Impressão 3D MIM: aplicações, materiais, escolha

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Índice

A moldagem por injeção de metal (MIM) é uma tecnologia avançada de impressão 3D usada para criar peças metálicas pequenas e complexas com alta precisão e repetibilidade. Este guia fornece uma visão geral abrangente de Impressão MIM 3d abrangendo como funciona, aplicações, considerações de projeto, equipamentos, materiais, pós-processamento, vantagens, limitações, custos e muito mais.

Visão geral da impressão 3D MIM

A MIM combina moldagem por injeção de plástico e metalurgia do pó para fornecer componentes metálicos de precisão com geometrias complexas inigualáveis por outros métodos. É ideal para a produção de pequenos volumes de peças metálicas complexas.

Como funciona a impressão 3D MIM

A impressão 3D MIM envolve as seguintes etapas principais:

Tabela 1. Etapas do processo de impressão 3D MIM

EtapaDescrição
1. Preparação da matéria-primaO pó metálico é misturado com um aglutinante para criar uma matéria-prima moldada
2. Moldagem por injeçãoA matéria-prima é injetada em um molde para formar uma peça "verde"
3. DesbobinamentoO aglutinante é removido da parte verde
4. SinterizaçãoA peça desbastada é sinterizada para fundir o pó metálico em um objeto sólido
5. Processamento secundárioAcabamento e pós-processamento adicionais, conforme necessário

A MIM oferece ampla liberdade de projeto para a produção de componentes metálicos totalmente densos e de granulação fina com propriedades de material comparáveis aos métodos de fabricação tradicionais.

Tabela 2. Vantagens da impressão 3D MIM

Benefícios
Geometrias complexas e recursos finos
Excelentes acabamentos de superfície
Ampla variedade de materiais
Grandes quantidades de produção
Pouco desperdício com altos rendimentos
Custo-benefício para peças pequenas

A MIM é adequada para peças pequenas e complexas com menos de 100 gramas e até 102 mm de tamanho. É uma escolha popular para aplicações de alto volume de impressão 3D em metal em vários setores.

Impressão MIM 3d
Impressão 3D MIM: aplicações, materiais, escolha 4

Aplicações da impressão 3D MIM

A impressão 3D MIM pode produzir componentes metálicos complexos com tolerâncias rígidas a partir de várias ligas.

Tabela 3. Setores e aplicações da impressão 3D MIM

SetorAplicativos comuns
AeroespacialLâminas de turbina, impulsores, engrenagens
AutomotivoComponentes do sistema de combustível, conectores, bicos injetores
Produtos de consumoJoias, relógios, arte decorativa em metal
Odontológico e médicoAparelhos ortodônticos, implantes, ferramentas cirúrgicas
Armas de fogoGatilhos, martelos, cofres, ejetores
IndustrialVálvulas, acoplamentos, engrenagens, peças de desgaste

A MIM é usada para fabricar peças metálicas pequenas e complexas em uma ampla gama de setores em que a alta precisão é fundamental.

Considerações sobre o design para impressão 3D MIM

O projeto adequado do componente é fundamental para maximizar os recursos da MIM e evitar defeitos. Veja abaixo as principais diretrizes de projeto.

Tabela 4. Diretrizes de design para peças impressas em 3D MIM

Aspecto do designRecomendações
Tamanho da peçaAté 100 g e 102 mm no máximo
Espessura da parede0,3 - 4 mm para evitar distorção
Acabamento da superfícieRaios e ângulos de inclinação para desmoldagem
Tensões residuaisEspessuras de parede uniformes
Geometria da peçaEvite seções longas e finas propensas a empenamento
MontagemProjete recursos de intertravamento para montagens de várias peças
TexturasAs tolerâncias e a geometria podem ser diferentes do modelo CAD

A consulta a especialistas em MIM durante a fase de projeto ajuda a definir a capacidade de fabricação e a evitar retrabalho. As ferramentas de simulação também podem otimizar os projetos para os recursos e as limitações da MIM.

Equipamento MIM para impressão 3D de peças metálicas

São necessários equipamentos especiais para o processo exclusivo de fabricação MIM. Abaixo estão as principais máquinas de impressão 3D MIM.

Tabela 5. Equipamento principal para impressão 3D MIM

EquipamentosFinalidade
MisturadoresMisture o pó e o aglutinante na matéria-prima
Máquinas de moldagem por injeçãoFormar peças verdes a partir de matéria-prima
Fornos de rebarbaçãoRemova o aglutinante das partes verdes
Fornos de sinterizaçãoPartículas de pó fusível em partes marrons
Centros de usinagem CNCProcessamento secundário de peças sinterizadas

A produção de MIM utiliza um fluxo de trabalho completo de equipamentos proprietários projetados especificamente para cada etapa do processo.

Outros equipamentos auxiliares de MIM incluem funis de matéria-prima, tanques de desbaste, ferramentas de lixamento/polimento, dispositivos de metrologia, peneiras e muito mais. Os sistemas automatizados com várias etapas integradas são comuns na produção de MIM de alto volume.

Tabela 6. Faixa de custo do equipamento MIM

Tipo de máquinaFaixa de custo
Fornos de bancada pequenos<$50.000
Fornos de sinterização industrial>$150.000
Centros de usinagem CNC$100.000 - $250.000
Linhas MIM automatizadas>$500.000

Os custos variam muito, dependendo dos volumes de produção, da produtividade e dos requisitos de automação. A parceria com fabricantes contratados oferece acesso sem grandes investimentos em equipamentos.

Materiais para impressão 3D MIM de metal

Um dos principais benefícios do MIM é a variedade de materiais que podem ser usados para atender aos requisitos das aplicações.

Tabela 7. Materiais comuns para impressão 3D MIM

MaterialPropriedades e aplicações
Aço inoxidávelResistência à corrosão para usos médicos
Ligas de titânioAlta resistência para peças aeroespaciais
Cobalto-cromoResistência ao desgaste para implantes dentários
Aços para ferramentasDureza para ferramentas industriais
Ligas de alumínioLeve e com alta condutividade térmica
Ligas de cobreCondutividade elétrica/térmica
Ligas magnéticasPropriedades de magnetismo suave

O MIM pode processar ligas de alto desempenho em componentes de densidade quase total após a sinterização. A escolha do material depende das necessidades mecânicas, da resistência à corrosão, da resistência ao desgaste e de outras especificações.

Pós-processamento de peças metálicas impressas em 3D MIM

Após o processo MIM, o pós-processamento adicional melhora as propriedades da peça final.

Tabela 8. Processamento secundário comum para peças MIM

ProcessoFinalidade
Tratamento térmicoModificar a microestrutura e as propriedades mecânicas
RevestimentoAumentar a resistência à corrosão ou ao desgaste
PassivaçãoRemover o ferro livre do aço inoxidável
UsinagemMelhorar a precisão dimensional e o acabamento da superfície
MarcaçãoIdentificação da peça
TestesConfirmar o desempenho mecânico

As peças MIM podem exigir várias outras etapas de acabamento, como furos, roscas, pintura, gravação a laser de marcas ou logotipos e muito mais.

Prós e contras da impressão 3D MIM

A MIM oferece vantagens exclusivas, mas também limitações a serem consideradas.

Tabela 9. Benefícios e limitações da MIM

VantagensDesvantagens
Geometrias complexasLimites de tamanho da peça
Acabamentos de superfícieRestrições de design
Ampla seleção de materiaisMenor resistência do material
Alta produçãoDesenvolvimento inicial do processo
Forma de rede próximaO processamento secundário geralmente é necessário
Baixo desperdícioAltos custos de equipamentos

A MIM concorre com outros processos de AM baseados em pó, como jato de aglutinante, DMLS e EBM, que têm suas próprias vantagens e desvantagens. É imprescindível adequar o método de fabricação aos requisitos da peça e aos volumes de produção.

Impressão MIM 3d
Pós de metal PREP

Como escolher um parceiro de impressão 3D MIM

A seleção de um fabricante qualificado de MIM é fundamental para a produção econômica de componentes de alta qualidade.

Tabela 10. Critérios para a seleção de um parceiro MIM

FatorDescrição
EspecializaçãoAnos de experiência, técnicos treinados
Sistemas de qualidadeCertificação ISO 9001 ou AS9100
Capacidade de produçãoProdutividade, retorno rápido
Teste de desempenhoValidar propriedades mecânicas
Recursos de designSimulação, consultoria de capacidade de fabricação
MateriaisVariedade de ofertas
Pós-processamentoUsinagem, acabamento, galvanização, etc.
Integração verticalControle sobre todo o fluxo de trabalho do processo

Visitar a fábrica de um fornecedor em potencial permite avaliar suas competências e capacidade em primeira mão. Avaliações de clientes anteriores e exemplos de peças também proporcionam confiança em suas capacidades.

Análise de custos para impressão 3D MIM

Os custos do MIM dependem de muitas variáveis, mas é econômico para a produção em massa.

Tabela 11. Fatores que afetam o custo da peça MIM

ParâmetroImpacto nos custos
Tamanho da peçaMenor é mais barato por peça
Quantidade de produçãoO custo/peça cai com volumes maiores
MaterialAs ligas mais exóticas são caras
TolerânciasTolerâncias mais rígidas aumentam o custo
Processamento secundárioAumenta o custo
Complexidade do projetoMais complexo é igual a mais caro

Uma solicitação de cotação detalhada fornece preços adaptados às necessidades específicas de design, material, qualidade e volume da aplicação. Os custos de produção do MIM são competitivos em comparação com a usinagem de componentes pequenos e complexos.

Tabela 12. Faixas indicativas de custo de peças

Volume da peçaFaixa de custo por peça
10-100$50 – $500
1,000$10 – $50
10,000$2 – $15
100,000+$0.50 – $5

As economias de escala tornam o MIM altamente econômico para grandes quantidades de produção em comparação com volumes menores com custos mais altos por peça.

Impressão MIM 3d
Impressão 3D MIM: aplicações, materiais, escolha 5

perguntas frequentes

Veja abaixo as respostas às perguntas mais comuns sobre a manufatura aditiva MIM.

Tabela 13. Perguntas frequentes sobre MIM

PerguntaResposta
Quais materiais podem ser processados pelo MIM?Todos os metais padrão - aço inoxidável, titânio, alumínio, aço para ferramentas, superligas, ligas magnéticas, etc.
Que tamanho de peças o MIM pode produzir?Até 100 g e 100 mm x 100 mm x 100 mm aproximadamente.
Quanto tempo dura o MIM?Normalmente, de 4 a 6 semanas, dependendo dos volumes.
Quais acabamentos podem ser obtidos?Acabamentos sinterizados de 2 a 4 mícrons de rugosidade.
Quais são as tolerâncias possíveis?Em torno de ±0,5% a ±0,1%, dependendo do processo.
Quantas peças o MIM pode produzir?Dezenas a milhões de peças em um lote de produção.
Como o MIM se compara à usinagem CNC?Custos mais baixos e menos desperdício de material para peças pequenas e complexas fabricadas em grandes volumes.
O MIM é um processo de manufatura aditiva?Sim, ela é considerada uma tecnologia AM de fusão de leito de pó.
Que pós-processamento é necessário?A maioria das peças precisa de tratamento térmico, acabamento de superfície, galvanização, etc.
A MIM pode produzir peças multimateriais?Não, somente materiais homogêneos, mas montagens podem ser impressas.

Isso abrange o básico - entre em contato com outras perguntas! A MIM oferece uma maneira econômica de fabricar componentes metálicos complexos.

Conclusão

A MIM é um processo versátil de impressão 3D para produzir peças metálicas pequenas e de alta precisão com excelentes propriedades mecânicas, geometrias complexas, recursos finos e acabamentos de superfície suaves. Ele se destaca na fabricação econômica de grandes quantidades de componentes complexos nos setores aeroespacial, automotivo, médico e em vários outros setores.

Com otimizações para a capacidade de fabricação, a MIM pode fornecer soluções de manufatura aditiva de metal que não são viáveis por outros métodos. Este guia aborda como o processo funciona, as principais aplicações, os princípios de design, os equipamentos envolvidos, os materiais usados, o pós-processamento, os prós e os contras, os critérios de avaliação do fornecedor, o preço indicativo e as perguntas frequentes sobre a impressão 3D MIM. Fale com um especialista em MIM para determinar se esse é o processo certo para suas necessidades específicas de peças e volumes de produção.

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