MIMプロセス完全解説：フィードストックから焼結までの工程

MIMプロセス完全解説：フィードストックから焼結までの工程

金属射出成形（Metal Injection Molding）は、プラスチック射出成形の量産効率と粉末冶金の材料自由度を組み合わせた技術で、MIMプロセスと呼ばれます。複雑な形状で寸法要求が厳しい小型金属部品の量産に適しており、本稿ではMIMプロセスをフィードストック調製、射出成形、脱脂、焼結の四工程に分けて解説します。設計者と購買担当者の参考資料としてください。会社全体の製造能力については精密製造工程体系の概要をご覧ください。

MIMプロセスの四つの核心工程

仕組みは単純です。金属粉末とバインダーを混ぜて成形し、バインダーを除去して金属を焼結し、緻密な部品に仕上げます。MIMプロセス工程はこの順序で進み、各工程は最終部品の密度、寸法、機械的性質に直接影響します。

第一工程：フィードストック調製

フィードストックはMIMプロセスの起点です。金属粉末とバインダー系を管理された比率で混合します。MIMフィードストック材料には316Lステンレス鋼、17-4PH析出硬化型ステンレス鋼、4140低合金鋼、チタン合金、タングステン合金などが使われます。粉末粒径は通常2～22マイクロメートルで、従来の粉末冶金よりはるかに細かいのが特徴です。バインダーはフィードストック体積の35～45%を占め、射出成形に必要な流動性を担います。

フィードストックの安定性がMIMプロセス全体の上限を決めます。粉末の球形度が悪い、バインダー比率がばらつく、といった問題は焼結後に寸法ばらつきとして現れます。信頼できるサプライヤーは各ロットの粉末充填率を管理しています。MIM材料の機械的性質の基準はMPIF Standard 35で定義されており、材料指定時の実用的な参照資料になります。

第二工程：射出成形

加熱して可塑化したフィードストックを、閉じた金型キャビティに射出します。冷却後に得られる「グリーン部品」は最終形状を持ちますが、焼結収縮分だけ寸法が拡大されています。この工程の主要な投資対象は金型です。設計の良いMIM金型は数十万個の生産に耐えるため、量産規模では金型コストはすぐに償却され、MIMプロセスコストの主な構成要素になります。

MIM公差は通常±0.3%～±0.5%の範囲で、後工程のコイニングや機械加工でさらに厳しくできます。1個ずつ切削するCNCと違い、射出成形は大量生産で形状の均一性を確保できる点がこの工法の強みです。

第三工程：脱脂と焼結

脱脂はグリーン部品からバインダーを除去する工程で、溶剤脱脂と熱脱脂が一般的です。脱脂後の「ブラウン部品」は多孔質で強度が低く、慎重な取り扱いが必要です。焼結はMIMプロセスの決定的な工程です。ブラウン部品を合金の融点近くまで加熱すると、粉末粒子が拡散結合し、空隙率が低下して約15～20%収縮します。最終密度は理論密度の95～99%に達します。

焼結雰囲気と温度プロファイルが、得られる機械的性質を左右します。316L焼結品の引張強さは通常480MPa以上、17-4PHは溶体化・時効処理で1000MPaを超えます。

MIMプロセスが適した部品

生産実績から見ると、以下の特徴を持つ部品に最も適しています。CNCだと多工程になる複雑形状、単品重量50g以下、年間需要1万個以上。代表例は医療用鉗子のジョーやステープラー部品、スマートフォンのカードトレイやヒンジ部品、自動車センサーのハウジング、航空宇宙の小型ロック部品などです。

図面段階でMIMと粉末冶金、精密鋳造のどれが適切か迷う場合は、MIM・粉末冶金・精密鋳造の比較がコストと特性のトレードオフを整理しています。MIMとCNC加工の全面比較はロットサイズが主な判断軸となる場合に参考になります。製造できる部品の範囲は製品能力をご覧ください。

まとめ

この技術の価値は、複雑な小型部品をニアネットシェイプで量産し、切削加工のような材料ロスを出さずに均一な品質を実現することにあります。御嘉鑫科技は1998年からMIM一貫生産ラインを構築し、フィードストック、金型、脱脂、焼結までISO 9001品質体制のもとで一括対応しています。MIMが御社の部品に合うか検討中でしたら、図面を無料技術評価にお送りください。エンジニアチームが24時間以内に工程とコストの提案を行います。