elimina el plástico y el metal se sinteriza, así que la pieza se contrae hasta un metal casi macizo. Hace piezas diminutas y complejas como piezas de cajas de reloj, bisagras de móviles y mordazas de instrumental quirúrgico.

Foto: INDO-MIM, CC BY-SA 4.0, vía Wikimedia Commons

Moldeo por inyección de metal · mezclar, moldear, desligar, sinterizarLa fila de arriba convierte los gránulos en una pieza «en verde» moldeada; la de abajo sigue esa pieza mientras pierde su aglutinante y se contrae. Los números en círculo corresponden a los pasos.

Cómo funciona

Mezcla la materia prima. Polvo metálico muy fino, con granos normalmente de menos de 20 µm (un cuarto del ancho de un cabello), se amasa con un aglutinante de cera y plástico. La pasta es aproximadamente un 60 % de metal en volumen y se corta en gránulos.
Moldea. Una máquina de moldeo por inyección (un cilindro calentado con un tornillo giratorio) funde el aglutinante y empuja la pasta a un molde de acero. Sale una pieza «en verde»: con toda la forma, pero un 15–20 % mayor que la pieza final. Los canales de colada (canales de alimentación) se trituran y se reutilizan.
Desliga. La mayor parte del aglutinante se elimina, normalmente primero con un disolvente o un vapor químico, y luego con calor suave. Lo que queda es una pieza «marrón» frágil: granos de metal unidos por una traza de aglutinante, llena de poros abiertos.
Sinteriza. La pieza entra en un horno de vacío o de hidrógeno a aproximadamente 1.200–1.400 °C para aceros, cerca de (pero por debajo de) la fusión. Los granos se funden y los poros se cierran, así que la pieza se contrae de forma uniforme alrededor de un 15–20 % y acaba con una densidad del 95–99 %. Pueden seguir un tratamiento térmico, un recubrimiento o un mecanizado ligero.

Datos clave

Materiales: Sobre todo aceros inoxidables (como 17-4PH y 316L) y aceros de baja aleación; también titanio, aleaciones de tungsteno, cobalto-cromo y aleaciones magnéticas
Piezas típicas: Piezas de cajas de reloj, bisagras, engranajes pequeños, brackets de ortodoncia, mordazas de instrumental quirúrgico, piezas de cerraduras y armas de fuego
Tamaño de pieza: Pequeña: normalmente 0,1–100 g, desde el tamaño de la punta de un dedo hasta el de la palma de la mano
Precisión: Unos ±0,3–0,5 % de una dimensión (unos ±0,05 mm en un detalle de 10 mm)
Acabado superficial: Lisa, aproximadamente Ra 0,8–1,6 µm (Ra es la altura media de las irregularidades de la superficie), copiando el molde
Tamaño de lote adecuado: Alto volumen: normalmente de 10.000 a millones de piezas al año
Coste de utillaje y máquina: Molde aproximadamente 10.000–100.000 dólares; las máquinas de moldeo, las unidades de desligado y los hornos cuestan cada una cientos de miles de dólares
Velocidad: Moldeo: una inyección cada 10–60 s, a menudo con varias piezas por inyección; el desligado y el sinterizado llevan muchas horas, a menudo un día o más por lote

Ventajas y límites

Ventajas

Formas 3D complejas, paredes finas y detalles finos que serían caros de mecanizar
Densidad del 95–99 %, así que la resistencia se acerca a la del metal macizo
Trabaja aleaciones difíciles de mecanizar, como el acero inoxidable y el titanio
Poco desperdicio: los canales de colada se reciclan en nueva materia prima

Límites

Solo piezas pequeñas: las secciones gruesas se desligan despacio y pueden agrietarse o hundirse
La contracción del 15–20 % debe predecirse con exactitud al diseñar el molde
Molde caro y ciclo largo de desligado y sinterizado; necesita grandes volúmenes
Los polvos finos cuestan más que los polvos ordinarios de prensado y sinterizado

Dónde se usa

Electrónica de consumoBisagras de móviles, bandejas de tarjeta SIM, piezas de cámaras y conectores
Medicina y odontologíaBrackets de ortodoncia, mordazas y mangos de instrumental quirúrgico
Relojes y joyeríaCajas de reloj, hebillas, eslabones de pulsera
AutomociónÁlabes de turbocompresor, piezas de inyectores de combustible, piezas de cerraduras y sensores
Armas de fuegoGatillos, martillos, seguros y otras pequeñas piezas del mecanismo
Herramientas y cerradurasPiezas de cerraduras, engranajes pequeños, piezas de herramientas eléctricas

Cómo reconocerlo

Piezas de acero pequeñas e intrincadas con superficies lisas y satinadas y detalles nítidos, como una pieza de plástico moldeado hecha de metal.
Diminutas marcas redondas de los expulsores y una pequeña cicatriz de entrada donde la pasta entró en el molde.
Una débil línea de partición donde se encontraron las dos mitades del molde.
Espesor de pared uniforme, nervios y cajeados vaciados, típicos de piezas moldeadas y no mecanizadas.

Compáralo con

Pulvimetalurgia9.1prensa polvo en una matriz; más barato para formas simples y planas, pero deja más poros.Moldeo por inyección2.1la misma idea de máquina y molde, pero el plástico se queda en la pieza.Fundición a la cera perdida1.2también hace piezas de acero complejas, normalmente más grandes, vertiendo metal fundido en una cáscara cerámica.

Míralo

AMT Pte. Ltd. · Los cuatro pasos y los tipos de piezas que hace el MIM

GKN Powder Metallurgy · Cómo sale el aglutinante y cuánto se contrae la pieza

MPP · Máquinas de moldeo, hornos y piezas terminadas reales

Zimmer Group · La cadena completa de proceso de un fabricante, de la célula de moldeo a la pieza

Ver fotos reales

Wikipedia: Moldeo por inyección de metal — visión general de los pasos, materiales y usos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

El MIM es moldeo por inyección de plástico con una pasta cargada de metal, seguido de eliminación del aglutinante y sinterizado.
La pieza se contrae un 15–20 % en el horno, así que el molde se hace más grande exactamente en esa medida.
Es el proceso preferido para piezas metálicas pequeñas y complejas en grandes cantidades.