Leçon 9.2FaçonnerChapitre 9 · Poudres et céramiques

Moulage par injection de métal (MIM)

Mouler une pâte de poudre et de liant, retirer le liant, fritter

Le moulage par injection de métal (MIM) façonne le métal comme du plastique : une pâte chaude de poudre métallique et de liant plastique est injectée dans un moule. Puis le plastique est retiré et le métal est fritté, donc la pièce rétrécit en un métal presque plein. Il fabrique de minuscules pièces complexes comme des éléments de boîtiers de montres, des charnières de téléphones et des mâchoires d'outils chirurgicaux.

Photo : INDO-MIM, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Moulage par injection de métal · mélanger, mouler, délianter, fritterLa rangée du haut transforme des granulés en pièce « verte » moulée ; la rangée du bas suit cette pièce pendant qu'elle perd son liant et rétrécit. Les numéros cerclés correspondent aux étapes.

Comment ça marche

Mélanger la matière première. De la poudre métallique très fine, aux grains typiquement de moins de 20 µm (un quart de la largeur d'un cheveu), est malaxée avec un liant de cire et de plastique. La pâte contient environ 60 % de métal en volume et est découpée en granulés.
Mouler. Une presse à injecter (un fourreau chauffé avec une vis qui tourne) fait fondre le liant et pousse la pâte dans un moule en acier. Il en sort une pièce « verte » : la forme complète, mais 15–20 % plus grosse que la pièce finale. Les canaux (canaux d'alimentation) sont broyés et réutilisés.
Déliantage. La plus grande partie du liant est retirée, généralement avec un solvant ou une vapeur chimique d'abord, puis avec une chaleur douce. Il reste une pièce « brune » fragile : des grains de métal tenus par une trace de liant, pleine de pores ouverts.
Fritter. La pièce va dans un four sous vide ou sous hydrogène à environ 1 200–1 400 °C pour les aciers, près de (mais en dessous de) la fusion. Les grains se soudent et les pores se ferment, donc la pièce rétrécit régulièrement d'environ 15–20 % et finit dense à 95–99 %. Un traitement thermique, un dépôt ou un léger usinage peuvent suivre.

Chiffres clés

Matériaux: Surtout des aciers inoxydables (comme le 17-4PH et le 316L) et des aciers faiblement alliés ; aussi le titane, les alliages de tungstène, le cobalt-chrome et les alliages magnétiques
Pièces typiques: Éléments de boîtiers de montres, charnières, petits engrenages, brackets orthodontiques, mâchoires d'outils chirurgicaux, pièces de serrures et d'armes à feu
Taille de pièce: Petites : typiquement 0,1–100 g, de la taille d'un bout de doigt à celle d'une paume
Précision: Environ ±0,3–0,5 % d'une cote (environ ±0,05 mm sur un détail de 10 mm)
État de surface: Lisse, environ Ra 0,8–1,6 µm (Ra est la hauteur moyenne des aspérités de surface), copiant le moule
Taille de série adaptée: Gros volume : typiquement de 10 000 à des millions de pièces par an
Coût d'outillage et de machine: Moule d'environ 10 000–100 000 $ ; les presses à injecter, les unités de déliantage et les fours coûtent chacun des centaines de milliers de dollars
Vitesse: Moulage : une injection toutes les 10–60 s, souvent plusieurs pièces par injection ; le déliantage et le frittage prennent de nombreuses heures, souvent un jour ou plus par lot

Atouts et limites

Atouts

Formes 3D complexes, parois minces et détails fins qui seraient coûteux à usiner
Densité de 95–99 %, donc la résistance approche celle du métal massif
Traite des alliages difficiles à usiner, comme l'acier inoxydable et le titane
Peu de déchets : les canaux sont recyclés en nouvelle matière première

Limites

Uniquement de petites pièces : les sections épaisses se délientent lentement et peuvent se fissurer ou s'affaisser
Le retrait de 15–20 % doit être prédit exactement à la conception du moule
Moule coûteux et long cycle de déliantage et de frittage ; demande de gros volumes
Les poudres fines coûtent plus cher que les poudres ordinaires de pressage et frittage

Où on l'utilise

Électronique grand publicCharnières de téléphones, tiroirs de cartes SIM, pièces d'appareils photo et de connecteurs
Médical et dentaireBrackets orthodontiques, mâchoires et poignées d'outils chirurgicaux
Montres et bijouxBoîtiers de montres, boucles, maillons de bracelets
AutomobileAubes de turbocompresseurs, pièces d'injecteurs, pièces de serrures et de capteurs
Armes à feuDétentes, chiens, sûretés et autres petites pièces de mécanismes
Outils et serruresPièces de serrures, petits engrenages, pièces d'outils électroportatifs

Comment le reconnaître

De petites pièces d'acier complexes aux surfaces lisses et satinées et aux détails nets, comme une pièce en plastique moulé faite de métal.
De minuscules marques rondes d'éjecteurs et une petite cicatrice de point d'injection là où la pâte est entrée dans le moule.
Une faible ligne de joint là où les deux moitiés du moule se sont rejointes.
Une épaisseur de paroi régulière, des nervures et des poches évidées, typiques des pièces moulées plutôt qu'usinées.

À comparer avec

Métallurgie des poudres9.1presse de la poudre dans une matrice ; moins cher pour les formes simples et plates, mais laisse plus de pores.Moulage par injection2.1la même idée de machine et de moule, mais le plastique reste dans la pièce.Fonderie à cire perdue1.2fait aussi des pièces en acier complexes, généralement plus grosses, en coulant du métal fondu dans une coque en céramique.

À regarder

AMT Pte. Ltd. · Les quatre étapes et les sortes de pièces que fait le MIM

GKN Powder Metallurgy · Comment le liant s'en va et de combien la pièce rétrécit

MPP · De vraies presses, fours et pièces finies

Zimmer Group · La chaîne complète d'un fabricant, de la cellule de moulage à la pièce

Voir de vraies photos

Wikipédia : Moulage par injection de métal — aperçu des étapes, des matériaux et des usages
Recherche de photos sur Wikimedia Commons

À retenir

Le MIM, c'est du moulage par injection de plastique avec une pâte chargée de métal, suivi du retrait du liant et du frittage.
La pièce rétrécit de 15–20 % dans le four, donc le moule est fait plus grand d'exactement autant.
C'est le procédé de référence pour les petites pièces métalliques complexes en grand nombre.