مقایسه قالب گیری تزریقی فلز با دایکست

آخرین به روزرسانی

مقدمه

قالب گیری تزریقی فلز (MIM) و ریخته گری دایکست (Die Casting) دو فرآیند صنعتی رایج هستند که برای تولید مقرون به صرفه ق طعات فلزی کوچک و در تیراژ بالا استفاده می شوند. در قالب گیری تزریقی فلز (MIM) تکنیک های تزریق پلاستیک برای تولید قطعات فلزی از طریق تزریق پودر فلز آغشته به یک بایندر (binder) ترموپلاستیک به کار می رود. با این حال، بر خلاف قطعات قالب گیری شده از جنس پلاستیک، قطعات قالب گیری تزریقی فلز نیازمند فرایند های بیشتری هستند تا بایندر حذف و پودر فشرده و پخته شود (عملیات سینترینگ).

در فرآیند ریخته گری دایکست، فلز مذاب به داخل قالب تزریق، و سپس خنک می شود. برخی عملیات تمیزکاری پس از فرایند اصلی هم لازم است تا خطوط جدایش (flash) ایجاد شده در فرایند ریخته گری برداشته شوند. ریخته گری دایکست تقریباً به طور انحصاری برای فلزات غیر آهنی استفاده می شود.

MIM می تواند قطعات کوچک با ویژگی های هندسی پیچیده را تولید کند، در حالی که دایکست برای قطعات بزرگتر مناسب تر است. طراحان محصول با استفاده از MIM به طیف وسیع تری از مواد نسبت به دایکست دسترسی دارند. ریخته گری دایکست به طور کلی ارزان تر از قالب گیری تزریقی فلز است زیرا مراحل تولید کمتری دارد و مواد اولیه آن ارزان تر است. ساخت قطعه خام در فرآیند MIM بسیار سریع است، اما فرآیندهای حذف بایندر و متراکم سازی بعدی تا حدی این سرعت را کاهش می دهند.

با در نظر گرفتن فرآیند قالب گیری و پس پردازش، زمان چرخه تولید یک قطعه تمام شده با ریخته گری دایکست معمولاً سریعتر از زمان چرخه قالب گیری تزریقی فلز است. در این مقاله فرآیندها، هزینه ها، مواد و کاربردهای قالب گیری تزریقی فلز و ریخته گری دایکست مورد مقایسه قرار می گیرند.

تعریف قالب گیری تزریقی فلز و مقایسه آن با دایکست

قالب گیری تزریقی فلز اولین بار در دهه 1970 توسط ریموند ولچ(Raymond Welch) ابداع شد. این تکنیک برای ساخت قطعات فلزی با فرآیندی شبیه به قالب گیری تزریقی پلاستیک استفاده می شود. تفاوت کلیدی در این است که در فرآیند قالب گیری تزریقی فلز، ماده اولیه شامل پودر فلزی است که با یک بایندر ترموپلاستیک پوشانده شده است (بایندر بعداً از قطعه خارج می شود)، در حالی که در تزریق پلاستیک معمولی، افزودنی هایی مانند الیاف شیشه یا سرامیک به طور دائمی در قطعه مخلوط می شوند تا خواص مکانیکی آن را بهبود بخشند.

مخلوط دانه بندی شده فلز و بایندر به مخزن تزریق وارد می شود. مخزن دستگاه حاوی یک پیچ با شفت است که قطر آن از ورودی مواد تا خروجی به سمت قالب افزایش می یابد. با چرخش پیچ، ماده اولیه پودری به فضاهایی با حجم فزاینده کوچکتر در مسیر پیچ رانده می شود.

تراکم ایجاد شده توسط پیچ، مکانیسم اصلی مسئول گرم کردن و ذوب کردن بایندر پلاستیکی است که پودر فلز را حمل می کند. مخزن دستگاه نیز گرم می شود تا انرژی اضافی را فراهم کند. هنگامی که به اندازه کافی مواد ذوب شد، پیچ عقب می‌رود و سپس پودر فلزی معلق در بایندر پلاستیکی را به یک قالب دوتکه -که در امتداد تزریق بسته می شود- فشار می‌دهد. سپس بایندر پلاستیکی پودر فلز را به داخل قالب منتقل می‌کند. پس از خنک شدن، قطعه سبز(green part) از قالب خارج می شود.

برای دستیابی به خواص نهایی خود، بایندر باید از ساختار قطعه خارج شود. فضاهای خالی ایجاد شده توسط بایندر باید با عمل سینترینگ پر شوند تا قطعه ای کاملاً متراکم و با قابلیت‌های ساختاری مناسب تولید شود. سپس این قطعه سبز در معرض حلال‌ها یا کاتالیزورها قرار می‌گیرد و دمای بالا به حذف بایندر ترموپلاستیک که به آن مرحله قطعه قهوه‌ای (brown part) گفته می‌شود، کمک می‌کند. در نهایت، قطعه به کوره فرستاده می‌شود تا ذرات پودر فلز به هم جوش بخورند (سینتر شوند).

در طی این فرآیند، قطعه می تواند از 15 تا 30 درصد (بسته به ماده مورد استفاده) کوچک شود. پس از سینترینگ، قطعه خواص مکانیکی نهایی خود را خواهد داشت. شکل 1 زیر نمونه هایی از قطعات ساخته شده با قالب گیری تزریقی فلز را نشان می دهد:

مزایای قالب گیری تزریقی فلز نسبت به ریخته گری کدام است؟

در این بخش مقاله به بررسی مزایای قالب‌گیری تزریق فلز (MIM) در مقایسه با ریخته‌گری دایکست می‌پردازیم.

1. قابلیت تولید قطعات پیچیده: قالب گیری تزریقی فلز می‌تواند طیف گسترده‌ای از قطعات کوچک و پیچیده با جزئیات دقیق را با استفاده از تکنیک‌های مشابه قالب‌گیری تزریق پلاستیک استاندارد تولید کند. در حالی که ریخته‌گری دایکست در تولید قطعات با جزئیات ظریف با مشکل مواجه است.
2. دمای فرآیند: فرآیند قالب گیری تزریقی فلز فقط در مرحله سینترینگ از دمای بالا استفاده می‌کند. برخلاف ریخته‌گری دایکست، نیازی به مواد اولیه مذاب فلز نیست. این امر به این معنی است که می‌توان از موادی با دمای ذوب بسیار بالا بدون چالش‌های پردازش و دست‌کاری این فلزات در حالت مذاب استفاده کرد.

معایب قالب گیری تزریقی فلز نسبت به دایکست کدام است؟

در لیست زیر برخی از معایب قالب گیری تزریقی فلز در مقایسه با ریخته گری آورده شده است:

1. هزینه تجهیزات: به دلیل نیاز به ابزار پیچیده و مقاوم به سایش، تجهیزات قالب گیری تزریقی فلز می تواند گران باشد. قالب های MIM به دلیل ماهیت ساینده مواد اولیه پودر فلز، عمر کوتاه تری نسبت به قالب های دایکست دارند.
2. مراحل پس از قالب گیری: قالب گیری تزریقی فلز برای تولید قطعه نهایی به چندین مرحله پس از قالب گیری نیاز دارد. این امر در مقایسه با قطعات تولید شده توسط دایکست، به هزینه قطعات نهایی اضافه می کند.
3. جمع شدگی: قطعات قالب گیری شده با MIM در طول فرآیند متراکم سازی به طور قابل توجهی کوچک می شوند. طراحی قالب نیاز به درک پیشرفته ای از خواص بایندر، فلز و تعامل بین این دو در طول پس پردازش دارد تا قطعات نهایی با ابعاد مورد نیاز تولید شوند.

تعریف دایکست و مقایسه آن با قالب گیری تزریقی فلز

ریخته گری دایکست فرآیندی برای ساخت قطعات فلزی با تزریق فلز مذاب به داخل قالب است. این فرآیند برای اولین بار در سال 1838 اختراع و در سال 1849 ثبت اختراع شد. اولین مواد مورد استفاده در ریخته گری سرب و قلع بودند. در سال 1914، این فرآیند توسعه بیشتری یافت تا بتواند استفاده از آلومینیوم و روی را نیز شامل شود. امروزه منیزیم، مس و سیلیکون نیز استفاده می شود. ریخته گری به مواد غیر آهنی محدود شده است. ریخته گری فلزات آهنی امکان پذیر است، اما کاربرد رایجی ندارد.

فلز مذاب آماده ریخته گری، می‌تواند تحت فشار بالا تزریق شود یا به سادگی با تغذیه ثقلی وارد قالب گردد. پس از خنک شدن قطعه، می‌توان آن را از قالب خارج کرد. این کار، بسته به اندازه قطعه و ضخامت دیواره های آن، می تواند تا یک دقیقه طول بکشد. مواد اضافی ناشی از راهگاه‌ها (gate)، سیستم راهگاهی (runner)، و خطوط جدایش (flash) باید با استفاده از یک فرآیند دستی یا یک ابزار برش خارج شوند.

یک دستگاه ریخته گری دایکست در شکل زیر نشان داده شده است:

مزایای ریخته گری دایکست نسبت به قالب گیری تزریقی فلز کدام است؟

در لیست زیر برخی از مزایای ریخته گری دایکست در مقایسه با قالب گیری تزریقی فلز آورده شده است:

1. قالب های دایکست بیشتر از قالب های MIM دوام می آورند. در برخی موارد، یک قالب دایکست می تواند برای ساخت یک میلیون قطعه استفاده شود، در حالی که یک قالب MIM فقط می تواند چند صد هزار قطعه تولید کند.
2. قطعات ریخته گری دایکست مانند قطعات MIM دچار جمع شدگی نمی‌شوند. این بدان معناست که قالب‌ها را می‌توان راحت‌تر به اندازه مورد نیاز تولید کرد.

معایب ریخته گری دایکست در مقایسه با قالب گیری تزریقی فلز کدام است؟

در لیست زیر تعدادی از معایب ذکر شده اند:

1. محدودیت در نوع مواد: دایکست معمولاً فقط با فلزات غیر آهنی مانند آلومینیوم، مس، روی، منیزیم و سرب قابل انجام است. در حالی که MIM می تواند با طیف وسیع تری از مواد از جمله فلزات آهنی مانند فولاد و آلیاژهای تیتانیوم و نیکل کار کند.
2. حفره ها و تخلخل: فلز مذاب تزریق شده با فشار بالا و دما، اغلب گازهایی را در داخل مواد به دام می اندازد. این امر منجر به ایجاد حفره ها و تخلخل می شود که در نهایت استحکام مکانیکی قطعه را کاهش می دهد. قطعات MIM به دلیل وجود فضای کافی برای فرار هوا در طول فرآیند سینتر، تخلخل significantly) کمتری دارند.
3. کنترل ضخامت دیواره: دایکست در کنترل ضخامت دیواره قطعات، به خصوص در مقایسه با MIM که می تواند دیواره های نازک تر و دقیق تری را تولید کند، محدودیت دارد.
4. زمان تولید: اگرچه فرآیند قالب گیری در MIM سریعتر از ریخته گری دایکست است، اما مراحل پس پردازش اضافی در MIM زمان تولید نهایی را افزایش می دهد.

جدول مقایسه تزریق قالب فلزی و ریخته گری دایکست

ویژگی	تزریق قالب فلزی (MIM)	ریخته گری دایکست
قابلیت پردازش فلزات آهنی	بله	نه
ضخامت دیواره	0.040 تا 0.120 اینچ	0.04 تا 0.2 اینچ
تولید کم هزینه	نه	بله
فرآیند چند مرحله ای	بله	نه
مواد	هر ماده ای که قابل تبدیل به پودر باشد، از جمله موارد خاص: تنگستن، فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار، کاربیدهای سیمانی، سوپر آلیاژهای نیکل، فلزات گرانبها، آلومینیوم، روی، مس، منیزیم، سرب، قلع	آلومینیوم، مس، روی، منیزیم، سرب

MIM برای کاربردهایی در مهندسی که نیاز به مواد با کارایی بالا و قطعات کوچک و پیچیده دارند، مناسب تر است. دایکست برای فلزات با کارایی کمتر و قطعات با اندازه بزرگتر مورد استفاده قرار می گیرد.

مقایسه هزینه سرمایه گذاری دایکست با تزریق قالب فلزی

با توجه به هزینه ساخت قالب برای MIM و دایکست، هر دو فناوری برای توجیه مالی نیازمند حجم تولید نسبتا بالایی هستند. با این حال، در حجم تولید متوسط تا زیاد، هر دو روش قطعاتی با هزینه تمام شده بسیار پایین تولید می کنند. دایکست تا 30 درصد ارزان تر از MIM است، زیرا برخلاف MIM به مراحل متعدد پس از قالب گیری نیازی ندارد.

مقایسه سرعت تزریق فلزی با دایکست

اگر فقط سرعت فرآیند قالب گیری را در نظر بگیریم، قالب گیری تزریق فلز (MIM) سریعتر از دایکست است. با این حال، MIM به مراحل پردازش پس از قالب گیری نیاز دارد که در مقایسه با قطعات دایکست، زمان کلی تولید یک قطعه نهایی را طولانی تر می کند.

مقایسه حجم تولید دایکست با تزریق فلزی

قالب گیری تزریق فلز و دایکست هر دو تکنولوژی های تولید با حجم بالا هستند. به راحتی می توان صدها هزار یا حتی میلیون‌ها قطعه با یک قالب در هر دو فناوری تولید کرد. MIM به طور ایده آل برای تولید قطعات پیچیده در حجم بالا مناسب است، در حالی که دایکست برای تولید قطعات بزرگتر و ساده تر در تیراژ بالا ترجیح داده می شود.

مقایسه مواد تزریق فلزی با دایکست

دایکست معمولا فقط از فلزات غیرآهنی مانند آلومینیوم، مس، روی، منیزیم و سرب استفاده می کند. در مقابل، MIM می تواند از فلزات آهنی و همچنین مواد پیشرفته تری مانند تیتانیوم و آلیاژهای نیکل بهره ببرد. فولاد ضد زنگ یکی از رایج ترین مواد در MIM است. MIM اساساً می تواند برای هر فلزی که قابلیت تبدیل به پودر را داشته باشد، استفاده شود.

جایگزین های مشترک قالب گیری تزریق فلز (MIM) و ریخته گری دایکست

1. ذوب گزینشی لیزری (SLM): SLM یک تکنیک چاپ سه بعدی برای تولید قطعات فلزی پیچیده است. این روش از لیزر برای ذوب گزینشی پودر فلز به شکل مقطع قطعه استفاده می کند. پس از تکمیل هر لایه، لایه دیگری از پودر فلز روی آن قرار داده می شود و این فرآیند تا تکمیل شدن قطعه ادامه می یابد. SLM می تواند مانند MIM جزئیات ظریف را تولید کند.
2. Binder Jetting: این روش چاپ سه بعدی می تواند پودر فلز را بدون نیاز به قالب، با اتصال پودر روی صفحه چاپ به یکدیگر، به هم متصل کند. Binder Jetting برای تولید انبوه مناسب نیست.

نکات کلیدی:

• SLM و Binder Jetting جایگزین های مشترک MIM و دایکست هستند.
• SLM می تواند مانند MIM جزئیات ظریف را تولید کند.
• Binder Jetting برای تولید انبوه مناسب نیست.

شباهت های قالب گیری تزریق فلز (MIM) و ریخته گری دایکست

1. تولید قطعات فلزی: هر دو روش MIM و دایکست می‌توانند قطعات فلزی را تولید کنند. با این حال، دایکست به گروه محدودتری از مواد مناسب محدود می‌شود.
2. تزریق با فشار بالا: در هر دو روش MIM و دایکست، مواد با فشار بالا به داخل قالب تزریق می‌شوند. این امر امکان تولید قطعات با جزئیات ظریف و دیواره‌های نازک را فراهم می‌کند.

مقایسه های دیگر MIM

MIM در مقابل Binder Jetting

Binder Jetting یک تکنیک چاپ سه بعدی است که می‌تواند پودر فلز را بدون نیاز به قالب، با اتصال پودر روی صفحه چاپ به یکدیگر، به هم متصل کند.

• شباهت: قطعات نهایی می‌توانند با فرآیندی مشابه MIM پس از پردازش و متراکم شوند تا قطعات فلزی با استحکام کامل تولید شوند.
• تفاوت: Binder Jetting برای تولید انبوه کم مناسب تر است.

دایکست در مقابل ریخته گری ماسه ای

ریخته گری ماسه ای یکی از قدیمی ترین تکنیک های پردازش فلز است و هنوز هم در بسیاری از صنایع مختلف استفاده می شود.یک نوع ماسه مخصوص به نام “ماسه ریخته گری” به دور هسته ای که همان شکل قطعه نهایی را دارد، فشرده و قالب گیری می شود. سپس سوراخ های پرکننده و تهویه در قالب ماسه ای برش داده می شوند. فلز داخل قالب ریخته می شود و پس از خنک شدن، قالب شکسته می شود تا قطعه فلزی و هرگونه راهگاه، تغذیه کننده و خطوط جدایش آشکار شود.

تفاوت: نیاز به برش و پرداخت دارد.

سوالات متداول

خلاصه

انتخاب بین MIM و ریخته گری دایکست به عوامل مختلفی مانند نوع ماده، هندسه قطعه، الزامات کیفیت و حجم تولید بستگی دارد. MIM برای قطعات کوچک و پیچیده با مواد خاص و الزامات کیفیت بالا مناسب تر است. ریخته گری برای قطعات بزرگتر و ساده تر با مواد رایج و هزینه کمتر مناسب تر است.این مقاله برای اولین بار در سایت بازارگاه الکترونیکی ساخت و تولید ایران به نشانی Digimfg.ir منتشر شده است.

منابع

xometry.com/resources/injection-molding/metal-injection-molding-vs-die-casting

سلب مسئولیت

محتوای ارائه شده در این صفحه وب صرفا جنبه اطلاع رسانی دارد. DIGIMFG هیچگونه ضمانت یا مسئولیتی، چه به صورت صریح یا ضمنی، در خصوص صحت، کامل بودن یا اعتبار اطلاعات بر عهده نمی گیرد. پارامترهای عملکرد، تلرانس های هندسی، ویژگی‌های طراحی خاص، کیفیت یا نوع مواد، یا فرایندها را نباید نمایانگر آنچه توسط تأمین کنندگان یا تولیدکنندگان شخص ثالث در شبکه DIGIMFG ارائه می‌شود، دانست. خریدارانی که به دنبال دریافت قیمت هستند موظفند تا الزامات فنی ویژه موردنیاز برای قطعات را تعریف کنند. برای کسب اطلاعات بیشتر، لطفاً به شرایط و ضوابط ما مراجعه کنید.