मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम) एक उन्नत, लगभग सटीक आकार वाली विनिर्माण तकनीक है जो पाउडर धातु विज्ञान और प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग को गहराई से एकीकृत करती है। जटिल धातु के पुर्जों का बड़े पैमाने पर और उच्च परिशुद्धता के साथ उत्पादन करने की क्षमता के कारण, यह आधुनिक विनिर्माण में पारंपरिक कटिंग, कास्टिंग और फोर्जिंग प्रक्रियाओं को प्रतिस्थापित करने का एक महत्वपूर्ण विकल्प बन गया है।
यह तकनीक धातु के पाउडर को बाइंडर के साथ मिलाकर फीड तैयार करती है और फिर इंजेक्शन मोल्डिंग, डीग्लेजिंग, सिंटरिंग और अन्य प्रक्रियाओं के माध्यम से उच्च आयामी सटीकता और जटिल संरचनाओं वाले धातु उत्पादों को सीधे आकार देती है।
मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग क्या है?
मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग (एमआईएम) का मूल सिद्धांत यह है कि अतिसूक्ष्म धातु पाउडर को थर्मोप्लास्टिक बाइंडर के साथ एक विशिष्ट अनुपात में मिलाया जाता है, और फिर मिश्रण और दानेदार बनाने की प्रक्रिया द्वारा एक ऐसा मिश्रण तैयार किया जाता है जिसमें अच्छी तरलता और लचीलापन होता है। इस मिश्रण को उच्च दबाव में एक सटीक मोल्ड की गुहा में इंजेक्ट किया जाता है, जिससे प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग प्रक्रिया का अनुकरण करते हुए एक कच्चा पिंड बनता है, और फिर कच्चे पिंड में मौजूद बाइंडर को डीग्लेजिंग प्रक्रिया द्वारा हटा दिया जाता है।
अंततः, उच्च तापमान पर सिंटरिंग के माध्यम से, धातु पाउडर के कण धातुकर्म संबंधी बंधन और सघनता से गुजरते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अंततः सैद्धांतिक घनत्व के करीब उच्च परिशुद्धता और जटिल आकृतियों वाले धातु घटक प्राप्त होते हैं।
एमआईएम प्रक्रिया का सार प्लास्टिक मोल्डिंग तकनीक के माध्यम से धातु उत्पादों का बड़े पैमाने पर उत्पादन करना है, जिसमें पाउडर धातु विज्ञान के धातु सामग्री गुणों को प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग की प्रक्रिया लचीलेपन के साथ जोड़ा जाता है। इसकी प्रमुख विशेषताएं तीन पहलुओं में परिलक्षित होती हैं:
- उच्च निर्माण स्वतंत्रतायह पार्श्व छिद्रों, आंतरिक धागों, अनुप्रस्थ छिद्रों और पतली दीवारों (> 0.3 मिमी) के साथ जटिल त्रि-आयामी संरचनाएं बना सकता है, और बहु-घटक एकीकृत निर्माण को प्राप्त कर सकता है, जिससे बाद के चरणों में लगने वाला समय कम हो जाता है। विधानसभा प्रक्रियाओं.
- उच्च आयामी सटीकतातैयार उत्पाद की आयामी सहनशीलता को ±0.3% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, और सतह की खुरदरापन Ra ≤1.6μm है। यह लगभग नेट-शेप निर्माण प्रक्रिया के अंतर्गत आता है, जिससे सूक्ष्म प्रसंस्करण की लागत में काफी कमी आती है।
- मजबूत सामग्री संगतताऔद्योगिक बड़े पैमाने पर उत्पादन की मांगों के जवाब में, स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील, तांबा और तांबे के मिश्र धातु जैसी बुनियादी धातु सामग्री परिपक्व एमआईएम प्रक्रिया अनुकूलता प्राप्त कर सकती है, और तैयार उत्पादों के यांत्रिक गुण फोर्जिंग के गुणों के बराबर हो सकते हैं।
एमआईएम प्रक्रिया का कार्य सिद्धांत
एमआईएम की संपूर्ण उत्पादन प्रक्रिया में पाँच प्रमुख चरण शामिल हैं: सामग्री की तैयारी, इंजेक्शन मोल्डिंग, डीग्रीसिंग, सिंटरिंग और पोस्ट-ट्रीटमेंट। प्रक्रिया सेटिंग्स पर अच्छा नियंत्रण अंतिम उत्पाद के आकार, गुणवत्ता और सतह की फिनिश को निर्धारित करता है।
पूरी प्रक्रिया का मूल सिद्धांत है "बाइंडर के माध्यम से धातु पाउडर बनाना, और फिर डीग्लेजिंग और सिंटरिंग के माध्यम से धातु पाउडर को सघन बनाना"। स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबा जैसी आमतौर पर इस्तेमाल होने वाली सामग्रियों के लिए, प्रत्येक चरण के प्रक्रिया मापदंडों को मानकीकृत किया गया है। विशिष्ट कार्य सिद्धांत और प्रमुख प्रक्रियाएं इस प्रकार हैं:
(1) भोजन की तैयारी
फीड तैयार करने की प्रक्रिया में मुख्य रूप से बहुत बारीक धातु के पाउडर (स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील, तांबा) और बाइंडर को मिलाया जाता है। हम इन्हें छोटे दानों में बदलते हैं। ये दाने स्थिर, आसानी से आकार देने योग्य और एकसमान होते हैं। ये इंजेक्शन मोल्डिंग के लिए उच्च गुणवत्ता वाली सामग्री प्रदान करते हैं।
1. कच्चे माल का प्रतिशत:
धातु का पाउडर आयतन के हिसाब से 75%-85% है। बाइंडर 15%-25% है।
बाइंडर आमतौर पर पॉलीइथिलीन (PE) और पॉलीप्रोपाइलीन (PP) जैसे आधारभूत पदार्थों, थैलेट प्लास्टिसाइज़र और स्टीयरिक एसिड स्नेहकों से बना होता है। धातु पाउडर की विशेषताओं के अनुसार अनुपात को समायोजित किया जाता है।
2. गर्म करना और मिलाना:
धातु पाउडर और बाइंडर को मिक्सर में डालें। इन्हें 150-200 डिग्री सेल्सियस पर गर्म करके अच्छी तरह मिलाएँ। बाइंडर पूरी तरह पिघलकर पाउडर को समान रूप से ढक लेता है। इससे एक समान मिश्रण बनता है और पाउडर को गुच्छे बनने से रोकता है।
3. दानेदार बनाना और छानना:
पिघले हुए मिश्रण को ठंडा करें। फिर उसे पीसकर छान लें। 2-5 मिमी के दानेदार मिश्रण तैयार करें। इससे इंजेक्शन मशीन का सुचारू रूप से काम करना सुनिश्चित होता है।
(2) इंजेक्शन मोल्डिंग
इंजेक्शन मोल्डिंग का मूल सिद्धांत उच्च तापमान और उच्च दबाव के माध्यम से सामग्री को प्लास्टिक में परिवर्तित करना और मोल्ड कैविटी को भरना है। ठंडा होने और जमने के बाद, मोल्ड को हटाकर कच्चा उत्पाद प्राप्त किया जाता है, जो स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे जैसी सामग्रियों के लिए उपयुक्त होता है।
1. भोजन का प्लास्टिकीकरण:
दानेदार मिश्रण को इंजेक्शन मशीन में डालें। इसे 160℃ और 220℃ के बीच गर्म करें। यह पिघल जाएगा और आसानी से बहने लगेगा।
2. उच्च दबाव इंजेक्शन:
तरल पदार्थ को 50-200 एमपीए के उच्च दबाव पर सांचे में डाला जाता है। धातु सामग्री की सिंटरिंग संकुचन दर के आधार पर सांचे को पहले से ही डिजाइन किया जाना आवश्यक है, जिसमें संकुचन के लिए अतिरिक्त भत्ता भी शामिल होता है।
3. ठंडा करना और सांचे से निकालना:
पिघली हुई सामग्री कमरे के तापमान तक ठंडी हो जाती है। बाइंडिंग एजेंट सख्त होकर आकार ले लेता है। ठंडा होने में कम से कम 3 मिनट लगते हैं। जल्दी ठंडा करने से दरारें पड़ सकती हैं।
(3) ग्रीस हटाना
डीग्रीसिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें कच्चे पदार्थ से बाइंडर को हटाकर एक छिद्रयुक्त, ग्रीस-मुक्त कच्चा पदार्थ प्राप्त किया जाता है जिसमें एक निश्चित मजबूती होती है, और इसे बाद में सिंटरिंग के लिए तैयार किया जाता है।
डीग्लेजिंग की मुख्य चुनौती बाइंडर के वाष्पीकरण की दर को नियंत्रित करना है। यदि यह बहुत तेज़ी से वाष्पित हो जाता है, तो कच्चे पदार्थ के अंदर दबाव बन जाता है। इससे दरारें और बुलबुले बन जाते हैं। इसलिए इसे धीरे-धीरे हटाना आवश्यक है। उद्योग में, स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के लिए आमतौर पर सॉल्वेंट डीग्रीजिंग और थर्मल डीग्रीजिंग के मिश्रण का उपयोग किया जाता है।
1. विलायक द्वारा चिकनाई हटाना:
ग्रीन बॉडी को इथेनॉल या एसीटोन में भिगो दें। इससे बाइंडर के घुलनशील भाग निकल जाते हैं और छोटे-छोटे छिद्र बन जाते हैं। ये छिद्र गर्म डीग्रीसिंग के लिए चैनलों का काम करते हैं। बचे हुए बाइंडर की मात्रा 10% से कम होनी चाहिए।
2. गर्म ग्रीसिंग:
पूर्व-उपचारित कच्चे धातु को भट्टी में रखें। इसे धीरे-धीरे 200-400 डिग्री सेल्सियस तक गर्म करें। गर्म करने की गति 5 डिग्री सेल्सियस प्रति मिनट या उससे कम होनी चाहिए। बचा हुआ बाइंडर गैस में परिवर्तित होकर गायब हो जाएगा। पूरी प्रक्रिया में नाइट्रोजन का वातावरण उपयोग किया जाता है। यह कार्बन स्टील और तांबे को ऑक्सीकरण से बचाता है।
3. ग्रीस हटाने के बाद निरीक्षण:
बचे हुए बाइंडर की मात्रा की जांच करें। यह 0.5% से अधिक नहीं होनी चाहिए। जांचें कि भाग अच्छी स्थिति में है या नहीं। खराब गुणवत्ता वाले उत्पादों को हटा दें। वे सिंटरिंग प्रक्रिया को प्रभावित करेंगे।
(4) सिंटरिंग
सिंटरिंग की मूल प्रक्रिया में, चिकनाई रहित धातु के टुकड़े को उच्च तापमान वाले सिंटरिंग भट्टी में रखा जाता है और उसे धातु पदार्थ के गलनांक के 85%-90% तक गर्म किया जाता है, जिससे धातु के पाउडर के कणों में परमाणु प्रसार, धातुकर्म बंधन और पुनर्क्रिस्टलीकरण होता है, जिससे धीरे-धीरे छिद्र बंद हो जाते हैं और सघनता प्राप्त होती है, और अंततः सैद्धांतिक स्तर के करीब घनत्व वाला धातु उत्पाद प्राप्त होता है।
स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे जैसी तीन सामान्य रूप से उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के लिए, सिंटरिंग प्रक्रिया मापदंडों के स्पष्ट मानक निर्धारित किए गए हैं। विशिष्ट प्रमुख प्रक्रियाएं इस प्रकार हैं:
1. सिंटरिंग वातावरण:
स्टेनलेस स्टील के लिए, हाइड्रोजन या विघटित अमोनिया का वातावरण (ऑक्सीकरण-रोधी) उपयोग किया जाता है; कार्बन स्टील के लिए, नाइट्रोजन और हाइड्रोजन का मिश्रित वातावरण अपनाया जाता है; तांबे के लिए, उच्च तापमान पर सामग्री के ऑक्सीकरण या भंगुर यौगिकों के निर्माण को रोकने के लिए शुद्ध नाइट्रोजन वातावरण का उपयोग किया जाता है।
2. मुख्य पैरामीटर:
स्टेनलेस स्टील के लिए सिंटरिंग तापमान: 1300-1350℃, 2-3 घंटे तक; कार्बन स्टील के लिए सिंटरिंग तापमान: 1250-1300℃, 1.5-2.5 घंटे तक; तांबे के लिए सिंटरिंग तापमान: 850-950℃, 1-2 घंटे तक। तापन दर 2-5℃/मिनट पर नियंत्रित की जाती है।
3. सघनता प्रभाव:
सिंटरिंग के बाद, स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के उत्पादों का घनत्व 95%-98% (सैद्धांतिक घनत्व के करीब) तक पहुंच सकता है, जिसमें एक समान सूक्ष्म संरचना और फोर्जिंग के समान यांत्रिक गुण होते हैं।
(5) प्रोसेसिंग के बाद
उत्पाद के अनुप्रयोग संबंधी आवश्यकताओं के आधार पर सिंटर्ड तैयार उत्पादों में सटीक सुधार और प्रदर्शन में वृद्धि करना, ताकि अंतिम उपयोग की आवश्यकताओं को पूरा किया जा सके, पोस्ट-ट्रीटमेंट का मूल उद्देश्य है। स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के उत्पादों के लिए, पोस्ट-ट्रीटमेंट विधियों में मुख्य रूप से हीट ट्रीटमेंट, सरफेस ट्रीटमेंट और प्रिसिजन मशीनिंग शामिल हैं, और प्रक्रिया अनुकूलनशीलता मजबूत है।
1. गर्मी उपचार:
हम कार्बन स्टील को शमन और तापन प्रक्रिया द्वारा गर्म करते हैं। इससे इसकी कठोरता और घिसाव प्रतिरोध क्षमता बढ़ती है। हम स्टेनलेस स्टील को विलयन अपक्षय प्रक्रिया द्वारा उपचारित करते हैं। इससे इसकी संक्षारण प्रतिरोधक क्षमता और मजबूती बढ़ती है। हम तांबे को एनील प्रक्रिया द्वारा अधिक लचीला बनाते हैं और इसकी विद्युत चालकता में सुधार करते हैं।
2. भूतल उपचार:
हम आवश्यकतानुसार विभिन्न प्रकार के सतह उपचार करते हैं। इनमें पॉलिशिंग (Ra≤0.8μm), सैंडब्लास्टिंग और जंग से बचाव के लिए जस्ता या निकल की परत चढ़ाना शामिल है। तांबे के उत्पादों की सुरक्षा के लिए हम ऑक्सीकरण उपचार का उपयोग करते हैं।
3. परिशुद्धता मशीनिंग:
हम थ्रेडेड होल और पोजिशनिंग होल जैसे उच्च परिशुद्धता वाले पुर्जों पर थोड़ी कटिंग करते हैं। हम आकार की सहनशीलता को ±0.01 मिमी के भीतर नियंत्रित करते हैं। यह असेंबली की आवश्यकताओं को पूरा करता है।
4. आकार देना:
हम उन उत्पादों पर कोल्ड शेपिंग का उपयोग करते हैं जिनका आकार सिंटरिंग के बाद थोड़ा बदल जाता है। इससे उनका सही आकार वापस आ जाता है।
एमआईएम के लिए मुख्य सामग्री
- मेटल इंजेक्शन मोल्डिंग में निम्नलिखित सामग्रियों का उपयोग किया जाता है:
- स्टेनलेस स्टील (एसएस): इसमें उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और यांत्रिक शक्ति होती है। इसका व्यापक रूप से ऑटोमोटिव, चिकित्सा और एयरोस्पेस उद्योगों में उपयोग किया जाता है। इन उद्योगों को ऐसे उत्पादों की आवश्यकता होती है जो टिकाऊ हों और कठोर वातावरण में भी बेहतर ढंग से काम कर सकें।
- कार्बन स्टील (सीएस): इसका उपयोग उन पुर्जों के लिए किया जाता है जिनमें उच्च शक्ति और कठोरता की आवश्यकता होती है। यह कम लागत वाला और उपयोगी पदार्थ है। इसका उपयोग कई उद्योगों में होता है, जैसे गियर, फास्टनर और ऑटोमोटिव पार्ट्स।
- कोबाल्ट-क्रोमियम (Co-Cr): यह मजबूत, घिसाव-प्रतिरोधी और संक्षारण-प्रतिरोधी होता है। इसका व्यापक रूप से चिकित्सा प्रत्यारोपण और शल्य चिकित्सा उपकरणों में उपयोग किया जाता है। इन क्षेत्रों में उच्च विश्वसनीयता वाले उत्पादों की आवश्यकता होती है।
- एम2 टूल स्टील: एम2 टूल स्टील मजबूत औजार और सांचे बनाने के लिए एमआईएम में उपयुक्त है। इसमें उच्च कठोरता, अच्छी मजबूती और उत्कृष्ट घिसाव प्रतिरोध क्षमता होती है। इसका व्यापक रूप से उच्च तनाव वाले कटिंग टूल्स और औद्योगिक पुर्जों में उपयोग किया जाता है।
- टाइटेनियम (Ti): टाइटेनियम अपने हल्के वजन, उच्च शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध के कारण एमआईएम में लोकप्रिय है। इसके गुणों की रक्षा के लिए डीबाइंडिंग और सिंटरिंग को सावधानीपूर्वक नियंत्रित किया जाना चाहिए। इसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, चिकित्सा और खेल सामग्री उद्योगों में उपयोग किया जाता है।
- तांबा: तांबे को एमआईएम तकनीक से संसाधित किया जा सकता है। लेकिन इसके लिए सिंटरिंग वातावरण पर बहुत सटीक नियंत्रण की आवश्यकता होती है। इसलिए इसका उपयोग इस्पात और निकल मिश्र धातुओं की तुलना में अधिक सीमित है।
- निकेल मिश्रधातु (इनकोनेल): निकेल मिश्रधातु उच्च तापमान और उच्च शक्ति के लिए उपयुक्त होती हैं। इनका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, विद्युत और रासायनिक क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है। ये उद्योग अक्सर अत्यधिक कठिन परिस्थितियों में काम करते हैं।
- 6061 एल्युमीनियम मिश्र धातु: विशेष तकनीक से 6061 एल्युमीनियम को एमआईएम (MIM) विधि से तैयार किया जा सकता है। लेकिन यह विधि आम नहीं है। एल्युमीनियम के लिए विशेष सिंटरिंग परिस्थितियाँ आवश्यक होती हैं।
- 7075 एल्युमिनियम मिश्र धातु: 7075 एल्युमिनियम को विशेष परिस्थितियों में एमआईएम (MIM) विधि द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। लेकिन इसका व्यापक उपयोग नहीं होता है। इसके लिए गैर-मानक सिंटरिंग प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
- लौह-कार्बन मिश्रधातुएँ: लौह-कार्बन मिश्रधातुओं से उच्च शक्ति और अच्छी मशीनिंग क्षमता वाले पुर्जे बनते हैं। इनका उपयोग ऑटोमोटिव और सामान्य उद्योगों में होता है। इनसे वाल्व और गियर जैसे पुर्जे बनाए जाते हैं।
एमआईएम के फायदे और नुकसान
परिपक्व तकनीक, व्यापक अनुकूलन क्षमता और उच्च उत्पादन क्षमता जैसे लाभों के कारण, एमआईएम प्रक्रिया छोटे और जटिल धातु पुर्जों के उत्पादन के लिए मुख्यधारा की तकनीक बन गई है। हालांकि, कच्चे माल की विशेषताओं, प्रक्रिया के विभिन्न चरणों और उपकरण संबंधी आवश्यकताओं की सीमाओं के कारण, इसमें अभी भी कुछ कमियां हैं।
इसके लाभ और हानियाँ दोनों ही बड़ी मात्रा, छोटे आकार और जटिल संरचनाओं के उत्पादन परिदृश्यों से अत्यधिक संबंधित हैं। ऐसे परिदृश्यों में, इसके लाभ महत्वपूर्ण होते हैं, जबकि इसकी सीमाओं को प्रक्रिया अनुकूलन और मानकीकृत नियंत्रण के माध्यम से धीरे-धीरे दूर किया जा सकता है, जैसा कि नीचे दिया गया है:
(१) लाभ
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इसमें मोल्डिंग की काफी स्वतंत्रता है और यह जटिल संरचनाओं का एकीकृत सामूहिक उत्पादन कर सकता है।
एमआईएम प्रक्रिया का यही मुख्य लाभ है। यह जटिल संरचनाओं का निर्माण कर सकती है जिन्हें पारंपरिक कटिंग, कास्टिंग और फोर्जिंग द्वारा संसाधित करना कठिन होता है, जिनमें पार्श्व छिद्रों, आंतरिक थ्रेड्स, क्रॉस छिद्रों और पतली दीवारों (> 0.3 मिमी) वाले छोटे धातु के पुर्जे शामिल हैं, और यह बहु-घटक एकीकृत निर्माण को प्राप्त कर सकती है, जिससे बाद की असेंबली प्रक्रियाओं में कमी आती है।
उदाहरण के लिए, स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रॉनिक कनेक्टर्स की जटिल स्नैप-ऑन संरचना एमआईएम प्रक्रिया के माध्यम से एक ही बार में बनाई जाती है, जो पारंपरिक असेंबली प्रक्रिया की तुलना में उत्पादन दक्षता को 50% से अधिक बढ़ा देती है।
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इसमें उच्च सामग्री उपयोग दर और बड़े पैमाने पर उत्पादन में महत्वपूर्ण लागत लाभ है।
एमआईएम प्रक्रिया की सामग्री उपयोग दर 98% से अधिक हो सकती है, जो पारंपरिक कटिंग प्रक्रिया (30%-50%) की तुलना में कहीं अधिक है। विशेष रूप से कार्बन स्टील, स्टेनलेस स्टील और तांबे जैसी बड़े पैमाने पर उत्पादित सामग्रियों के लिए, यह कच्चे माल की बर्बादी को काफी हद तक कम करता है।
इस बीच, इस प्रक्रिया से स्वचालित बड़े पैमाने पर उत्पादन संभव हो सकता है। बहु-गुहा सांचों के उपयोग से उत्पादन बढ़ने पर प्रति इकाई लागत में काफी कमी आती है। 100,000 से अधिक वार्षिक उत्पादन वाले उत्पादों के लिए, लागत सटीक कटाई प्रक्रिया की तुलना में 30% से 50% तक कम होती है।
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मूल सामग्री प्रौद्योगिकी परिपक्व है, और तैयार उत्पाद का प्रदर्शन स्थिर और समायोज्य है।
स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे जैसी तीन प्रमुख सामग्रियों के लिए एमआईएम प्रक्रिया को पूरी तरह से मानकीकृत कर दिया गया है। पाउडर तैयार करने, फीडिंग और मिक्सिंग, डीग्लेजिंग और सिंटरिंग जैसे प्रत्येक चरण के पैरामीटर स्पष्ट हैं, और तैयार उत्पादों की उपज 95% से अधिक हो सकती है।
इसके अलावा, ऊष्मा उपचार के माध्यम से तैयार उत्पादों के प्रदर्शन को नियंत्रित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, कार्बन स्टील की कठोरता शमन और तापन के बाद काफी बढ़ जाती है, स्टेनलेस स्टील का संक्षारण प्रतिरोध विलयन अपचयन के बाद बेहतर हो जाता है, और तांबे की प्लास्टिसिटी और विद्युत चालकता एनीलिंग के बाद अनुकूलित हो जाती है, जिससे विभिन्न क्षेत्रों की प्रदर्शन आवश्यकताओं को पूरा किया जा सकता है।
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उच्च आयामी सटीकता और लगभग नेट-फॉर्मिंग से फाइन मशीनिंग की आवश्यकता कम हो जाती है।
तैयार उत्पाद की आयामी सहनशीलता को ±0.3% के भीतर नियंत्रित किया जा सकता है, और सतह की खुरदरापन Ra < 1.6 μm है। स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के उत्पादों के लिए, उच्च परिशुद्धता वाले पुर्जों के लिए केवल थोड़ी मात्रा में सूक्ष्म प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है, या कभी-कभी बिल्कुल भी प्रसंस्करण की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे सूक्ष्म प्रसंस्करण की लागत में काफी कमी आती है।
इसके विपरीत, पारंपरिक धातु की डाई-कास्टिंग की सहनशीलता ±1%-2% होती है, जिसके लिए बड़ी संख्या में सूक्ष्म प्रसंस्करण प्रक्रियाओं की आवश्यकता होती है।
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उपकरण और प्रक्रिया में मजबूत अनुकूलन क्षमता है और उत्पादन लाइन अपग्रेड करना आसान है।
प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग उपकरण के आधार पर एमआईएम उत्पादन उपकरण में थोड़ा संशोधन किया जा सकता है, और स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के लिए प्रक्रिया मापदंडों में महत्वपूर्ण बदलाव की आवश्यकता नहीं होती है। पारंपरिक हार्डवेयर प्रसंस्करण उद्यम कम निवेश लागत और त्वरित लाभ के साथ अपनी उत्पादन लाइनों को तेजी से उन्नत कर सकते हैं।
(२) नुकसान
उत्पाद के आकार और दीवार की मोटाई पर सीमाएं हैं।
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इंजेक्शन मोल्डिंग उपकरण और सिंटरिंग भट्टियों की सीमाओं के कारण, एमआईएम प्रक्रिया छोटे, पतली दीवार वाले धातु के पुर्जों के निर्माण के लिए उपयुक्त है। सामान्यतः, उत्पाद का अधिकतम आकार < 100 मिमी, वजन < 50 ग्राम और दीवार की मोटाई > 0.3 मिमी होती है।
बड़े आकार (> 200 मिमी) और मोटी दीवार (> 10 मिमी) वाले स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के उत्पादों के लिए, असमान सिंटरिंग, कम घनत्व और विरूपण जैसे दोष होने की संभावना होती है, जिससे लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करना मुश्किल हो जाता है।
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डीग्लेजिंग और सिंटरिंग चक्र लंबा होता है, और समग्र उत्पादन दक्षता प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग की तुलना में कम होती है।
एमआईएम प्रक्रिया का डीग्लेजिंग चक्र आमतौर पर 8 से 24 घंटे का होता है, और सिंटरिंग चक्र 1 से 3 घंटे का होता है, जो प्लास्टिक इंजेक्शन मोल्डिंग (कुछ सेकंड से लेकर कुछ मिनट तक) की तुलना में काफी लंबा होता है।
कम सिंटरिंग तापमान वाले तांबे के उत्पादों के लिए भी, समग्र प्रक्रिया चक्र पारंपरिक डाई-कास्टिंग की तुलना में लंबा होता है, जो कुछ हद तक उत्पादन दक्षता को प्रभावित करता है।
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सिंटरिंग के दौरान संकुचन दर अधिक होती है, और आकार को नियंत्रित करना मुश्किल होता है।
स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे से बने एमआईएम उत्पादों की सिंटरिंग संकुचन दर 14%-20% होती है, जो धातु डाई-कास्टिंग (< 5%) की तुलना में कहीं अधिक है। सिंटरिंग संकुचन दर में मामूली उतार-चढ़ाव भी तैयार उत्पादों के आकार में विचलन का कारण बन सकता है।
इसलिए, पाउडर की विशेषताओं, फीडिंग की एकरूपता और सिंटरिंग तापमान जैसे कई पहलुओं को सटीक रूप से नियंत्रित करना आवश्यक है, जो प्रक्रिया नियंत्रण पर उच्च मांग रखता है।
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सांचे की लागत अधिक होने के कारण यह बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए उपयुक्त है।
एमआईएम प्रक्रिया के लिए सांचे सटीक सांचे होते हैं जिन्हें विभिन्न सामग्रियों की सिंटरिंग संकुचन दर के आधार पर अलग से डिजाइन करने की आवश्यकता होती है। सांचे की सामग्री आमतौर पर उच्च गुणवत्ता वाली स्टील होती है, जिसमें उच्च प्रसंस्करण सटीकता की आवश्यकता होती है। सांचे के विकास की लागत अधिक होती है और चक्र लंबा (1-2 महीने) होता है।
10,000 से कम पीस के वार्षिक उत्पादन वाले छोटे बैच के उत्पादन के लिए, मोल्ड की लागत प्रत्येक व्यक्तिगत उत्पाद पर आवंटित की जाती है, जिससे कुल लागत अपेक्षाकृत अधिक हो जाती है।
एमआईएम के प्रदर्शन को प्रभावित करने वाले कारक
एमआईएम के उत्पाद प्रदर्शन पर चार आयामों के कारकों का व्यापक प्रभाव पड़ता है: कच्चे माल की विशेषताएं, प्रक्रिया मापदंड, उपकरण की सटीकता और प्रक्रिया नियंत्रण। इन चारों आयामों के विशिष्ट मुख्य प्रभावकारी कारक और क्रियाविधि निम्नलिखित हैं:
(1) कच्चे माल की विशेषताएँ
कच्चे माल की विशेषताओं में धातु पाउडर और बाइंडर की विशेषताएं शामिल हैं। इनमें से, धातु पाउडर की विशेषताएं सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव डालने वाले कारक हैं, जबकि बाइंडर की विशेषताएं निर्माण प्रक्रिया की स्थिरता को प्रभावित करती हैं।
1. धातु पाउडर की कई प्रमुख विशेषताएं हैं:
कार्बन स्टील के लिए कण का आकार, आकृति, ऑक्सीजन की मात्रा और कार्बन की मात्रा।
यदि कण बहुत बड़े होंगे, तो फीड का प्रवाह सुचारू रूप से नहीं होगा, और सिंटर्ड उत्पाद सघन नहीं होगा।
बहुत अधिक ऑक्सीजन के कारण सिंटरिंग के दौरान कठोर अशुद्धियाँ उत्पन्न हो जाती हैं। इससे उत्पाद की मजबूती और टिकाऊपन कम हो जाता है।
यदि कार्बन स्टील में कार्बन की मात्रा सही नहीं है, तो ताप उपचार के बाद कठोरता स्थिर नहीं रहेगी।
2. बाइंडर की विशेषताएं:
बाइंडर का फार्मूला, प्रवाह क्षमता और हटाने की क्षमता फीड, ग्रीन बॉडी और डीग्लेजिंग के परिणाम को प्रभावित करती है।
अगर प्लास्टिसाइज़र की मात्रा बहुत कम हो, तो फीड सख्त हो जाता है। इंजेक्शन के दौरान यह मोल्ड को आसानी से अवरुद्ध कर सकता है। बहुत अधिक लुब्रिकेंट होने से ग्रीन बॉडी कमजोर हो जाती है। मोल्ड से निकालते समय यह आसानी से टूट जाती है। बचा हुआ बाइंडर सिंटरिंग के बाद छेद और बुलबुले पैदा कर देता है।
(2) प्रक्रिया पैरामीटर
एमआईएम की मुख्य प्रक्रिया सेटिंग्स इंजेक्शन, डीग्लेजिंग और सिंटरिंग हैं। विभिन्न सामग्रियों की अपनी-अपनी नियंत्रण सीमाएँ होती हैं। हमें त्रुटि को ±5% के भीतर रखना होगा।
1. इंजेक्शन मोल्डिंग पैरामीटर:
तापमान, दबाव और भंडारण समय कच्चे माल के घनत्व और गुणवत्ता को प्रभावित करते हैं। कम तापमान के कारण सामग्री सांचे में ठीक से नहीं भर पाती। कम दबाव के कारण कच्चे माल में छेद और गड्ढे हो जाते हैं। कम भंडारण समय के कारण आंतरिक तनाव उत्पन्न होता है। सिंटरिंग के बाद पुर्जे का आकार आसानी से बदल जाता है।
2. ग्रीस हटाने के मापदंड:
डीग्रीसिंग की दर, तापमान और वातावरण महत्वपूर्ण कारक हैं। यदि तापमान बहुत अधिक बढ़ जाता है, तो बाइंडर तेजी से वाष्पित हो जाता है। इससे कच्चे पदार्थ में दरारें और बुलबुले बन जाते हैं। हवा में डीग्रीसिंग करने से स्टेनलेस स्टील, कार्बन स्टील और तांबे के पाउडर का ऑक्सीकरण हो सकता है। इससे सिंटरिंग के परिणाम प्रभावित होंगे।
3. सिंटरिंग पैरामीटर:
सिंटरिंग तापमान, होल्डिंग समय और वातावरण प्रमुख कारक हैं। ये अंतिम उत्पाद के घनत्व और मजबूती को निर्धारित करते हैं।
कम तापमान के कारण परमाणु प्रसार अपर्याप्त होता है और घनत्व कम हो जाता है। अत्यधिक उच्च तापमान के कारण कणों का आकार बढ़ जाता है और कठोरता कम हो जाती है। यदि सिंटरिंग का वातावरण उपयुक्त न हो, तो धातु ऑक्सीकृत हो सकती है या भंगुर पदार्थ बन सकती है।
(3) उपकरण सटीकता
एमआईएम प्रक्रिया के लिए उच्च सटीकता और स्थिर उपकरणों की आवश्यकता होती है। उपकरणों में त्रुटियों से प्रक्रिया के मापदंड बदल जाते हैं। इससे उत्पादों की गुणवत्ता प्रभावित होती है। प्रमुख उपकरणों में इंजेक्शन मशीनें, डीग्रीसिंग भट्टियां और सिंटरिंग भट्टियां शामिल हैं।
1. इंजेक्शन मोल्डिंग मशीन:
स्क्रू की दबाव नियंत्रण सटीकता और तापमान नियंत्रण सटीकता फीडिंग के प्लास्टिकीकरण की एकरूपता को सीधे प्रभावित करती है।
2. सिंटरिंग भट्टी:
तापमान और सटीक वातावरण नियंत्रण भी बहुत महत्वपूर्ण हैं।
3. परीक्षण उपकरण:
सटीक परीक्षण मशीनें सामग्री और उत्पाद परीक्षणों की शुद्धता को प्रभावित करती हैं। वे उत्पादन प्रक्रिया को बेहतर बनाने के लिए उपयोगी डेटा प्रदान करती हैं।
एमआईएम प्रौद्योगिकी के अनुप्रयोग
परिपक्व प्रौद्योगिकी, नियंत्रणीय लागत और उच्च सामूहिक उत्पादन दक्षता के फायदों के साथ, एमआईएम प्रक्रिया को उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव विनिर्माण, हार्डवेयर उपकरण, इलेक्ट्रॉनिक और विद्युत उपकरण, सामान्य मशीनरी और चिकित्सा उपकरणों जैसे कई औद्योगिक क्षेत्रों में व्यापक रूप से लागू किया गया है।
(1) उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स
उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, एमआईएम तकनीक का सबसे विकसित अनुप्रयोग क्षेत्र है। इसकी मुख्य आवश्यकताएं सटीकता, लघुकरण, जंग प्रतिरोध और आकर्षक दिखावट हैं। उत्पाद मुख्य रूप से 1 से 10 मिमी आकार के सूक्ष्म जटिल पुर्जे होते हैं। विशिष्ट उत्पादों में सिम कार्ड होल्डर, कैमरा ब्रैकेट, टाइप-सी इंटरफेस कंपोनेंट आदि शामिल हैं।
(2) ऑटोमोटिव विनिर्माण
ऑटोमोबाइल निर्माण, एमआईएम तकनीक का एक महत्वपूर्ण अनुप्रयोग क्षेत्र है। इसकी मुख्य आवश्यकताएं उच्च मजबूती, घिसाव प्रतिरोध, उच्च तापमान प्रतिरोध, विद्युत चालकता और स्थिर बैच उत्पादन हैं। उत्पादों में ऑटोमोटिव पावर सिस्टम, इलेक्ट्रॉनिक सिस्टम और सुरक्षा सिस्टम के लिए छोटे, सटीक पुर्जे शामिल हैं, जैसे कि एबीएस वाल्व बॉडी, बैटरी कनेक्टर और इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण प्रणालियों के लिए सटीक गियर।
(3) हार्डवेयर उपकरण
हार्डवेयर टूल्स का क्षेत्र कार्बन स्टील एमआईएम प्रक्रिया का मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र है। इसकी प्रमुख आवश्यकताएं कम लागत, उच्च मजबूती और घिसाव प्रतिरोध हैं। उत्पाद मुख्य रूप से छोटे टूल एक्सेसरीज़ हैं, जैसे कैंची के घूमने वाले शाफ्ट, रिंच क्लिप, यूटिलिटी नाइफ ब्लेड फास्टनर आदि। इनमें संक्षारण प्रतिरोध की कोई विशेष आवश्यकता नहीं है।
(4) इलेक्ट्रॉनिक्स और विद्युत इंजीनियरिंग
इलेक्ट्रॉनिक्स और इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग के क्षेत्र में मुख्य आवश्यकताएं उच्च विद्युत चालकता, उच्च तापीय चालकता और परिशुद्धता हैं। अनुप्रयोगों में कनेक्टर टर्मिनल, ट्रांसफार्मर कोर, हीट सिंक आदि शामिल हैं।
(5) चिकित्सा उपकरण
चिकित्सा उपकरण क्षेत्र में उत्पादों की संक्षारण प्रतिरोधकता, जैव अनुकूलता और सटीकता के लिए अत्यंत उच्च आवश्यकताएं होती हैं। यह 316L स्टेनलेस स्टील एमआईएम प्रक्रिया का मुख्य अनुप्रयोग क्षेत्र है, जैसे कि न्यूनतम चीर-फाड़ शल्य चिकित्सा उपकरण, चिमटी, रक्तस्रावरोधी क्लिप, दंत चिकित्सा उपकरण सहायक उपकरण आदि।
एमआईएम और अन्य प्रकारों के बीच तुलना इंजेक्शन मोल्डिंग
| तुलना आयाम | एमआईएम | लोचक इंजेक्सन का साँचा | धातु डाई-कास्टिंग निर्माण |
| निर्माण सामग्री | स्टेनलेस स्टील/कार्बन स्टील/तांबा का अतिसूक्ष्म पाउडर + बाइंडर | थर्मोप्लास्टिक/थर्मोसेटिंग प्लास्टिक | मुख्यतः पिघला हुआ एल्युमीनियम मिश्र धातु/जिंक मिश्र धातु/मैग्नीशियम मिश्र धातु |
| निर्माण सटीकता | उच्च गुणवत्ता, ±0.3% की सहनशीलता के साथ, और एक चिकनी सतह। | उच्च गुणवत्ता, सहनशीलता ±0.1%-0.5%, महीन बनावट बनाना आसान | मध्यम, सहनशीलता ±1%-2%, बाद में परिष्करण की आवश्यकता है |
| जटिलता का निर्माण | इसका उपयोग पतली दीवारों वाली, सूक्ष्म छिद्रों वाली और आंतरिक रूप से पिरोई हुई संरचनाओं जैसी जटिल और छोटी संरचनाओं को बनाने के लिए किया जा सकता है। | इसका उपयोग जटिल संरचनाओं के लिए किया जा सकता है, और ड्राफ्ट कोण पर विचार करना आवश्यक है। | सरल संरचनाओं और जटिल तथा बारीक आकृतियों को बनाने में मुश्किल के लिए उपयुक्त। |
| उत्पाद प्रदर्शन | धातु के गुणधर्म: उच्च शक्ति, ताप प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध/विद्युत चालकता | यह हल्का और ऊष्मारोधी है, लेकिन इसकी मजबूती और तापमान प्रतिरोधकता कमजोर है। | धात्विक गुणधर्म: मध्यम शक्ति, कुछ सूक्ष्म छिद्र दोषों के साथ |
| सामग्री उपयोग दर | लगभग 98% से अधिक शुद्ध उत्पादन हुआ, और बहुत कम अपशिष्ट बचा। | 95% से अधिक अपशिष्ट पदार्थों को सीधे पुनर्चक्रित किया जा सकता है। | 80% से 90% तक, गेट पर काफी मात्रा में फ्लैश जमा हो जाता है, जिसके लिए दोबारा पिघलाने और पुनर्चक्रण की आवश्यकता होती है। |
तुलना से हम इन्हें स्पष्ट रूप से समझ सकते हैं। प्लास्टिक इंजेक्शन का उपयोग बड़े पैमाने पर उत्पादित प्लास्टिक उत्पादों के लिए किया जाता है। धातु डाई-कास्टिंग का उपयोग मध्यम और बड़े आकार के सरल पुर्जों के लिए किया जाता है। एमआईएम छोटे और जटिल धातु के पुर्जों के लिए सबसे उपयुक्त है। यह एक उन्नत विनिर्माण तकनीक है।
निष्कर्ष
एमआईएम प्रक्रिया का मूल मूल्य छोटे, जटिल और सटीक धातु के पुर्जों के बड़े पैमाने पर उत्पादन की समस्या को हल करने में निहित है, जिन्हें पारंपरिक विनिर्माण प्रक्रियाओं के साथ हासिल करना मुश्किल है, और पारंपरिक कटिंग, कास्टिंग और डाई-कास्टिंग प्रक्रियाओं के तकनीकी अंतर को भरने में निहित है।
यह प्रक्रिया, उच्च निर्माण स्वतंत्रता, उच्च आयामी सटीकता, उच्च सामग्री उपयोग दर और तैयार उत्पाद के उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों जैसे अपने मुख्य लाभों के साथ, परिपक्व प्रक्रियाओं, नियंत्रणीय लागतों और विभिन्न सामग्रियों के लिए व्यापक अनुकूलन क्षमता की विशेषताओं को जोड़ती है।
यह उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स, ऑटोमोटिव विनिर्माण, हार्डवेयर उपकरण और इलेक्ट्रॉनिक एवं विद्युत उपकरणों जैसे कई क्षेत्रों में प्रमुख जनउत्पादन तकनीक बन गई है। यह एक उन्नत विनिर्माण तकनीक है जो तकनीकी नवाचार, प्रक्रिया परिपक्वता और बाजार व्यावहारिकता को जोड़ती है।
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सामान्य प्रश्न
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एमआईएम मेटल पाउडर को किन प्रमुख आवश्यकताओं को पूरा करना होता है?
फीडस्टॉक की एकरूपता और सिंटरिंग सघनता सुनिश्चित करने के लिए कण का आकार 10-45μm, गोलाकारता ≥0.9, कम ऑक्सीजन सामग्री और उचित कण आकार वितरण आवश्यक है।
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MIM में डीबाइंडिंग प्रक्रिया को इतनी सख्ती से नियंत्रित क्यों किया जाता है?
तेजी से बाइंडर वाष्पीकरण के कारण होने वाले आंतरिक दबाव को रोकें, जिससे कच्चे भागों में दरारें, बुलबुले और विकृति से बचा जा सके।
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एमआईएम पार्ट्स की सामान्य सिंटरिंग संकुचन दर क्या है?
कुल मिलाकर 15%-20%; आयामी सटीकता सुनिश्चित करने के लिए मोल्ड डिजाइन में संकुचन भत्ता आरक्षित किया जाना चाहिए।
