Lição 9.2MoldarCapítulo 9 · Pós e cerâmicas

Moldagem por injeção de metal (MIM)

Molde uma pasta de pó e ligante, remova o ligante, sinterize

A moldagem por injeção de metal (MIM) dá forma ao metal como se fosse plástico: uma pasta quente de pó de metal e ligante plástico é injetada em um molde. Depois o plástico é removido e o metal é sinterizado, então a peça encolhe até virar metal quase maciço. Faz peças pequenas e complexas, como peças de caixas de relógio, dobradiças de celular e mandíbulas de instrumentos cirúrgicos.

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

Moldagem por injeção de metal · misturar, moldar, extrair o ligante, sinterizarA linha de cima transforma péletes em uma peça “verde” moldada; a de baixo acompanha essa peça enquanto perde o ligante e encolhe. Os números circulados correspondem às etapas.

Como funciona

Misture a matéria-prima. Pó de metal muito fino, com grãos normalmente abaixo de 20 µm (um quarto da largura de um fio de cabelo), é amassado com um ligante de cera e plástico. A pasta tem cerca de 60% de metal em volume e é picada em péletes.
Molde. Uma máquina de moldagem por injeção (um cilindro aquecido com uma rosca giratória) derrete o ligante e empurra a pasta para dentro de um molde de aço. Sai uma peça “verde”: forma completa, mas 15–20% maior que a peça final. Os canais (canais de alimentação) são triturados e reutilizados.
Extraia o ligante. A maior parte do ligante é removida, normalmente primeiro com um solvente ou um vapor químico, depois com calor suave. O que sobra é uma peça “marrom” frágil: grãos de metal presos por um resto de ligante, cheia de poros abertos.
Sinterize. A peça vai para um forno a vácuo ou de hidrogênio a aproximadamente 1.200–1.400 °C para aços, perto (mas abaixo) da fusão. Os grãos se fundem e os poros se fecham, então a peça encolhe de forma uniforme cerca de 15–20% e termina com 95–99% de densidade. Podem seguir tratamento térmico, galvanoplastia ou usinagem leve.

Dados-chave

Materiais: Principalmente aços inoxidáveis (como 17-4PH e 316L) e aços de baixa liga; também titânio, ligas de tungstênio, cobalto-cromo e ligas magnéticas
Peças típicas: Peças de caixas de relógio, dobradiças, pequenas engrenagens, braquetes ortodônticos, mandíbulas de instrumentos cirúrgicos, peças de fechaduras e de armas de fogo
Tamanho da peça: Pequenas: normalmente 0,1–100 g, do tamanho de uma ponta de dedo a uma palma
Precisão: Cerca de ±0,3–0,5% de uma dimensão (cerca de ±0,05 mm em um detalhe de 10 mm)
Acabamento superficial: Lisa, aproximadamente Ra 0,8–1,6 µm (Ra é a altura média das saliências da superfície), copiando o molde
Tamanho de lote adequado: Alto volume: normalmente de 10.000 a milhões de peças por ano
Custo de ferramental e máquinas: Molde de aproximadamente US$ 10.000–100.000; máquinas de moldagem, unidades de extração de ligante e fornos custam centenas de milhares de dólares cada
Velocidade: Moldagem: uma injeção a cada 10–60 s, muitas vezes com várias peças por injeção; a extração do ligante e a sinterização levam muitas horas, muitas vezes um dia ou mais por lote

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Formas 3D complexas, paredes finas e detalhes finos que seriam caros de usinar
95–99% de densidade, então a resistência chega perto da do metal maciço
Trata ligas difíceis de usinar, como aço inoxidável e titânio
Pouco desperdício: os canais são reciclados em nova matéria-prima

Limites

Só peças pequenas: seções grossas perdem o ligante devagar e podem trincar ou ceder
A contração de 15–20% precisa ser prevista com exatidão quando o molde é projetado
Molde caro e ciclo longo de extração de ligante e sinterização; precisa de grandes volumes
Pós finos custam mais que os pós comuns de prensagem e sinterização

Onde é usado

Eletrônicos de consumoPeças de dobradiças de celular, bandejas de cartão SIM, peças de câmeras e conectores
Medicina e odontologiaBraquetes ortodônticos, mandíbulas e cabos de instrumentos cirúrgicos
Relógios e joiasCaixas de relógio, fivelas, elos de pulseira
AutomotivoPalhetas de turbocompressor, peças de injetores de combustível, peças de fechaduras e sensores
Armas de fogoGatilhos, cães, travas e outras pequenas peças de mecanismo
Ferramentas e fechadurasPeças de fechaduras, pequenas engrenagens, peças de ferramentas elétricas

Como reconhecê-lo

Pequenas peças de aço intrincadas, com superfícies lisas e acetinadas e detalhes nítidos, como uma peça de plástico moldada feita de metal.
Minúsculas marcas redondas de pinos extratores e uma pequena cicatriz do ponto de injeção onde a pasta entrou no molde.
Uma leve linha de partição onde as duas metades do molde se encontraram.
Espessura de parede uniforme, nervuras e bolsões vazados, típicos de peças moldadas e não usinadas.

Compare com

Metalurgia do pó9.1prensa o pó em uma matriz; mais barata para formas simples e planas, mas deixa mais poros.Moldagem por injeção2.1a mesma máquina e a mesma ideia de molde, mas o plástico fica na peça.Fundição de precisão1.2também faz peças de aço complexas, normalmente maiores, vazando metal fundido em uma casca de cerâmica.

Assista

AMT Pte. Ltd. · As quatro etapas e os tipos de peças que a MIM faz

GKN Powder Metallurgy · Como o ligante sai e quanto a peça encolhe

MPP · Máquinas de moldagem, fornos e peças prontas reais

Zimmer Group · A cadeia completa de processo de um fabricante, da célula de moldagem à peça

Veja fotos reais

Wikipedia: Moldagem por injeção de metal — visão geral das etapas, materiais e usos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A MIM é a moldagem por injeção de plástico com uma pasta carregada de metal, seguida de extração do ligante e sinterização.
A peça encolhe 15–20% no forno, então o molde é feito maior exatamente nessa medida.
É o processo preferido para pequenas peças metálicas complexas em grande quantidade.