Vật liệu dùng cho công nghệ ép phun bột (PIM)

Công nghệ ép phun bột (PIM) là gì?

Ép phun bột là công nghệ chế tạo các chi tiết kim loại hoặc gốm kỹ thuật có kích thước nhỏ, độ chính xác cao. Trong quy trình này, bột kim loại hoặc bột gốm được phối trộn với chất kết dính, sau đó được tạo hình bằng phương pháp ép phun. Tiếp theo, các thành phần chất kết dính được loại bỏ thông qua quá trình khử chất kết dính và cuối cùng sản phẩm được thiêu kết để đạt được mật độ và các đặc tính cơ học theo yêu cầu.

Công nghệ ép phun bột được phát triển tại Hoa Kỳ vào thập niên 1970 như một bước tiến quan trọng của ngành luyện kim bột trong sản xuất chi tiết kim loại. Phương pháp này kết hợp công nghệ luyện kim bột truyền thống với kỹ thuật ép phun nhựa. Trong khi phương pháp luyện kim bột truyền thống sử dụng khuôn ép nén bột và chỉ thích hợp để sản xuất các chi tiết có hình dạng tương đối đơn giản, thì ép phun bột áp dụng nguyên lý tương tự công nghệ ép phun, cho phép sản xuất hàng loạt các chi tiết có hình dạng phức tạp với độ chính xác cao.

Vai trò của nhựa POM trong công nghệ ép phun bột

Trong số các loại nhựa được sử dụng làm chất kết dính cho công nghệ ép phun bột, nhựa POM nổi bật nhờ nhiều đặc tính ưu việt. Vật liệu này có khả năng gia công tốt, độ ổn định kích thước cao, cơ tính vượt trội và thuộc nhóm nhựa kết tinh có các đặc tính vật lý ổn định trong dải nhiệt độ rộng, kéo dài đến gần nhiệt độ nóng chảy.

Nhờ những đặc điểm trên, POM được sử dụng rộng rãi trong sản xuất các chi tiết nhựa chính xác như bánh răng kỹ thuật. Khi được ứng dụng làm chất kết dính trong công nghệ ép phun bột, các ưu điểm này tiếp tục được phát huy, góp phần nâng cao độ chính xác và tính ổn định của quá trình sản xuất.

Hamakyu cung cấp các loại chất kết dính phù hợp cho cả hai phương pháp khử chất kết dính trong công nghệ ép phun bột:

💎 Khử chất kết dính bằng xúc tác.
💎 Khử chất kết dính bằng nhiệt.

Ngoài các loại chất kết dính dành cho quy trình khử bằng xúc tác, Hamakyu còn cung cấp hệ chất kết dính tích hợp dành cho công nghệ ép phun kim loại, phù hợp với quy trình khử chất kết dính bằng nhiệt, giúp đơn giản hóa công đoạn phối liệu, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả vận hành.

TENAC™-P PC120

TENAC™-P PC120 là cấp vật liệu được phát triển như một hệ chất kết dính tích hợp, phù hợp cho quy trình khử chất kết dính bằng xúc tác trong công nghệ ép phun kim loại.

TENAC™- P PC120

Với năng lực phát triển vật liệu nhựa POM, Hamakyu đã phát triển dòng vật liệu có độ chảy vượt trội, đáp ứng yêu cầu của quy trình khử chất kết dính bằng xúc tác và phù hợp cho việc sản xuất các chi tiết kích thước nhỏ như linh kiện điện thoại thông minh.

Sản phẩm được phối trộn sẵn các phụ gia đóng vai trò quan trọng trong quy trình ép phun kim loại. Nhờ đó, nguyên liệu cấp liệu có thể được chuẩn bị đơn giản bằng cách trộn trực tiếp với bột kim loại, giúp giảm bớt công đoạn xử lý và nâng cao hiệu quả sản xuất.

TENAC™-P PC120 sở hữu khả năng chảy rất cao trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học đặc trưng của nhựa POM. Khi được sử dụng làm chất kết dính trong công nghệ ép phun bột, vật liệu này giúp cải thiện khả năng tạo hình, đặc biệt hiệu quả đối với các sản phẩm có thành mỏng, kích thước nhỏ hoặc được sản xuất bằng khuôn nhiều lòng.

Hạng mục	Phương pháp thử	Đơn vị	TENAC™-P PC120
Chỉ số chảy MVR	Phương pháp Asahi Kasei (190°C, 2,16 kg)	cm³/10 phút	85
Khối lượng riêng	ISO 1183	g/cm³	1,31
Hàm lượng chất kết dính tham khảo*	Đối với bột có D50 ≈ 10 μm, khối lượng riêng đổ đầy ≈ 4,5 g/cm³	% thể tích	37 – 38
Đặc tính	—	—	Mùi thấp, độ chảy cao

Lưu ý:

🔹Hàm lượng chất kết dính thực tế có thể thay đổi tùy theo loại bột kim loại được sử dụng.
🔹Các giá trị trên là giá trị điển hình thu được từ các phương pháp thử nghiệm thích hợp và không được sử dụng làm tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc thông số cam kết sản phẩm.
🔹Các thông số có thể được thay đổi nhằm cải tiến tính năng và chất lượng vật liệu mà không cần thông báo trước.

TENAC™-C FF520 / FF52P cho công nghệ ép phun bột khử xúc tác

TENAC™-C FF520 (bên trái, dạng hạt) / FF52P (bên phải, dạng bột)

TENAC™-C FF520 và FF52P là các dòng nhựa polyacetal đồng trùng hợp có độ chảy siêu cao, được phát triển để sử dụng làm nhựa nền chất kết dính trong công nghệ ép phun bột.

TENAC™-C FF520 (trái, dạng hạt) / FF52P (phải, dạng bột)

Nhựa polyacetal (POM) thường được sử dụng làm thành phần của hệ chất kết dính trong công nghệ ép phun bột nhờ độ bền cơ học cao và khả năng phân hủy hoàn toàn dưới tác động của axit hoặc nhiệt mà không để lại cặn.

TENAC™-C FF520 và FF52P sở hữu khả năng chảy vượt trội trong khi vẫn duy trì các đặc tính cơ học ưu việt vốn có của nhựa POM.

Đặc tính chung của TENAC™-C FF520, FF52P và các loại nhựa tham chiếu

Hạng mục	Phương pháp thử	Đơn vị	FF52P	FF520	7520	HDPE*	PP*
Chỉ số chảy khối lượng (190°C, 2,16 kg)	ISO 1133	g/10 phút	120	120	30	40	75 (230°C)
Khối lượng riêng	ISO 1183	g/cm³	1,41	1,41	1,41	0,96	0,90
Nhiệt độ nóng chảy	DSC	°C	165	165	165	133	162
Hàm lượng tro sau nung	TGA, 500°C trong môi trường N₂	%	0	0	0	0,5	0
Mô đun đàn hồi kéo	ISO 527-1	MPa	2840	2840	2800	1000	1400
Mô đun đàn hồi uốn	ISO 178	MPa	2810	2810	2600	1000	1300
Độ bền va đập Charpy có khía	ISO 179	kJ/m²	3	3	5	2,5	2
Nhiệt độ biến dạng dưới tải (0,45 MPa)	ISO 75	°C	156	156	156	67	100
Dạng vật liệu	—	—	Bột (D50 ≈ 500 μm)	Hạt	Hạt	Hạt	Hạt
Đặc điểm	—	—	Độ chảy siêu cao	Độ chảy siêu cao	Độ chảy siêu cao	Giá trị tham chiếu	Giá trị tham chiếu

HDPE và PP là các giá trị tham chiếu của các cấp vật liệu thường được sử dụng trong công nghệ ép phun bột

🔹 TENAC™-C FF520 được cung cấp ở dạng hạt, trong khi TENAC™-C FF52P được cung cấp ở dạng bột.
🔹 Cả hai vật liệu đều có chỉ số chảy rất cao, giúp cải thiện khả năng điền đầy khuôn và tạo hình đối với các chi tiết có hình dạng phức tạp hoặc kích thước nhỏ.
🔹 Các giá trị nêu trên là giá trị điển hình thu được từ các phương pháp thử nghiệm phù hợp và không được sử dụng làm tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc thông số cam kết sản phẩm.
🔹 Các thông số có thể được thay đổi nhằm cải tiến tính năng và chất lượng vật liệu mà không cần thông báo trước.

Mẫu thử ISO 2740 sau thiêu kết được chế tạo bằng TENAC™-C FF520 (chưa đánh bóng).

TENAC™-P PT120 – Chất kết dính tích hợp cho MIM khử nhiệt

Bằng cách ứng dụng công nghệ phối trộn vật liệu, nhiều loại nhựa được kết hợp và phân tán đồng đều nhằm giảm thiểu lỗ rỗng và lượng cặn còn lại trong sản phẩm sau thiêu kết.

So sánh tỷ lệ lỗ rỗng giữa TENAC™-P PT120 và hệ chất kết dính thông thường

Hệ chất kết dính này đặc biệt phù hợp cho các chi tiết thành mỏng và các sản phẩm trong lĩnh vực y tế đòi hỏi chất lượng cao.

TENAC™-P PT120 là cấp vật liệu được phát triển như một hệ chất kết dính tích hợp, phù hợp cho quy trình khử chất kết dính bằng nhiệt trong công nghệ ép phun kim loại.

Như thể hiện trong bảng dưới đây, các mẫu thiêu kết sử dụng TENAC™-P PT120 đạt được các đặc tính cơ học cao. Đồng thời, sự biến động về độ bền cơ học giữa các sản phẩm được giảm thiểu, giúp tạo ra các chi tiết thiêu kết có chất lượng ổn định và độ tin cậy cao.

Hạng mục	Đơn vị	TENAC™-P PT120	Chất kết dính khử nhiệt thông thường
Loại kim loại	—	SUS316L	SUS316L
Khối lượng riêng	g/cm³	7,72	7,67
Độ lệch chuẩn khối lượng riêng	—	0,00	0,01
Độ bền kéo	MPa	512	470
Độ lệch chuẩn độ bền kéo	MPa	0,7	65,0
Độ giãn dài khi kéo đứt	%	52,5	43,0
Độ lệch chuẩn độ giãn dài	—	0,6	14,8

Điều kiện thử nghiệm

💎 Mẫu thiêu kết: PT120 / thép không gỉ 316L = 35/65 % thể tích.
💎 Kích thước hạt thép không gỉ 316L: D50 = 9,3 μm.
💎 Nhiệt độ thiêu kết: 1350°C.
💎 Mẫu thử: Thanh thử dạng xương chó theo ISO 2740, đường kính phần giữa (GP) 5 mm.

Lưu ý

🔹 Dữ liệu trên là các giá trị điển hình thu được từ các phương pháp thử nghiệm phù hợp và không được sử dụng làm tiêu chuẩn kỹ thuật hoặc thông số cam kết sản phẩm.
🔹 Các thông số có thể được thay đổi nhằm cải tiến tính năng và chất lượng vật liệu mà không cần thông báo trước.

Thông tin về công nghệ ép phun bột

Quy trình ép phun bột

Công nghệ ép phun bột bao gồm cả ép phun kim loại sử dụng bột kim loại và ép phun gốm sử dụng bột gốm. Về cơ bản, hai quy trình này có nguyên lý và trình tự sản xuất tương tự nhau.

Ví dụ đối với công nghệ ép phun kim loại, quy trình sản xuất thường được thực hiện như sau:

Trước tiên, bột kim loại được phối trộn với hệ chất kết dính gồm nhựa và sáp để tạo thành hỗn hợp đồng nhất. Hỗn hợp này sau đó được tạo thành nguyên liệu cấp liệu có khả năng tạo hình tốt và được tạo hạt để phục vụ quá trình ép phun.

Nguyên liệu cấp liệu được đưa vào máy ép phun và tạo hình tương tự như quá trình ép phun nhựa thông thường. Sau khi tạo hình, sản phẩm được xử lý bằng nhiệt, dung môi, chất xúc tác hoặc các phương pháp thích hợp khác để loại bỏ chất kết dính. Cuối cùng, sản phẩm được thiêu kết trong lò nhằm tạo ra các chi tiết kim loại có độ chính xác cao.

Các chi tiết sau công đoạn ép phun ban đầu vẫn chứa một lượng chất kết dính nhất định. Thành phần này sẽ được loại bỏ trong các giai đoạn khử chất kết dính và thiêu kết, tạo ra sản phẩm kim loại hoàn chỉnh có hình dạng ba chiều phức tạp tương tự như các sản phẩm được chế tạo bằng công nghệ ép phun nhựa.

Đặc điểm của công nghệ ép phun bột

Công nghệ ép phun bột là giải pháp gia công tiên tiến đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong nhiều lĩnh vực như thiết bị chính xác, điện – điện tử, viễn thông, linh kiện ô tô và thiết bị y tế.

Do áp dụng nguyên lý tạo hình tương tự công nghệ ép phun nhựa, ép phun bột sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật:

🔹Sản xuất được các chi tiết có hình dạng phức tạp với độ chính xác cao.
🔹Linh hoạt trong việc lựa chọn vật liệu kim loại hoặc gốm.
🔹Phù hợp cho sản xuất hàng loạt với chất lượng ổn định.
🔹Hạn chế hoặc loại bỏ các công đoạn gia công cắt gọt sau tạo hình.
🔹Hiệu quả cao đối với các chi tiết có kích thước nhỏ.

Hạn chế:

❗Khó áp dụng cho các sản phẩm có kích thước lớn.

Các loại nhựa sử dụng làm chất kết dính trong công nghệ ép phun bột

Nhựa sử dụng làm chất kết dính trong công nghệ ép phun bột cần đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật quan trọng:

✔️ Có khả năng phối trộn đồng đều với bột kim loại hoặc bột gốm để tạo thành nguyên liệu cấp liệu ổn định.
✔️ Đảm bảo khả năng gia công và tạo hình tốt trong quá trình ép phun.
✔️ Tăng độ bền cơ học của sản phẩm sau tạo hình.
✔️ Không phát sinh khuyết tật trong quá trình khử chất kết dính.
✔️ Dễ dàng loại bỏ trong các công đoạn khử chất kết dính và thiêu kết.
✔️ Không để lại cặn hoặc tạp chất ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm cuối cùng.