Metallpulverspritzguss
Das Metallpulverspritzgießen, auch MIM-Verfahren (von englisch Metal Injection Mo(u)lding, MIM) ist ein Urformverfahren zur Herstellung von metallischen Bauteilen komplexer Geometrie und hat seinen Ursprung in der Spritzgusstechnologie der Kunststoffe. Als MIM-Werkstoffe eignen sich prinzipiell alle Metalle bzw. Legierungen, die als Pulver zur Verfügung stehen und gesintert werden können, am häufigsten verbreitet sind jedoch rostfreie Stähle (1.4404/316L bzw. 1.4542/17-4 PH).
Eine Prozessvariante unter dem Oberbegriff Pulverspritzgießen ist das Keramikpulverspritzgießen, das prozesstechnisch ähnlich, jedoch auf die Fertigung von keramischen Bauteilen hin optimiert ist.
Der Markt für Metall-Spritzguss wurde 2016 auf 2,40 Mrd. USD geschätzt und wird bis 2022 voraussichtlich 3,77 Mrd. USD erreichen, mit einer durchschnittlichen Wachstumsrate von 7,83 %. Der größte Teil des Wachstums der letzten Jahre fand in Asien statt, getrieben in erster Linie durch Funktionsbauteile in Mobiltelefonen und vergleichbaren Elektro- und Elektronikkomponenten für den Consumerbereich.
Das Metallpulverspritzgießen (MIM) ist ein Metallverarbeitungsprozess, bei dem feines Metall- oder Keramikpulver mit einem organischen Binder vermischt und dann auf einer Spritzgussmaschine in Form gebracht wird. Anschließend wird der Binder wieder entfernt und das Bauteil bei hoher Temperatur in einem Ofen gesintert. Als Ergebnis erhält man ein rein metallisches Enderzeugnis, das die mechanischen Vorteile gesinterter Bauteile mit der großen Formgebungsvielfalt des Spritzgießens verbindet, (siehe Abbildung Brillenscharnier).
Bekannt ist das Pulverspritzgießen (Powder Injection Mo(u)lding, PIM) bereits seit den 1920er-Jahren, als erste keramische Gehäuse für Zündkerzen mit diesem Verfahren gefertigt wurden. Die erste Beschreibung einer Übertragbarkeit dieses Keramikpulverspritzgiessens (CIM für Ceramic Injection Mo(u)lding) auf Metalle wird vereinzelt P.O. Gribovsky zugeschrieben, patentiert wurde das MIM-Verfahren allerdings von R. E. Wiech Jr. im Jahr 1972.
Industriell konnte sich das Metallpulverspritzgießen ab etwa 1980 mit der Fertigung kleiner, hochpräziser metallischer Bauteile für Industriegüter und Handfeuerwaffen etablieren; heute ist MIM ein wirtschaftliches Fertigungsverfahren für Großserienprodukte, das aufgrund der derzeitigen Anlagenbeschränkungen vor allem bei der Herstellung kleinerer bis mittelgroßer Bauteile mit eher komplexer Geometrie und einem Gewicht von 0,1 bis etwa 150 Gramm zur Anwendung kommt.
Ein wesentlicher Vorteil des MIM-Verfahrens ist, dass Bauteile mit anspruchsvoller Geometrie, die in konventionellen Herstellungsprozessen nur mehrteilig zu fertigen sind, mit hoher geometrischer Präzision in einem einzigen Stück hergestellt werden können (siehe Abbildung rechts). Da der Spritzgussvorgang in Werkzeugen (Gussformen) mit mehreren Kavitäten (Hohlräumen/ Hohlformen) durchgeführt werden kann, ist das Verfahren kosteneffektiv für kleine, komplexe Bauteile in hohen Stückzahlen. Haupteinsatzgebiete sind der Automobil- und Maschinenbau, die Mess- und Steuerungstechnik, die Feinmechanik und der Waffenbau, die Schloss- und Beschlagindustrie, die Werkzeugtechnik sowie der Bereich der Haushaltsgeräte und Consumer-Elektronikgeräte (Smartphones u. ä.).
Für kleinere Stückzahlen und Prototypen ist das MIM-Verfahren aufgrund der hohen Initialkosten, die durch die Konstruktion und Fertigung des Spritzgusswerkzeugs verursacht werden, nur bedingt geeignet. Es werden derzeit Entwicklungsanstrengungen unternommen, metallische Bauteile vergleichbarer Präzision und Oberflächengüte mittels sinterbasierter additiver Fertigungsverfahren werkzeuglos herzustellen, um den Anwendungsbereich kleinerer Stückzahlen abzudecken und damit den Markt komplexer metallischer Präzisionsbauteile z. B. für spezifische Luft- und Raumfahrt- sowie Medizintechnikanwendungen zu erweitern.