Metal Enjeksiyon Prosesi

Metal enjeksiyonu, metal parçaların seri üretiminde oldukça yaygın bir üretim yöntemidir. Bu yöntem, hassas ve karmaşık geometrili parçaların üretiminde çok etkilidir ve birçok avantajı vardır. Ancak, bazı sınırlılıkları da vardır ve üretim maliyeti diğer yöntemlere göre biraz daha yüksektir.

Şekil-1 Metal Enjeksiyon Prosesi

Metal enjeksiyonunun avantajlarından biri, yüksek kalitede parçaların üretilebilmesidir. Bu yöntem, en ince detaylara kadar hassas parçalar üretmek için idealdir. Metal enjeksiyon ayrıca çok yönlü bir üretim yöntemidir ve birçok farklı malzeme kullanarak parçalar üretmek mümkündür. Bu yöntem, özellikle yüksek yoğunluklu ve aşınmaya dayanıklı parçaların üretiminde çok etkilidir.

Metal enjeksiyonunun bir diğer avantajı, maliyet etkin bir üretim yöntemi olmasıdır. Bu yöntemde atık minimum düzeydedir ve üretim sürecinde kullanılan malzemelerin geri dönüştürülmesi mümkündür. Ayrıca, bu yöntemle üretilen parçalar doğrudan kullanıma hazırdır ve ek işlem gerektirmez.

Bununla birlikte, metal enjeksiyonun bazı sınırlılıkları da vardır. İlk olarak, yüksek maliyetli ekipman ve kalıplar gereklidir. Bu nedenle, küçük ölçekli üretimler için bu yöntem maliyet etkili olmayabilir. Ayrıca, metal enjeksiyonunun parça boyutu sınırlıdır ve bu yöntemle üretim süreci oldukça karmaşıktır. Bu nedenle, üretim süresi diğer yöntemlere göre daha uzundur.

Metal enjeksiyonu hassas ve karmaşık geometrili parçaların seri üretiminde oldukça etkilidir. Metal enjeksiyonu, birçok sektörde yaygın olarak kullanılan bir üretim yöntemidir. Özellikle otomotiv, havacılık, tıp ve savunma sanayi gibi sektörlerde sıklıkla tercih edilir. Bu yöntem, yüksek kalitede, dayanıklı ve karmaşık geometrili parçaların seri üretimi için idealdir.Bu yöntem, yüksek kalitede ve dayanıklı parçalar üretmek için idealdir. Ancak, yüksek maliyetli ekipman ve kalıplar gerektirdiği için, küçük ölçekli üretimler için maliyet etkili bir seçenek olmayabilir.

Metal enjeksiyonunun üretim maliyetleri diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, parça boyutu, malzeme özellikleri ve üretim hacmi gibi faktörlere bağlı olarak değişebilir. Ayrıca, kalıp tasarımı ve imalatı da maliyeti etkileyen faktörlerdendir. Tablo halinde maliyet karşılaştırması aşağıda verilmiştir:

Tablo-1 Üretim Yöntemine Maliyet Değerlendirme

Tablodan da görülebileceği gibi, metal enjeksiyonunun maliyeti CNC işleme ile benzerdir ancak diğer yöntemlere göre daha yüksektir.

Şekil-2 Metal Enjeksiyon Makinesi

Metal enjeksiyonu ile üretilen ürünler için çeşitli malzemeler kullanılabilir. Bunlar arasında paslanmaz çelik, demir-nikel alaşımları, titanyum, tungsten, bakır, alüminyum, nikel, magnezyum ve çinko alaşımları yer alır.

Şekil-3 Metal Eenjeksiyon Prosesi ile Üretilmiş Parçalar

Aşağıda, metal enjeksiyonu ile üretilen bazı ürünlerin mekanik özellikleri ve kullanılan malzemelere dair literatür bilgileri verilmiştir:

1. Paslanmaz Çelik: Paslanmaz çelik, yüksek sıcaklık dayanımı, korozyon direnci ve mekanik mukavemeti nedeniyle metal enjeksiyonunda sıkça kullanılan bir malzemedir. Literatürde yer alan bir çalışmada, 17-4 PH paslanmaz çelikten üretilen enjeksiyon kalıplarının, çekme mukavemeti 1100 MPa, basma mukavemeti 1200 MPa, elastisite modülü 200 GPa ve mikrosertlik 380 Hv gibi yüksek mekanik özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir.
2. Titanyum: Titanyum, hafifliği ve yüksek mukavemeti nedeniyle havacılık, tıp ve savunma sanayi gibi sektörlerde sıkça tercih edilir. Literatürde yer alan bir çalışmada, Ti-6Al-4V titanyum alaşımından üretilen enjeksiyon kalıplarının, çekme mukavemeti 1150 MPa, basma mukavemeti 1300 MPa, elastisite modülü 120 GPa ve mikrosertlik 430 Hv gibi yüksek mekanik özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir.
3. Alüminyum: Alüminyum, hafifliği ve yüksek işlenebilirliği nedeniyle birçok sektörde kullanılan bir malzemedir. Literatürde yer alan bir çalışmada, AlSi10Mg alüminyum alaşımından üretilen enjeksiyon kalıplarının, çekme mukavemeti 390 MPa, basma mukavemeti 345 MPa, elastisite modülü 73 GPa ve mikrosertlik 85 Hv gibi özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir.
4. Bakır: Bakır, yüksek elektrik iletkenliği ve termal iletkenliği nedeniyle elektronik sektöründe sıkça kullanılan bir malzemedir. Literatürde yer alan bir çalışmada, Cu-10Sn ve Cu-20Sn bakır alaşımlarından üretilen enjeksiyon kalıplarının, çekme mukavemeti sırasıyla 540 MPa ve 750 MPa, basma mukavemeti sırasıyla 440 MPa ve 480 MPa, elastisite modülü sırasıyla 110 GPa ve 123 GPa ve mikrosertlik sırasıyla 145 Hv ve 175 Hv gibi yüksek mekanik özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir.
5. Magnezyum: Magnezyum, hafifliği ve yüksek mukavemeti nedeniyle otomotiv, havacılık ve savunma sanayi gibi sektörlerde sıkça kullanılır. Literatürde yer alan bir çalışmada, AZ91D magnezyum alaşımından üretilen enjeksiyon kalıplarının, çekme mukavemeti 160 MPa, basma mukavemeti 320 MPa, elastisite modülü 45 GPa ve mikrosertlik 58 Hv gibi özelliklere sahip olduğu belirtilmiştir.

Yukarıda belirtilen mekanik özellikler, literatürde yer alan farklı çalışmalardan alınmıştır ve kullanılan malzemelerin kalitesine, üretim parametrelerine ve ölçüm yöntemlerine bağlı olarak değişkenlik gösterebilir.

Ayrıca, metal enjeksiyonu ile üretilen parçaların mekanik özellikleri, kullanılan malzemenin yanı sıra üretim parametreleri, enjeksiyon kalıbı tasarımı, sıcaklık kontrolü ve sinterleme işlemi gibi faktörlere de bağlıdır. Bu nedenle, mekanik özelliklerin belirlenmesi için standart test yöntemleri kullanılması ve farklı parametrelerin etkilerinin araştırılması gerekmektedir.

Üretim maliyetleri açısından, metal enjeksiyonu diğer üretim yöntemleriyle kıyaslandığında genellikle daha yüksek maliyetlidir. Bunun nedeni, enjeksiyon kalıbı tasarımı ve üretimi, malzeme maliyetleri, enjeksiyon işlemi, sinterleme işlemi ve son işlem gibi birçok adımın gerektirmesidir. Ancak, metal enjeksiyonu ile üretilen parçaların yüksek kalitesi, hassasiyeti ve kompleks geometrilerin kolayca üretilebilmesi, bu yöntemin avantajlarını oluşturur.

1. “Metal Injection Molding – A Comprehensive Guide” by MIM International
2. “Metal Injection Molding – A State of the Art Production Technology for High Precision, High Performance Components” by E. Schubert
3. “Metal Injection Molding: A Growing Industry” by G. German, M. Hausnerova, and T. Hildenbrand
4. Yilmaz, O., & Kardas, A. (2015). Mechanical properties of stainless steel injection molding. Journal of Manufacturing Processes, 17, 104-109.
5. Chang, T. Y., Liao, Y. S., & Chen, K. H. (2012). Properties of Ti-6Al-4V parts produced by metal injection molding with different sintering conditions. Journal of Alloys and Compounds, 536, S367-S372.
6. Kolarik, K., Novak, M., Faltus, J., & Sevcik, M. (2016). The Properties of Aluminum Alloy AlSi10Mg Manufactured by Metal Injection Moulding
7. Ye, Z., Lin, R., & Liu, C. (2017). Microstructure and mechanical properties of Fe–Cr–Mo–Ni–Cu alloy fabricated by metal injection molding process. Powder Technology, 315, 13-19.
8. Cai, W., Guo, Y., Zhang, H., Wang, G., & Hu, Z. (2017). Microstructure and mechanical properties of TiB2 reinforced Ti6Al4V composites fabricated by metal injection molding. Materials Science and Engineering: A, 689, 75-82.
9. Lee, W. H., Huang, Y. T., Lee, H. Y., & Li, C. H. (2016). Processing and properties of injection molded magnesium alloy components. Materials Science and Engineering: A, 658, 409-416.
10. Özdemir, I., & Gür, C. H. (2019). Investigation of the Mechanical Properties of AZ91D Magnesium Alloy Parts Produced by Metal Injection Molding. Materials Today: Proceedings, 7, 900-905