외과용 클램프 헤드 MIM
MIM은 20세기에 빠르게 발전한 니어넷 성형 공정입니다. 일반적인 공정은 분말 + 바인더 → 혼합 → 사출 성형 → 탈지 → 소결입니다.
첫 번째는 분말과 혼합된 폴리머의 사용이며, 충분한 유동성을 가진 특정 조건에서 혼합은 주입, 혼합 및 공급의 요구 사항을 충족할 수 있고, 두 번째는 적절한 주입 온도, 주입 압력 및 주입 속도를 선택하는 것입니다. 성형, 소결, 분말 야금 결합 형성을 위한 빌릿 바인더 주입 후 이륙, 마지막으로 제품이 요구 사항을 충족합니다.
MIM 기술의 특징
MIM은 플라스틱 성형 기술, 고분자 화학, 분말 야금 기술 및 금속 재료 과학 등을 결합한 부품 및 구성 요소의 새로운 니어 네트 성형 기술입니다. 다음과 같은 특성이 있습니다.
① MIM기술로 성형된 부품은 후속가공이나 사후가공이 거의 필요없고 재료이용률이 높다. 복잡한 형상의 고성능 부품을 생산할 수 있는 니어넷 성형 기술에 속합니다.
② 제품의 공급과정과 소결과정을 컴퓨터로 시뮬레이션 할 수 있으며 초기단계[1-2]에 최적화하여 최적의 설계도를 얻을 수 있다.
③ 주입 과정에서 캐비티 내부의 각 지점의 압력은 동일하며, 공급 재료의 균일한 혼합을 전제로 밀도도 동일합니다. 대규모 생산을 달성하기 쉬운 밀도 구배가 없을 것입니다.
MIM 기술로 제조된 의료 제품
의료용 제품은 일반적으로 사용성이 좋고 수명이 길며 구조 및 형상 설계가 유연한 설계가 요구됩니다.
MIM 기술은 1980년대 초 의료 제품에 처음 적용되었으며 MIM 시장에서 가장 빠르게 성장하는 분야가 되었습니다.
2015년 북미의 다양한 산업에서 MIM 기술의 비율[4]. 북미에서 의료 및 치과가 MIM의 주요 응용 분야가 되었음을 알 수 있습니다.
현재 대부분의 의료용 MIM 제품은 스테인리스 스틸 소재를 사용하며 주요 브랜드는 316L 및 17-4PH입니다. 티타늄 합금, 마그네슘 합금, 금, 은, 탄탈륨 등이 있다[5].
수술용 도구
MIM 기술 설계 유연성과 같은 공격적인 소독 공정 요구 사항을 달성하기 위해 고강도, 저오염 및 혈액을 갖춘 수술 도구는 수술 도구의 대부분의 응용 프로그램을 충족할 수 있지만 동시에 기술의 장점도 가지고 있어 다음을 수행할 수 있습니다. 모든 종류의 금속 제품을 제조하는 비용을 낮추고 점차적으로 전통적인 생산 기술을 대체하여 주요 제조 방법이되었습니다.
FloMet Co., LTD.는 MIM 기술을 사용하여 인간의 물체를 잡는 데 사용할 수 있는 밀도가 7.5g/cm3 이상인 17-4pH 스테인리스 스틸로 만든 스테인리스 스틸 클로[7]를 개발했습니다. 수술 중 몸은 집게의 기능을 가지고 있습니다. 그 디자인은 상당히 복잡하고 높은 생산 정확도를 요구합니다.
MIM 기술을 사용하여 성형한 다음 소결하면 클로의 선형 방향과 형상이 손상되는 것을 방지하기 위해 광범위한 후속 처리 없이도 매우 높은 허용 오차 수준을 달성할 수 있습니다.
이러한 복잡한 스테인리스 스틸 클로는 주조 또는 기계가공 방법으로 생산하기 어렵고, 생산 주기가 길고 비용이 많이 든다. MIM 기술을 사용하면 비용의 60%를 절약할 수 있습니다.
일회용 수술 도구는 저비용 대량 생산 공정을 개발해야 합니다. Smith Metal Products Company는 MIM 기술을 사용하여 새로운 유형의 일회용 수술 기구에 적용되는 샤프트 어셈블리[8]를 생산합니다. 비용은 스위스 CNC 공작기계의 1/4~1/5에 불과하고 밀도는 7.5g/cm3이다. 극한 인장 강도는 119{12}}MPa, 항복 강도는 1090MPa, 연신율은 6.0%, 최대 경도는 33HRC입니다.
제품의 제조 공정은 먼저 MIM 기술로 2개의 178mm 길이 샤프트 부품을 형성한 다음 두 부품을 레이저 용접한 다음 후속 가공 및 열처리하는 것입니다. 우수한 공차 요구 사항을 달성하려면 쇼트 피닝 및 패시베이션도 필요합니다.
금속 미세 사출 성형
Metal Micro Injectionmolding(μMIM)은 독일의 IFAM Institute에서 개발한 성형 기술의 일종입니다. 미크론 부품 준비에 MIM 기술을 유기적으로 적용한 것입니다.
일반적으로 μMIM은 두 종류의 제품을 생산하는 데 사용할 수 있습니다.
① 마이크론의 크기, 부품의 몇 밀리그램에 가벼운;
② 부품의 외관 크기는 기존 사출 성형 부품의 크기와 유사하지만 국소 구조 크기는 부품의 미세 구조와 함께 미크론 수준에 도달합니다.
최근 몇 년 동안 미세 사출 성형은 사출 성형 분야의 연구 핫스팟이 되었습니다. 소형화 방향으로 현대 기계가 발전함에 따라 미세 사출 성형의 적용은 점점 더 광범위해질 것입니다[14].
현재 Karlsruha Research Center는 분광계 및 적정 플레이트 등과 같은 의료 기기의 작은 부품[15] 생산에 μMIM 기술을 성공적으로 적용했습니다. 제품의 구조 크기는 미크론 수준에 도달하고 최소 벽 두께는 50μm입니다. .
외과용 μMIM 기술을 사용하여 독일 IFAM 회사에서 생산한 봉합 앵커[16]는 성냥 머리 크기에 불과합니다.
금속 동시 사출 성형
1990년대에 시작된 Metal Co 사출 성형(Co-MIM)은 샌드위치 분말 사출 성형 기술입니다.
이 공정은 특성이 다른 두 종류의 재료를 동시에 또는 일괄적으로 금형에 주입하는 것으로, 동일한 부품에서 금속 재료와 완전히 다른 특성을 갖는 재료를 결합할 수 있습니다.
이와 같이 제품의 코팅, 열처리, 조립 등의 후속 공정이 필요 없이 기능적이고 복잡한 형상의 코어/쉘 구조를 얻을 수 있습니다. 마지막으로 하나의 공정으로 기능성 구배 재료를 제조할 수 있어 공정을 크게 줄이고 비용을 절감할 수 있습니다.
Co-mim 기술은 기능 부품의 개발 및 설계에 대한 새로운 아이디어를 제공합니다. Li Yimin et al. [17]은 co-MIM 기술을 이용한 새로운 생물학적 임플란트 구조를 제안했는데, 이는 조밀한 피질골 구조와 외부 기공의 단단한 해면골 구조에 널리 적용되고 있다.
이 구조는 이식된 뼈와 주변 뼈 구조 사이의 계면 응력 전달에 도움이 됩니다. 외부 다공성 구조의 다공성 부피 비율은 5 %에서 60 % 범위이며 가장 큰 기공은 400μm입니다.
3 전망
금속 및 세라믹 사출 성형에 대한 BCCresearch의 최근 시장 조사에 따르면 금속 및 세라믹 사출 성형 부품의 세계 시장은 2012년 15억 달러에서 2018년 거의 29억 달러로 연평균 11.4%의 성장률을 보일 것으로 예상됩니다.
동시에 자동차 판매가 감소함에 따라 MIM 기술은 의료, 항공 우주, 전자 및 기타 분야에 더 많이 포함될 것입니다.
유럽 P/M 산업을 위한 새로운 로드맵에서 유럽 P/M 협회는 의료 시장이 사출 성형 산업에서 매우 중요한 부분이라고 명시하고 있습니다.
시장이 지속적으로 확장됨에 따라 의료 분야에서 MIM 기술의 적용은 더욱 심화될 것이며, MIM 기술을 기반으로 하는 다양한 신소재와 새로운 공정이 지속적으로 개발될 것입니다.
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