PIM/MIM Powder&Metal Injection Molding

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Prevenire i difetti visivi mediante la simulazione del flusso con Moldex3D

Le "linee scure" (black lines) o i segni superficiali (flow marks) sono alcuni difetti superficiali più comuni nei processi ad iniezione con componenti metalliche Metal Injection Molding (MIM).
Essi sono causati da situazioni di discontinuità e separazione nella fase di legame tra polvere metallica e componenti leganti separazione di fase legante, che si traduce in una distribuzione non uniforme della polvere.
La maggior parte di questi difetti sono ben conosciuti e avvengono durante l'iniezione della carica miscelata nella cavità e si osservano sulla superficie del pezzo stampato.
Solitamente questi difetti non possono essere "identificati" nella fase di iniezione e li troviamo in evidenza solo alla fine della fase di sinterizzazione, quando ormai è troppo tardi.

Fig. 1 (a) il modello geometrico (b) distribuzione/ concentrazione delle polveri (c) il risultato relativo alla distribuzione della velocità di taglio

Le aree contrassegnate da "black lines" indicano una bassa e non omogenea concentrazione di polvere e ed una troppo elevata presenza di legante.
Durante la sinterizzazione, queste zone evidenziano difetti visivi e indicano il rischio di un possibile decadimento delle prestazioni meccaniche della parte.
La fase di progettazione del prodotto si accompagna alla complessità stessa del prodotto, e quindi in termini di costo e di tempo non è conveniente utilizzare l'approccio per tentativi
a correzione degli errori per risolvere i difetti superficiali (ma non solo superficiali) come le linee nere.
Pertanto, è necessario comprendere al meglio le proprietà chimico-meccaniche e il comportamento prima della fase sinterizzazione per garantire al meglio la qualità la qualità del prodotto finale.
Il seguente caso di studio riguarda una parte realizzata con processo MIM, con un ugello d'ingresso a “fettuccia” (fan gate), che evidenzia come l'utilizzo di un sistema di analisi e simulazione Moldex3D (PIM/MIM) è in grado di prevedere il fenomeno e di meglio indirizzare alla soluzione.
Tutto questo avviene in ambiente virtuale e solo quando raggiungo la totale confidenza (Total Digital Confidence) passo al processo fisico di realizzazione.
Secondo i risultati di concentrazione di polvere e di analisi della distribuzione del flusso, la parte ha una concentrazione abbastanza uniforme della polvere metallica sulla superficie.
Tuttavia, in prossimità del punto d'ingresso (gate) una velocità di taglio troppo elevata porta ad una concentrazione di polvere non uniforme; queste zone sono spesso segnati da linee nere.
Attraverso la soluzione Moldex3D PIM/MIM, gli utenti possono facilmente definire diversi scenari e diverse combinazioni (posizione e forma del sistema di alimentazione, settaggio dei parametri PVT, proprietà dei materiali e le condizioni di processo, ecc.).
Ancora più importante, gli utenti possono meglio identificare la cause e prevedere le potenziali aree di difettosità attraverso l'ottimizzazione dei parametri di processo con Moldex3D.
Di seguito è riportato il confronto che mostra una buona correlazione tra i risultati della simulazione (Black Lines) e il pezzo stampato.

I risultati indicano che le soluzioni di simulazione CAE possono aiutare gli utenti a dimostrare e validare il progetto, identificare la potenziale difettosità, prima della produzione effettiva.

(Giorgio Nava - Moldex3D Italia - giugno 2014)