金属射出成形(MIM)

粉末とバインダーのペーストを成形し、バインダーを除去して、焼結する

金属射出成形(MIM)は、金属をプラスチックのように成形する工程です。金属粉末とプラスチックバインダーを混ぜた熱いペーストを型に射出し、そのあとプラスチックを取り除いて金属を焼結すると、部品は収縮してほぼ中実の金属になります。時計ケースの部品、スマートフォンのヒンジ部品、手術器具のジョーなど、小さく複雑な部品をつくれます。

写真：INDO-MIM, CC BY-SA 4.0, 提供： Wikimedia Commons

金属射出成形・混合、成形、脱脂、焼結上の段はペレットを成形した「グリーン」部品に変え、下の段はその部品がバインダーを失って収縮していく様子を追います。丸数字はステップに対応しています。

しくみ

フィードストックを混ぜる。 非常に細かい金属粉末(粒の大きさは通常 20 µm 未満で、髪の毛の太さの 4 分の 1)を、ろうとプラスチックのバインダーと混練します。ペーストは体積で約 60% が金属で、刻んでペレットにします。
成形する。 射出成形機(回転するスクリューを備えた加熱バレル)がバインダーを溶かし、ペーストを鋼の金型に押し込みます。出てくるのは「グリーン」部品で、形は完全ですが、最終部品より 15〜20% 大きくなっています。ランナー(供給路)は粉砕して再利用します。
脱脂する。 バインダーの大部分を、通常はまず溶剤や化学蒸気で、続いて穏やかな熱で取り除きます。残るのは壊れやすい「ブラウン」部品で、微量のバインダーで保持された金属粒子が、開いた気孔だらけの状態になっています。
焼結する。 部品を真空炉または水素炉に入れ、鋼ならおよそ 1,200〜1,400 °C、融点に近い(ただし下回る)温度で加熱します。粒子が融合して気孔が閉じ、部品は均一に約 15〜20% 収縮して、密度 95〜99% になります。その後に、熱処理、めっき、軽い機械加工が続くこともあります。

主なポイント

材料: 主にステンレス鋼(17-4PH や 316L など)と低合金鋼。チタン、タングステン合金、コバルトクロム、磁性合金も
代表的な部品: 時計ケースの部品、ヒンジ部品、小型の歯車、歯科矯正用ブラケット、手術器具のジョー、錠前や銃器の部品
部品サイズ: 小型:通常は 0.1〜100 g で、指先から手のひらの大きさ
精度: 寸法の約 ±0.3〜0.5%(10 mm の形状で約 ±0.05 mm)
表面仕上げ: なめらかで、おおよそ Ra 0.8〜1.6 µm(Ra は表面の凹凸の平均の高さ)。型を写し取る
向いているロット数: 大量生産:通常は年間 1 万個から数百万個
金型・設備コスト: 型はおよそ 1 万〜10 万ドル。成形機、脱脂装置、焼結炉は、それぞれ数十万ドル
速度: 成形:10〜60 秒ごとに 1 ショットで、1 ショットで複数個取ることも多い。脱脂と焼結は数時間かかり、1 バッチで 1 日以上かかることも多い