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ハイテクデバイスから医療機器まで、あらゆる設計において小型化は最重要課題です。電子部品は小型化の対象であることが多いのですが、機械部品も小型化が必要です。
これは決して小さな課題ではありません。スペースが縮小するにつれ、部品のサイズは小さくなりますが強度は維持しなければなりません。許容範囲が狭くなるので、複雑な形状を製造するのは難しくなります。しかも、コストと市場投入までの時間は最低限に維持しなければなりません。
そのような部品を製造する方法として、多くのエンジニアは機械加工やインベストメント鋳造、さらには粉末冶金を考えるかもしれません。しかし、どういうわけか多くの大学の工学部では見落とされている、長年にわたって活用されてきた既存のプロセスがあります。それは金属粉末射出成形法、MIMと呼ばれるものです。
この製法が見落とされているのは残念なことです。というのは、複雑で小型化した部品を、プラスチック射出成形を設計したことのある人なら誰でも知っているプロセスで製造できるからです。
MIMは、卓越した表面仕上げで、極めて腐食に強く、強度が高い優れた完成品を実現できます。複雑な曲線や形状、穴、小さな半径、ロゴ、文字などを施すことが可能な単一の成形プロセスで、そのような利点をすべて実現できるのです。MIMは、インベストメント鋳造を施すので、経済的にも大きく節約できます。
このアプローチは、半貴金属粉とポリマークレイを混ぜ合わせたメタルクレイを使って、趣味でジュエリーを作る方法に似ています。材料を混ぜ合わせて、時には型を使って、どんな形にでも自由に作ることができます。
MIMはこれよりは複雑ですが、基本的には同じです。金属粉と高分子接着剤をおおよそ60対40の割合で混ぜたものを使用します。加熱すると、この粉と接着剤が一体化し、その後冷却します。そうして粒状の成形用原料になります。
材料となる可能性がある金属には、ステンレススチール（17-4、316、420）、低炭素鋼（FN02、FN0205、FN08、4620、4140、8620）、軟磁性（FeSi3、FN50）、工具鋼、制御拡大合金、耐熱合金などがあります。
このプロセスは、小さな完成品または部品に最適で、大まかにはテニスボールやラケットボールより小さいサイズでなくてはなりません。壁面は同一の形状で、0.030インチから0.250インチの厚さでなければなりません。通常、製造公差は0.5%ですが、もっと小さな公差が必要不可欠な場合は、部品の何らかの部分を少し拡大して、機械加工で縮小することができます。
MIMが提供する競争力のある利点には、以下が挙げられます。
- 機械加工より優れた点 - より軽量で硬いスチールが可能で、より複雑な単一部品として部品を統合することが可能。低コストで工程数が少ない。
- インベストメント鋳造より優れた点 - より薄い壁面、なめらかな表面仕上げ、二次機械加工が少なく、より小さな穴が可能。短いリードタイムで大量製造が可能。
- 粉末冶金より優れた点 - より複雑な部品が可能、より薄い壁面、部品の統合、高密度、高強度、より優れた耐腐食性。
生産前の設計工程は、プラスチック射出成形で予測できるものと同様で、当初の設計、製造可能性の確認、成形設計、初期サンプリングなどが含まれます。
原料を作成した後は、MIMプロセス自体は単刀直入で、成形、2段階の脱脂、焼結となります。
