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3D打印技术和MIM技术分析对比

  • 发布日期:2017-11-07 浏览次数348
  金属粉末冶金注射成形(linjectionMolding,简称“MIM”)是传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形技术相结合而形成的一门新型近净型成形技术。MIM技术在制备几何形状复杂、组织结构均匀、性能优异的近净形零部件方面具有独特的优势。MIM技术在加工体积很小、形状复杂而对材料要求很高的各中异型部件方面有优势,也适合于制作高精度微创医疗器械关键部件。也可以制作不同材料的精密结构件,如陶瓷、铝合金、不锈钢、钛及镍钛合金等。
 
  金属粉末注射成型适合大批量制造,产品制造成本低;3D打印适合运用于航天,医疗等个性化定制小批量制造需求,但如果把3D打印技术和金属粉末注射成型工艺结合起来,会有更好的经济效益。
 
  MIM释义及前景
 
  先解释一下MIM,即“金属粉末注射成型”,是第五代金属成型技术,在手机、汽车和医疗等领域迅猛的发展。所谓MIM,简单理解,就是把金属零件设计的像塑胶注射零件一样;利用塑胶注射快速复制的优点,将金属零件注射成形,然后经过热制程作成金属实体零件。再形象的讲就是,金属粉末在塑料的帮助下注塑成型,故又称为“聚砂成金”!
 
  其具有精度高、组织均匀、性能优异、批量化程度高等特点,为国际粉末冶金领域发展迅速、富有前景的一种新型“近净成形”技术,在国际上被誉为“当今最热门的零部件成形技术”。
 
  目前在亚洲市场主要用于电子产品行业,在北美市场主要用于医疗器械等领域,在欧洲则更加偏重于汽车与消费品行业。我国MINI市场从2000年开始逐步增长,2011年突破10亿大关,到2016年市场规模已近60亿,在全球市场占比为25%,预计到2018年将突破70亿元。
 
  简而言之,MIM就是一种最新的技术,精度高,经济性和成长性好。不能算是智能制造,但却是实实在在的精密制造。中国现在不缺智能制造,缺精密制造啊。制造火箭、高铁、芯片,却造不出圆珠笔芯和高级钻头。请记住,制造业是一个国家的脊梁!但是由于MIM工艺过程中粉末/粘结剂塑化体经历多次物理和化学状态变化,在不同阶段易引入不同缺陷,所以MIM技术目前在对缺陷敏感、力学性能要求高的材料体系及产品中应用得较少。
 
  但在市场上所需求的各种零部件产品尺寸范围一般都大于10mm,最小厚度多在10~30mm之间。若MIM产品能达到30mm尺寸范围,则MIM应用领域将得到极大的拓宽,尤其是在枪械、汽车、精密机械等领域,像冲锋枪、机枪、火炮、汽车发动机、机械臂零件等。金属注射成形技术的±0.3%~0.5%尺寸精度,虽然优于精密铸造产品,但落后于粉末冶金压制/烧结的机加工。如果能将尺寸提高到±0.1%~0.05%,达到传统粉末冶金压制/烧结工艺的尺寸精度,并接近机加工产品的水平,同样将大大拓展MIM技术的应用领域和生命力。
 
  技术应用领域
 
  1.计算机及其辅助设施:如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件;
 
  2.工具:如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具,手工具等;
 
  3.家用器具:如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零部件;
 
  4.医疗机械用零件:如牙矫形架、剪刀、镊子;
 
  5.军用零件:导弹尾翼、抢支零件、弹头、药型罩、引信用零件;
 
  6.电器用零件:电子封装,微型马达、电子零件、传感器件;
 
  7.机械用零件:如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等;
 
  8.汽车船舶用零件:如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等。
 
  国内现有MIM生产企业100多家,据不完全统计:主要分布在长三角(32)、珠三角(38)、山东(16)、京津地区(12)台湾(45)。
 
  MIM生产企业按照综合实力分为大型、中型、小型、微型四类:
 
  大型企业有上海富驰、常州精研、杭州安费诺、安泰科技、昶联金属等,生产规模大,年产值高(数亿元),技术实力强,管理团队优秀;
 
  中型企业有北京嘉润、英捷高科、上海磐宇、深圳圣飞斯、东莞晟铭、深圳星迪等,具有较强生产能力和新产品研发能力,分析检测手段齐全;
 
  小型企业,数量较多,一般拥有两条或多条生产线,新产品开发能力一般,年产值200万以上;
 
  微型企业,两台注塑机+一台烧结炉,新产品开发能力很差,年产值200万元以下。
 
  科研单位
 
  国内MIM科研单位有大批技术人员从事科研工作,每年承担大量的科研题目,每年都有大量的科研成果。但是这些科研题目多数是追踪跟随国际MIM发展前沿,与国内现实生产实际相距较远,近几年很少有MIM科研成果转化为生产应用。
 
  主要科研单位有:安泰科技、北京科技大学、中南大学、广州有色院、北京有色院、南方科技大学等。
 
  制品生产能力与国外相比差距不大,虽然我们的原材料不够稳定,装备比较落后,但是我们生产的产品无论是外观还是性能与美欧相比差距不大。因此国际知名大公司纷纷转向中国采购MIM零件。品牌手机苹果对中国MIM零件生产予以认同,现在苹果公司MIM零件大部分是由中国制造的。另外中国MIM行业不断地大胆创新,国外MIM单重产品一般局限于50克以内,国内产品单重可以做到2700克。这个突破是国外同行望尘莫及的。
 
  可以预见,随着人们对金属注射成形的进一步研究、开发和应用,MIM技术将在不远的将来真正发展为一种可以与机加工、精密铸造、压制/烧结工艺平行发展的一种具有吸引力的近净成形制备技术,会被越来越多的零件设计人员所了解和接受,满足国家通讯、机械、汽车、兵器、医疗、航空航天等行业领域对高性能异形关键精密零部件的需求,将我国的零部件加工制造业提高到一个崭新的水平。
 
  3D打印不足我们这里只提比较典型的三个缺陷吧。
 
  1,生产模式的效率问题。
 
  单体的一体化成型的效率,肯定是比不上“行业内分级零件加工+组装”的效率的,因为后者是在调动整个制造业体系的产能,半成品加工和分级加工可以把工序效率做到几乎最高,相当于整个业界就形成了一个流水线。而单体的一体化成型,工作流程是完全固定的,无法形成此类产业效应,且目前的3D打印机体无法承受长时间,高强度的负荷。且单体机做生产,维护费用和难度是远远高出传统工艺把产业链平摊开的做法。
 
  2,材料问题。
 
  首先是材料应用导致的工艺问题。
 
  因为需要预先制成专用的金属粉末;打印出的金属制品致密度低,最高能达到铸造件致密度的98%,某些情况下低于锻造件的力学性能,当然在某些构件,比如大型钛合金构件上(比如比较热的航空行业),是完全能够满足力学性能的,但总体状况,值得商榷;某些打印制品表面质量差,精度2-10μm,需要打磨抛光机加工等后处理;3D打印具有复杂曲面的零部件时,支撑材料难以去除。
 
  其次,材料的适用范围的问题。
 
  目前,工业领域能用的就适用的金属材料只有10余种,铝硅合金、钛合金、镍合金和不锈钢比较成熟。新一点的东西的话,有3DXNanoESD碳纳米管灯丝,3DXNano是基于CNT(碳纳米管)的技术,可用于打印一些关键零件如在汽车,电子/电气,工业,以及需要静电放电(ESD)保护和清洁高水平市场。该材料是由100%的纯ABS(丙烯腈丁二烯苯乙烯)树脂和多壁碳纳米管的制造。应用性如何,还不知。。
 
  而生物材料领域,比如,RegenHu开发的INK仅支持明胶、胶原与合成高分子混合物等几种材料;成品状况的话,打印出的结构生物相容性较差,孔隙率小且孔洞分布不均匀,细胞附着生长繁殖率低。也就是,只能用作模仿,还不能实现特定功能性。
 
  家用领域也没好哪儿去,主流的有石膏、光敏树脂、ABS塑料等,Object公司号称可以14种基本材料的基础上混搭出107种材料,拭目以待吧。
 
  3,成本问题。
 
  当然这个成本主要是刚才提到的如果长期,高负荷运转的单体机的维护成本,导致规模化生产的成本过高。
 
  还有就是材料——零件类型的深度定制化的模式,实际上不是一个成本低,而且市场广阔的生产模式。
 
关键词: 3D打印 3D打印技术 MIM技术

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