MIM(금속 사출 성형)은 1970년대 미국에서 시작된 비교적 최신 금속 성형 공정입니다. 이 기술은 원래 항공우주 및 방위 산업에 사용되었습니다. 50년이 넘는 개발을 거치면서 적용 분야가 소비자 전자제품, 반도체, 자동차, 전동 공구 및 의료 산업으로 확대되었습니다.
의료 산업에서 MIM 부품은 복강경 수술 로봇(인튜이티브 등), 수술 도구, 내시경, 치과용 소모품 및 임플란트와 같은 분야에 사용되고 있습니다. 의료기기가 최소 침습 수술 시대에 접어들면서 기기의 크기가 작을수록 체강 내부로 더 깊이 들어갈 수 있고 환자의 외상도 줄어듭니다. 이에 따라 기기 내부 부품의 크기도 점점 더 작아져야 합니다. 마이크로 MIM은 크기와 정밀도에 대한 요구 사항이 엄격한 이러한 분야에 적합합니다.
μ-MIM의 생산 공정은 기존 MIM과 동일합니다. 먼저 금속 분말을 고분자 바인더와 혼합한 다음 과립화합니다. 과립화를 통해 플라스틱 입자와 유사한 펠릿을 만들며, 이를 피드스톡(Feedstock)이라고 합니다. 이 피드스톡 혼합물을 금형에 주입합니다. 일정 시간이 지나면 제품이 사출 성형됩니다. 이때 제품을 그린 파츠(Green
Parts)라고 합니다. 다음으로 고온, 화학적 방법 또는 촉매 방법을 통해 고분자 바인더를 제거하여 금속 분말이 서로 결합하도록 하고 치밀한 금속 부품을 형성합니다. 마지막으로 후가공 단계를 거쳐 특정 위치, 동심도 및 기타 치수로 가공하거나 레이저로 QR 코드를 각인할 수 있으며, 검사 후 출하합니다.
재료 적용 측면에서 마이크로 MIM과 MIM은 304, 316, 17-4, 티타늄, 니켈, 텅스텐 및 세라믹과 같은 동일한 재료를 사용할 수 있습니다. 기존 MIM에 마이크로 MIM을 적용할 수 있으며, 생체 적합성이 요구되는 경우에는 이에 맞는 재료를 선택할 수도 있습니다. 특히 마이크로 MIM은 PEEK 재료를 사용하여 비금속 바늘을 생산할 수도 있습니다. 마이크로 MIM과 기존 MIM의 차이는 크기와 정밀도에 있습니다. 아래 표에서 볼 수 있듯이 일부 소형 부품(5 mm 미만)의 경우 마이크로 MIM 공정으로 생산된 제품의 공차는 1까지 달성할 수 있지만, 기존 MIM 공정은 3까지만 가능합니다. 또한 마이크로 MIM은 제품 밀도 또는 부품 밀도가 더 높고, 박육 설계에서 더 얇게 제작할 수 있습니다. 이러한 정밀도를 구현하려면 사출 성형기의 유지보수, 금형 정밀도 제어, 사출 성형 공정 제어 및 소결 공정에 대한 높은 수준의 관리가 필요합니다.
마이크로 MIM 공정으로 생산된 제품 - 마이크로 기어.
마이크로 기어는 복잡하고 정밀한 치형을 가지고 있으며, 회전하는 외부 톱니의 형상이 매우 복잡합니다. 기어 높이는 1 cm에 불과하고 외경은 1.5 cm에 불과합니다. 또한 이 대형 기어 위에는 크기가 약 2 mm인 더 작은 MIM 기어가 있습니다. 이 마이크로 기어 역시 대형 기어와 맞물리는 기어로 MIM 공정을 사용해 생산할 수 있습니다.
마이크로 MIM 공정으로 생산된 제품 - 회전하는 내부 톱니가 있는 금속 기어
이 제품 역시 MIM으로 생산됩니다. 외경은 1 cm에 불과하고 두께는 3 mm에 불과하지만, 마이크로 MIM 기술의 높은 정밀도와 가공 능력 덕분에 이러한 마이크로 기어는 우수한 성능을 유지할 수 있습니다.
이 두 기어는 가공으로도 제작할 수 있지만, 대량 생산에서는 MIM 공정이 비용 측면의 장점을 더욱 잘 발휘할 수 있습니다. 언더컷, 복잡한 내부 캐비티 및 공구가 전혀 진입할 수 없는 영역과 같이 설계 요소가 더 복잡한 금속 부품도 있습니다. MIM을 사용하면 가공의 한계를 극복할 수 있습니다.
마이크로 MIM 공정으로 생산된 제품 - 노즐 캡
미세 구멍이 있는 이 바늘 캡의 직경은 4 mm이며, 바늘 캡 중앙에는 30마이크론 크기의 핀홀이 있습니다. 일부 사람들은 이 30마이크론 직경의 핀이 후속 가공을 통해 만들어졌다고 생각할 수 있습니다. 그러나 실제로는 그렇지 않습니다. 이 구멍 역시 MIM 공정으로 형성되지만 소결 후 크기가 줄어듭니다. 소결 전에는 이 구멍이 30마이크론보다 큽니다. 바로 이러한 특징 덕분에 마이크로 MIM 공정은 와이어 절단과 같이 기존 생산 공정에서 절삭이 어렵거나 비용이 매우 많이 드는 크기와 형상도 구현할 수 있습니다.
마이크로 MIM 공정은 다양한 미세 구조 제품에 적용되고 있습니다. 여기에는 내시경 장비의 복잡한 구조 부품, 다양한 복합 마이크로 기어, 두께가 10마이크론에 불과한 마이크로 블레이드, 다양한 형상의 마이크로 수술용 겸자, 마이크로 노즐 등이 포함됩니다.
가공과 MIM 공정을 비교할 때 복잡도가 동일하고 수량이 적다면 가공을 고려할 수 있습니다. 물론 먼저 레이저 3D 프린팅으로 그린 파츠를 제작한 후 완제품을 소결하는 방법도 고려할 수 있습니다. 수요가 많다면 동일한 복잡도에서 MIM 공정의 비용이 가장 낮으며, 가공보다 훨씬 저렴합니다. 또한 수요가 동일한 경우 마이크로 MIM은 기존 MIM보다 복잡한 구조 설계의 제품에 더 적합합니다.
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텅스텐-구리 사출 성형 응용 분야
MIM 부품의 특성