MIM e HOT EMBOSSING Flashcards
O que é?
MIM consiste num processo de manufatura que combina a versatilidade da injeção de polímeros com a produção de peças metálicas de maior resistência.
* Bastante utilizado para a produção de ligas de alumínio
A utilização de pós irá limitar a replicação de determinadas características do componente pretendido, sendo necessário escolher o pó com as características mais adequadas para este mesmo processo.
Etapas
Powder binding
Mixing
Granulate
Injection
Debinding
Sintering
Tecnologia usada para o que?
*peças pequenas com menos de 50 gramas
* com geometrias consideravelmente complexas
* grandes séries (mais de 10000 peças)
* quando se pretende utilizar materiais de elevada dureza, resistência…
* em componentes que foram especialmente desenhados para esta tecnologia
Pos
De que forma devem ser? O que é que isso confere?
Que tamanho devem ter?
Como deve ser PSD?
Normalmente prefere-se a utilização de pós esféricos (atomização por gás) para esta tecnologia, pois trará benefícios a nível da viscosidade da mistura, maior sinterabilidade e capacidade de reprodução de detalhes
As partículas apresentam, no máximo 32 micrómetros de diâmetro, pois pós maiores não irão permitir a reprodução de certos detalhes e também irão prejudicar a qualidade superficial.
Pretende-se a utilização de um pó com uma distribuição granulométrica larga.
Ligantes
O que controlam?
Que tipos existem?
O que não deve haver?
- O ligante irá controlar a quantidade máxima utilizada na mistura (controlo da reologia dos pós), resistência em verde e capacidade de reter a forma após conformação
- Os ligantes podem ser classificados como termoplásticos, termoendurecíveis, géis e “freeze-form”
- Os termoendurecíveis apresentam maior resistência em verde, mas são mais difíceis de remover e são prejudiciais para o ambiente
- Os géis apresentam elevada relevância atualmente
- Não deve haver interação/difusão de elementos entre o ligante e o metal.
! Os ligantes devem ser reutilizáveis e ecológicos.
Como deve ser operação de debinding
Ser o mais rápida possível sem que ocorra distorção da peça
* O ligante deverá ser totalmente removido/degradado de forma a evitar contaminações por parte do carbono
* Após a remoção do ligante dever-se-á ter cuidado com o manuseamento das peças
- Produção do feedstock/Mistura
Condiç~loes
- Homogeneidade dos pós com o ligante
- Sem variações durante o armazenamento;
- Baixa viscosidade e boas propriedades de conformação;
- Sem separação de fases durante a moldação;
- Reciclagem
- Não ficar agarrado ao molde.
Moldação por injeção
Semelhante a que? Que modificações ocorreram? O que permitem?
Parametros criticos
Muito semelhante à injeção de polímeros;
Tem de haver algumas modificações para a injeção de pós metálicos.
* A seleção da geometria do parafuso (screw) também é importante.
* Comparativamente a um parafuso termoplástico é utilizada uma taxa de compressão mais baixa e um parafuso num material com maior resistência ao desgaste.
* Utilização de uma zona de compressão mais extensa. Estas modificações permitem um menor aquecimento por cisalhamento e, portanto, reduzem o desgaste.
Os parâmetros mais críticos são:
*Temperaturas de fusão e de moldação
* Velocidade de injeção
* Método e ponto de transição
* Pressão, tempo e tempo de arrefecimento.
- Temperatura de moldação 90-200ºC (depende do ligante)
- Pressão de injeção: 15-150MPa (depende da reologia da mistura)
- Tempo de variação entre 5s a 1 minuto. Depende do tempo para ganhar resistência a verde para remover a pressão.
Remoção do ligante - Debinding
Adegradação deverá ser lenta para permitir que a forma se mantenha. Remoção do ligante pode ser feito por vários métodos:
- Degradação térmica: degradação por efeito da temperatura por 24h ou mais, garantindo a integridade da peça.
- Decomposição catalítica: a remoção é feita em ambiente ácido (ácido nítrico ou oxálico) a 120ºC. O ácido atua como um catalisador, e os produtos da reação são queimados a 600ºC. As peças terão após a porosidade esperada após 3 horas.
- Extração do solvente/Imersão: dissolução do ligante num líquido a baixa temperatura, formando uma porosidade interconectada.
sinterização
O que é?
O que é ideal?
O que ocorre na etapa?
Em que atmosfera é feita? Temperatura usada?
O que devem sofrer peças e o que isso exige?
Tratamento térmico de um pó ou de um compacto a uma temperatura a baixo da temperatura de fusão do constituinte principal, com o propósito de aumentar a resistência em verde através da adesão das outras partículas.
O ideal será obter um máximo de 100% de densificação, sem porosidades.
Durante esta etapa há contração do componente entre 10-20% mas depende da quantidade de ligante e características dos pós.
É feita em atmosferas controladas ou em vácuo , a temperaturas inferiores à temperatura de fusão. O tipo de sinterização dependerá da composição e quantidade de materiais a serem sinterizados.
As peças devem sofrer uma contração significativa durante a sinterização, o que pode exigir temperaturas de sinterização mais altas e/ou ciclos de sinterização mais longos
Antes da sinterização um componente terá cerca de 40-60% em volume ou 6-8 % em massa de ligante orgânico.
Materiais
Ferro; Níquel
Aços inoxidáveis
17-4PH – melhor combinação de resistência mecânica e resistência ao desgaste
316 – excelente resistência à corrosão
420 – elevada dureza
Superligas
A-286 – excelente resistência à corrosão, resistência a elevadas temperaturas
Hastelloy X – boa resistência à oxidação, resistência a elevadas temperaturas
Inconel 625 – excelente resistência à corrosão e a altas temperaturas
Aços de baixa liga
2200 – semelhante a PM FN-0200, boas propriedades magnéticas e de rigidez (toughness)
4605 – altamente tratável termicamente, aço de elevada resistência, até 52 HRC
4140 – tratável termicamente, aço de elevada resistência, até 60 HRC
Ligas de expansão controlada (controlled expansion alloys)
Fe-Ni – a composição pode ser ajustada ao requisito de expansão térmica (ex: Invar, Alloy 42, …)
F15 – Kovar®, para “hermetic glass-metal seals”
Ligas de alta densidade (high density alloys)
W-based – a eficiência de sinterização a alta temperatura possibilita a criação de ligas tungsténio-níquel-ferro; densidades sinterizadas até 18 g/cc
Soft magnetic alloys
Fe-Si – até 9 %Si existe alta resistividade e boa resposta magnética
Fe-Co – excelentes propriedades de saturação magnética
Outros
Titânio (puro)
Ti6Al4V
Aplicações
Eletrónicas
Embalagem; Telemóveis; Conectores
Computadores
Discos rígidos; Periféricos do computador;
Artigos desportivos
Mira de arma; Chuteiras de golfe; Tacos de golfe
Médicas
Instrumentos cirúrgicos; Braquetes ortodônticos; Material ortoscópico; Endoscópio
Consumidor
Esqueleto (case) de relógios; Componentes da pulseiras de relógios; Ferramentas elétricas
Automóveis
Turbocompressores; Injetores de combustível
Aeroespaciais
Cinto de segurança aeroespacial; Queimador (burner) de foguete
Microfabricação
Microinjeção
Hot Embossing
Microfabricação → Comporta o fabrico de componentes que possuam pelo menos dimensões na escala micrométrica, que são difíceis de produzir e manusear. Base para o desenvolvimento da nanotecnologia
Microinjeção → Produção em massa de microcomponentes metálicos e cerâmicos a um baixo custo.
Hot Embossing (VER PWP) → indicado para séries médias ou pequenas. Reduzir custos das ferramentas (comparando com MIM). Um defeito criado por um mau procedimento numa etapa vai ser intensificado nas etapas seguintes, nunca sendo atenuado.
O que envolve processo de replicação?
Processo de replicação que envolve uma etapa de impressão a quente onde são efetuados microdetalhes com elevadas razões de aspeto. Influenciam o molde, o material, máquina e matriz.
HOT Embossing o que envolve
Hot embossing de componentes polimericos
O que permite
Fatores que influenciam
Hot embossing de componentes metálicos
Objetivo
Microgravação a quente (hot embossing)
Processo de replicação que envolve uma etapa de impressão a quente onde são efetuados micro-detalhes.
Microgravação a quente de componentes poliméricos
Permite a produção de micro-detalhes delicados com elevadas proporções (aspect ratio).
Fatores que influenciam a microgravação: molde, material, máquina e matriz.
Processos de microgravação a quente: microgravação por rolos, microgravação por ultrassons, microgravação por radiação UV, microgravação assistida por gás.
→ Produção de microcomponentes poliméricos, devido ao baixo custo dos moldes, à boa reprodutibilidade e ao facto de ser um processo simples (Materiais: PP, PC, o PMMA, o PS e o ABS).
Microgravação a Quente de Componente Metálicos
Objetivo: Analisar a viabilidade de conversão de um processo de microfabricação de polímeros numa tecnologia dedicada à produção de componentes metálicos. Definir as condições de processamento adequadas para a produção de microcomponentes metálicos utilizando a microgravação de misturas de pós de aço inoxidável com ligantes poliméricos comerciais.
