Metal Injection Molding © oYOo/shutterstock.com© oYOo/shutterstock

MIM vs. klassische Gussteile – welcher Prozess ist für meine Anwendung besser?

Kennen Sie den kleinsten Knochen des menschlichen Körpers? Es ist der Steigbügel. Er ist das dritte der Gehörknöchelchen und sitzt im Mittelohr des Menschen. Er ist nur wenige Millimeter groß und wiegt um die drei Gramm. Ihn für medizinische Zwecke, beispielsweise als Edelstahl-Implantat, zu replizieren ist eine echte, fast unmögliche Meisterleistung. Fast – denn mit dem Verfahren des Metal Injection Molding, kurz MIM, ist es möglich. 

Wie genau das geht und wer im direkten Vergleich von Metal Injection Molding versus klassisches Gussteil die Nase vorn hat, erfahren Sie in diesem Beitrag. 

Metal Injection Molding – so funktioniert das Verfahren 

Hinter MIM verbirgt sich ein Verfahren zur Herstellung von einbaufertigen metallischen Bauteilen, die entweder eine komplexe Geometrie haben, in einer hohen Stückzahl mit höchster Reproduzierbarkeit gefertigt werden sollen oder über vielfältige Werkstoffeigenschaften verfügen. Der Ursprung des Metal Injection Molding findet sich in der Spritzgusstechnologie von Kunststoff. Dabei verbindet MIM die Vorteile, konkret die Einfachheit der Formgebung, des Spritzgießens (geometrische Gestaltungsfreiheit) mit den Vorteilen, die aus der Pulvermetallurgie bekannt sind, wie z.B.  die Verarbeitung anspruchsvoller, schwer- oder nicht-zerspannbarer sowie nicht-gießbarer Metalllegierungen.

​Kosten reduzieren mit Virtual Molding – mit diesen 5 Tipps klappt es garantiert

Effiziente und kostengünstige Prozesse sind für jedes Unternehmen äußerst wichtig – das gilt auch für die Spritzgießbranche. Hier bekommen Sie einige essenzielle Tipps, wie auch Sie Ihre Prozesskosten reduzieren können.

Das MIM Verfahren lässt sich grob in drei Phasen unterteilen: dem Spritzen des Grünlings, dem Entbindern und dem Sintern. Ein großer Vorteil von Metal Injection Molding liegt im ersten Schritt. Hier wird der Feedstock, eine Mischung aus feinstem Metallpulver und einem Binder, wie z.B. Wachs, mit einer Spritzgießmaschine in einem Werkzeug in Form gebracht und der sogenannte Grünling entsteht. Dabei kommen alle Vorteile in der Formgebung des Bauteils aus dem Spritzgießen zum Tragen und selbst sonst aufwändige Schritte, wie das Gewindeformen, erfolgen in diesem einen Arbeitsschritt. Beim darauffolgenden Entbindern wird der Binder wieder entfernt und das Braunteil entsteht. Zuletzt wird dieses bei hoher Temperatur in einem Ofen gesintert. Als Resultat erhält man das Sinterteil.

Höchste Präzision und überzeugende Qualität

Durch seine Möglichkeiten, anspruchsvolle, hoch belastbare Kleinteile mit komplexen Geometrien herzustellen, kann das Metal Injection Molding eine große Bandbreite bezüglich der Eigenschaften eines Bauteils realisieren. Verständlicherweise greifen aus diesem Grund viele Industrien auf eine Herstellung ihrer Bauteile durch MIM zurück.

Ob Zahnarztbohrer, AdBlue-Pumpen, Kaffeeautomaten, Schließsysteme für Haustüren, verschiedenste Sensoren oder Skibindungen – Metal Injection Molding kommt von der Medizin über die Automobil- und Bauindustrie bis hin zum Freizeitsektor in sämtlichen Bereichen des Alltags vor. Zwar gibt es auch etliche andere Methoden zur Herstellung anspruchsvoller Kleinteile, wie zum Beispiel diverse Gießverfahren, die pulvermetallurgische Herstellung im Press-Sinterverfahren oder die spanabhebende Bearbeitung aus dem Vollen. Doch diese können bei extrem filigranen und sehr komplexen Anforderungen nicht mit der Vielseitigkeit des MIM mithalten

Klassische Gussteile – in diesen Bereichen sind sie die beste Wahl 

Dennoch, Metal Injection Molding muss nicht zwangsläufig die einzige und beste Methode für jede Anforderung sein. Gerade klassische Gussteile können in manchen Bereichen mit entscheidenden Vorteilen überzeugen. Mit „klassischem“ Guss ist an dieser Stelle das Verfahren des Feingusses gemeint, dass eine Art Konkurrenzverfahren zum Metal Injection Molding darstellt. Im Unterschied zum MIM ist es beim Feinguss nötig, dass in einem vorgelagerten Verfahren ein Wachsmodell und eine Keramikform hergestellt werden, bevor es an die Produktion des Werkzeuges geht. Beim Metal Injection Molding hingegen wird direkt in eine Dauerform, dem Werkzeug, eingespritzt. 

Da das Verfahren des Metal Injection Molding aufgrund der hohen Werkzeugkosten jedoch erst ab einer Losgröße von etwa 10.000 bis 15.000 Teilen pro Jahr wirtschaftlich wird, ist der klassische Guss bei kleineren Losgrößen in jedem Fall die bessere Variante. Mit einer Ausnahme: Handelt es sich bei der Produktion um Legierungen, die sich nicht im Feinguss verarbeiten lassen, bietet sich das MIM-Verfahren an. Hier wird an Stelle einer Metallschmelze ein Pulver genutzt, das in einem thermoplastischen Binder gebunden ist und so alle Legierungen verarbeiten kann.

Metal Injection Molding oder klassischer Guss – die frühzeitige Planung entscheidet

Wichtig ist: Nicht das Verfahren bestimmt das Formteil, sondern das Formteil das Verfahren. So entwirft der Designer ein Formteil, auf dessen Grundlage das Verfahren ausgewählt wird. Im Unterschied zum Feinguss hat das Verfahren des MIM dabei große Vorteile in Bezug auf die Gestaltungsfreiheit und die verwendeten Metalllegierungen. So müssen zum Beispiel keine zusätzlichen Angussbereiche designt werden, die im Feinguss hingegen typisch sind. Außerdem lassen sich direkte Anspritzpunkte und Heißkanäle definieren und der Aufwand möglicher Nachbearbeitungen reduziert sich. 

Ein weiterer Vorteil des Metal Injection Molding zeigt sich in der Geometrie der produzierten Teile. Diese kann viel komplexer sein als beim Feinguss, was in vielen Branchen zunehmend wichtiger wird. Das übergeordnete Ziel ist, Teile in so wenigen Arbeitsschritten wie möglich herzustellen, um so Kosten zu sparen. Mit dem MIM-Verfahren ist genau das möglich. Zudem können hiermit Metalllegierungen verarbeitet werden, die im Feinguss nicht möglich sind. 

Mittels Simulation das richtige Verfahren finden

Generell gilt jedoch der Grundsatz, dass Design und Herstellungsprozess eines Bauteils harmonieren sollten. Darum sollte der Bauteilkonstrukteur darauf achten, nicht nur rein funktionsbezogen in geometrischen Kategorien zu denken, sondern auch Besonderheiten und Restriktionen der verschiedenen möglichen Herstellungsprozesse zu berücksichtigen. Auf diese Weise lässt es sich vermeiden, dass Geometrien entstehen, die mit dem geplanten Herstellungsprozess nicht harmonieren, z.B. weil Fließwege, Kantenradien oder Anspritzpunkte unpassend sind. Eine frühzeitige Abstimmung von Bauteil und Herstellungsprozess sind deswegen ein Muss. 

Bei der Entscheidung zwischen klassischem Spritzguss und Metal Injection Molding kann eine Simulation mittels Software eine wichtige Stütze sein. Sie kann sowohl den Feingussprozess als auch den Prozess des Metal Injection Molding virtuell simulieren und für die Auswahl des passenden Verfahrens entscheidende Hinweise geben. So lässt sich schnell, einfach und kostengünstig entscheiden, welches der beiden Verfahren – MIM oder Feinguss – die bessere Methode ist.