Hakan SUNGUR
Makine Y. Müh.
TekoTek Kesici Takımlar Ltd.
hsungur@tekotek.com.tr

Giriş:

Metal Enjeksiyon Kalıplama (MIM-Metal Injection Moulding) Teknolojisinde mühendisler metal ve plastik bağlayıcıların karışım formülünü keşfettiklerinde ve karışım malzemenin kendini çekme özelliğini yönetmeye başladıklarında adeta birer büyücüye dönüşüyorlar: Onlar artık çok hassas toleranslara sahip MIM parçaları üretebilir, aynı malzemeden farklı büyüklüklerde ya da farklı malzemelerden aynı büyüklükte ürünler elde edebilirler. Ve bunların hepsini tek bir kalıp seti ile yapabilirler. Daha da ötesi; kalıp setleri işleme hataları içerse dahi bunu başarabilirler…

Metal Enjeksiyon Kalıplama ya da literatürde bilinen adıyla MIM teknolojisi özet olarak şu aşamalardan meydana gelmektedir: Metal tozları sıcak olarak organik bağlayıcılarla karıştırılır. Homojen ve uniform olarak elde edilen karışım soğutularak granülize edilir. Belli bir granül büyüklüğüne sahip malzeme enjeksiyon preslerinde kullanılır. Enjeksiyon işlemi ile “Yeşil Parça” adı verilen, metal ve plastik bağlayıcının bir arada bulunduğu ve henüz herhangi bir metalik bağlantı içermeyen, parçalar çekme payları da dikkate alınarak istenilen geometri ve biçimde şekillendirilir. Daha sonra bağlayıcı plastik maddeler yapıdan dikkatli bir şekilde uzaklaştırılır. Ayrıştırma adı verilen bu işlem iki aşamada gerçekleştirilir: Kimyasal ayrıştırma işleminde yağlar organik bir çözücü içerisinde (solvent) eritilmek suretiyle yapıdan çıkarılır. Termal ayrıştırma işleminde ise termo-plastik maddeler düşük sıcaklıktaki ön-sinterleme fırınlarında yakılmak suretiyle bertaraf edilir. Bu aşamada elde edilen parçaya “Kahverengi Parça” denmektedir. Bir sonraki adımda parçalar sinterlenerek istenilen ölçü, yoğunluk ve mekanik özelliklere uygun şekilde katılaştırılır. Sinterlenerek artık metal halini almış parçalara talaş kaldırma işlemleri (kesme, delme, diş çekme, taşlama vs.), ısıl işlemler (sertleştirme, menevişleme, yaşlandırma vb.) ve yüzey işlemleri (kaplama, karartma, boyama vs.) uygulanabilir.

MIM, özellikle kompleks şekilli, mikro-hassas ve göreceli olarak küçük parçaların elektronik, havacılık, el aletleri, ateşli silahlar, tıp, otomotiv ve diğer endüstriler için ekonomik biçimde ve seri bir şekilde üretilmesine imkan tanıyan bir yöntemdir. Mikromotorlar, aktivatörler, sensörler, ısı eşanjörleri, filtreler, mikrovalfler ve pompalar, medikal enstrumanlar, biomedikal implant parçaları ve benzerleri bazı uygulama alanlarına ait örneklerdir.

Fırsatların bulunduğu diğer bir alan da kitle üretimi gerektiren tüketim mallarıdır. Teknolojinin eksponansiyel olarak gelişmesi ve dünya pazarlarının globalleşmesi bilgisayar, cep telefonu, saat ve elektronik endüstrisinin sayısız çeşitteki maharetli aletlerini üreten firmalarını kıyasıya rekabet etmeye zorlamaktadır. Üreticiler, giderek daha eğitimli hale gelen ve ince detayları farkedebilen tüketici toplumu karşısında ayakta kalabilmek için hızlı hareket etmek ve ürünlerinin dizaynlarını sürekli geliştirmek zorunda kalmaktadır. Ayrıca sadece teknolojideki hızlı değişime ayak uydurmakla yetinmeyip, çok daha fazla fonksiyonelliğe ve estetik çekiciliğe sahip yeni ürünler pazara sunmaktadırlar (örneğin farklı şekiller ve boyutlar, değişik malzemeler ve çeşitli renk ve özellikte yüzey görünümleri).

Şekil.1 – MIM ile Üretilmiş 316L Paslanmaz Çelikten Kilit Silindir Yuvası

Tüm bunların bir sonucu olarak tüketim mallarının ekonomik ömrü gittikçe kısalmaktadır. Saat, bilgisayar, cep telefonu gibi ürünlerde bu süre 6 aya kadar düşmüştür. Eskimiş ürünlerin yerine yenilerini sunmak kalıp imalatına sürekli ve büyük bir yatırım yapmayı gerektirmektedir. Hammadde ise pahalı ve bulması zor bir kaynaktır. Talaşlı imalat özellikle küçük boyutlu ve hassas parçalar sözkonusu olduğunda zor ve maliyetli bir yöntemdir. Yüksek bozuk oranı ve geri dönüşüm güçlüğü dezavantaj teşkil etmektedir. Bu noktada MIM teknolojisinin göreceli olarak düşük sermaye ihtiyacı (basit olarak bir plastik enjeksiyon imalat atölyesinin gerektirdiği kadar) küçük ve hassas parçaların üretimi konusunda bu metodu çekici kılmaktadır, hatta tavsiye edilmektedir. MIM’in ikincil işlem gerektirmeyen (veya çok az gerektiren) bitmiş parça çıkarabilme kabiliyeti, talaşlı imalata yapılacak makine ve takım yatırımlarını ortadan kaldıracağı gibi, talaşlı işlem maliyetlerini de azaltacaktır. Kullanılan malzemenin neredeyse %100’ünden faydalanılması çevresel etkiler açısından da en az (veya hiç) malzeme ziyanı ve kirletici atık çıkmaması nedeniyle tercih edilmektedir. MIM parçalar genellikle malzeme özellikleri, yüzey kaliteleri, imalat toleransları ve seri üretime yatkınlıkları bakımından üstün nitelikler göstermektedir.

MIM, yeni kalıp maliyetlerinin azaltılması veya mevcut kalıpların yeni ürünlere adapte edilmek suretiyle fonksiyonelliklerinin uzatılması konusunda da avantajlara sahiptir. Kuşkusuz bu durum, tek bir kalıp seti kullanarak aynı malzemeden boyutları farklı ürünlerin elde edilebilmesi suretiyle sağlanabilecektir. Hatta aynı kalıp setinin farklı malzemelerden ancak birbirinin aynı parçaların üretilebilmesi için kullanılması faydayı daha da arttıracaktır. Örneğin plastik bir saat gövdesi üretmek için dizayn edilmiş bir kalıp seti, farklı büyüklüklerde paslanmaz çelik gövdeler imal etmek için de kullanılabilmektedir (genç modeli, bayan ya da çocuk modelleri vs. gibi). Bu kalıp seti aynı zamanda farklı malzemelerden ancak aynı ölçülerde saat gövdesi imal etmek için de kullanılabilir (paslanmaz çelik, sert maden, titanyum, zirkonyum vs. gibi).

Şekil.2 – MIM prosesi özellikle küçük parçaların seri imalatına uygundur. Bilgisayar harddisk komponentleri örneklerden sadece biridir.

MIM prosesi hep böyle avantajlar ve fırsatlar sunan bir teknoloji midir? Ne yazık ki hayır. Tüm diğer teknolojiler gibi MIM de kendine özgü problemler taşımaktadır. MIM prosesinin başlıca karakteristiği sinterleme esnasında parçalarda meydana gelen yüksek miktardaki kendini çekme (büzülme) olayıdır. Yeşil parçalar içerisindeki yüksek orandaki organik bağlayıcı (hacimsel olarak % 40-60), kimyasal ve termal ayrıştırma işlemleri sonucunda yapıdan çıkarıldığında, işgal ettikleri yerler açık por (boşluk) haline dönüşür. Daha sonra sinterleme esnasında bu porlar kapanarak, parça yoğunluğu teorik malzeme yoğunluğunun %96’sına ulaşır. Eğer sinterleme sonrası HIP (Hot Isostatic Pressing) uygulanırsa yoğunluk %99,8 ‘e kadar yükselebilir. Sinterleme esnasındaki bu kendini çekme tek boyutta lineer olarak % 15-25 arasındadır. Bu değerler diğer imalat metodlarında pek de duyulmamış bir özelliktir (belki sadece sert maden-cemented tungsten carbur, üretiminde görülebilir). İşte yüksek oranlı bu kendini çekme MIM’in en büyük avantajını oluşturur: Kalıp kaviteleri bitmiş parçaya göre daha büyük yapılır ve sinterleme sonrasında parçalar küçülerek istenen ölçüler elde edilir. Parçaların verilen toleranslar içerisinde imal edilebilmesi için kendini çekme oranının çok hassas bir şekilde belirlenmesi ve kalıp imalatında göz önüne alınması gerekmektedir. Fakat bu söylenildiği kadar kolay değildir.

Şekil.3 – Çelik saat kayışlarına ait komponentlerin MIM dışında başka bir imalat metodu ile ekonomik şekilde üretilmesi mümkün değildir.

Her bir hammadde (karışım), ister MIM parça üreticisi tarafından hazırlansın ister ticari olarak hammadde satıcılarından hazır alınsın kendi “gerçek büzülme faktörüne” sahiptir. Bu nedenle MIM teknolojisindeki ilk adım karışımın kendini çekme oranını mümkün olduğunca doğru ve hassas olarak tesbit etmektir. Eğer karışım MIM parça üreticisi tarafından hazırlanmışsa, bilinen gerçek büzülme faktörünün hassasiyeti ve bunun bir şarjdan diğerine sürekli olarak aynı değerde sağlanabilmesi (standart sapma değeri ile ölçülmektedir), formül hazırlayıcının proses tekniğine, üretim şartlarına, metroloji standartlarına ve firmanın kendi deneyimlerine bağlıdır. MIM parça üreticilerine ticari olarak hammadde temin eden firmalar da kendi karışımlarına ait büzülme faktörünü (çoğunlukla silindirik metal test çubukları kullanarak) belirlerler. Yine karışımın büzülme faktörünün hassasiyeti formül hazırlayıcının proses tekniğine, üretim şartlarına, metroloji standartlarına ve firmanın kendi deneyimlerine bağlıdır. Sadece bu kez karışımın son kullanıcısı değişkenler üzerinde kontrola sahip değildir.

Hazır karışım satın alan bir firma, çoğu kez hammadde üreticisi tarafından verilen büzülme faktörünün doğruluğunu kontrol edecek zamana sahip değildir (sahip de olmamalıdır). Hele bu faktörün bir şarjdan diğerine aynı hassasiyetle sağlanıp sağlanmadığını hiç takip etmeyecektir. Bunun yerine, karışım satın alan firma kalıphanesine güvenmekte ve oraya yatırım yapmaktadır. Çünkü kalıphane yatırımlarının ölçülmesi daha kolaydır ve sürekli takip edilebilecek bir büyüklüktür.

Sinterlemedeki Sürpriz:

Gelin 1 gr paslanmaz çelik tozunu sinterleyelim. Toz çapı d=10 mikron olan küresel taneciklerden meydana gelsin ve yoğunluğu ?=7.8 gr/cm3 olsun. Bu taneciklerin tıpkı bir tesbihteki boncuklar gibi birbirine değecek şekilde yanyana ve üstüste dizildiğini varsayalım. Çelik tozunu ısıtmaya başladığımızda sıcaklığın yeterince yükselmesiyle birlikte taneciklerin merkezleri arasındaki uzaklığın küçüldüğünü ve birbirleri ile kaynaştıklarını (sinterlendiklerini) görürüz. Eğer sıcaklık arttırılmaya devam edilir ve tanecikler arasındaki sürtünme ihmal edilirse, sonuçta tek bir paslanmaz çelik küre tanesi elde edilir. Bu tanenin çapı aşağıdaki formülle hesaplanır:

D aynı zamanda ideal sinterlenme ölçüsüdür ve taneciklerin arasındaki boşlukların tamamen kapandığı durumu göstermektedir. Buraya kadar herşey normal gözükmektedir değil mi? Ancak gelin bir de başlangıçtaki tesbihimizin uzunluğunu hesaplayalım:

Bu hesaplama sinterleme esnasında meydana gelen inanılmaz kendini çekme özelliğini eğlenceli bir biçimde ortaya koymaktadır. Formüllerden de görüleceği gibi kendini çekme (büzülme) miktarı partikül büyüklüğüne bağlı değildir. Bu nedenle MIM teknolojisinde yeşil parçaların bünyelerindeki plastik bağlayıcıların tane büyüklüğü büzülmeyi etkilemez. Tek önemli faktör hammadde (karışım) içerisindeki hacimsel doluluk oranıdır.

Bir sonraki aşama kalıp setinin oluşturulmasıdır. Kalıp dizaynı ve yapısının MIM’e özel olmasının haricinde kalıp imalatı hemen hemen tüm yönleriyle plastik enjeksiyon kalıplarına

benzemektedir. Bu nedenle günümüzde tüm MIM kalıpları, plastik enjeksiyon kalıp üretimi konusunda eğitimli ve tecrübe sahibi olan profesyonel kişiler tarafından imal edilebilmektedir. Tabi ki bu kişilerin MIM konusunda ilave eğitim ve pratik yapmaları da gerekecektir. Bu ilave eğitimlerin en can alıcı kısmı, MIM teknolojisindeki büyük miktardaki kendini çekme (büzülme) faktörünün kalıp setine yansıtılmasıdır. MIM konusuna yeni giren bir plastik kalıp imalatçısına nihai parçanın resmi verildikten sonra, “parçanın tüm ölçülerini %20 büyüterek kalıp setini imal et” dendiğinde, yüzündeki hayret ve şaşkınlık dolu ifadeleri gözlemlemek her zaman eğlenceli olmaktadır.

İdeal durumda sinterleme esnasındaki büzülme oranının hassas bir biçimde bilindiği ve sabit kaldığı kabul edilse bile (ki bu, gerçekte çok nadir rastlanan bir durumdur), kalıp imalatçısı sadece belli bir yaklaşıklıkla kendisine verilen şekli kalıba işleyebilmektedir. Parça şekli nasıl olursa olsun veya parça teknik resmi hiç hata içermese dahi kalıp seti kaçınılmaz bir biçimde, kalıp imalatçısının tarzına, bilgi ve deneyimlerine bağlı olarak işleme hatalarına sahip olacaktır. Kuşkusuz kalıp imalatçısının MIM konusundaki eğitim ve tecrübesi ne kadar fazla ise, kalıp setindeki işleme hatalarının büyüklüğü o kadar az olacaktır. Özetle her kalıp seti tıpkı bir parmak izi gibi kendine özel işleme hatalarına sahiptir. İşleme hatalarına hammaddenin büzülme faktörünün belirlenmesinden kaynaklanan hatalar da eklenince “toplam hata” bulunmuş olur. Bu toplam hata her kalıp seti için farklıdır, hatta aynı kalıp seti içerisindeki her bir kavite için birbirinden farklıdır.

Sonuçta; en iyi ihtimalle kalıp setindeki toplam hata bitmiş parça toleranslarından daha küçükse MIM parça uygun biçimde üretilebilir. Diğer tüm durumlarda en azından üretim partisinin bir bölümü, istenen spesifikasyonların dışına çıkılmış olacağından reddedilecek veya hurdaya ayrılacaktır. Hazır hammadde kullanan ve hammadde imalatçısının verdiği kendini çekme faktörünün doğruluğuna güvenen MIM parça üreticileri için, bu durum kalıp setinin ilave işlemelerle tashih edilmesi anlamına gelmektedir. Diğer bir çözüm de sinterlenmiş MIM parçaların talaşlı imalat metodlarıyla yeniden işlemeye tabi tutulmasıdır. Tabi ki bu halde de MIM teknolojisinin ekonomik olma avantajı ortadan kalkacakır.

Şekil.4 – Hassas ve karmaşık şekilli mini boyutlu MIM parçalar

Diğer taraftan kalıp setinin tashih edilmesi işlemi oldukça riskli bir prosestir. Kalıp imalatçısı için revizyon işlemine ait toleransların çok dar olması kalıbı daha da kötü hale getirebilir. Çoğu durumda düzeltme pasoları tehlikeli bir biçimde birbirini izler ve en kötü durumda kalıp seti komple kullanılamaz hale gelir. Konuyu daha iyi açıklayabilmek için gerçek hayattan alınma bir olayı inceleyelim ve konunun başında değindiğimiz paslanmaz çelik saat gövdesi imal etmek için hazırlanan MIM kalıp setini ele alalım:

Hata için çok az pay var!

Ticari olarak hazır hammadde kullanmaktayız ve üretici tarafından kendini çekme faktörü K=1.176±0.004 olarak verilmektedir. Bunun doğru olduğunu kabul ettiğimizde büzülme faktörü 1.172 ila 1.180 arasında demektir. Şimdi kalıp imalatçımıza kalıp setini imal etmesi için kritik ölçülerden birini –örneğin saat gövdesinin çapını, D=32.00±0.05 mm olarak verelim. Buna göre hedeflenen kalıp kavitesinin çapı Dt=32mm*1.176 = 37.632 mm olacaktır. Kalıp imalatçıları mikron ile çalışmamaktadırlar, hatta yüzdelikli (milimetrenin yüzde biri) değerler bile kalıpçılıkta çok hassas kabul edilmektedir. Aksi halde kalıp imalatçıları kısa sürede iflas ederler. Bizim olayımızda kalıpçımıza biraz avans verelim ve onun MIM kalıp imalatında yeterince eğitimli ve tecrübeli olduğunu kabul ederek, kalıbı

-0.032 mm toleransla imal edebileceğini kabul edelim. Bu halde gerçek kalıp kavitesinin ölçüsü Dg=37.632-0.032 = 37.600 mm olacaktır.

Şimdi gerçek büzülme faktörünün 1.178 olduğu durumda kalıptan çıkacak parça ölçülerine bakalım: Sinter sonrası gövde çapı D1=37.600/1.178 = 31.918 mm olacaktır. Ne oldu? Bozuk bir parça ürettik. Hadi gelin, kendimizi çok şanslı kabul edelim ve kalıp imalatçımızın hiç bir işleme hatası yapmadan kalıbı tam istediğimiz ölçüde yaptığını varsayalım. Bu halde sinter sonrası parça çapı D2=37.632/1.178 = 31.946 mm olacaktır. Hala bozuk parça üretmekteyiz.

Saat gövdesi imalatı orta seviyede hassas kabul edilebilecek bir parçadır. Yukarıdaki hesaplamalardan da anlaşılacağı gibi istenilen toleranslar içerisinde parça üretmek için kalıptaki işleme hataları sıfır bile olsa, ihtiyacımız olan şey büzülme faktörü 1.176±0.00184 olan bir hammaddedir. Paslanmaz çelik hammadde için verilen 1.176±0.004 büzülme faktörü ağırlık olarak; karışıma konacak 1000 gr paslanmaz çelik tozu için 0,75 gr hata payı içerdiği anlamına gelmektedir. Bu halde bile saat gövdesi olayımızda istenilen toleranslara erişmede yetersiz kalmaktadır.

Ticari hammadde üreticileri eczacı değillerdir. Küçük miktarlarda ve hemen hemen hiç hata payı olmayan karışımlar üretmezler. Daha da ötesi ürün boyutları küçüldükçe hata için marjlar da küçülür ve imalat toleransları daha sıkı hale gelir. Örneğin mikro-hassas bir parça üzerindeki 0.050 mm’lik bir ölçü için verilen ±0.005 mm’lik bir tolerans normal kabul edilebilir. Ancak dünyadaki en iyi kalıp imalatçısı dahi bu değerleri yakalayamayacaktır. O halde çözüm nedir? Önceden hazırlanmış bir hammaddenin büzülme oranını kontrol etmek ve ayarlayabilmek ya da yeni bir hammadde hazırlarken istenilen büzülme oranını hassas ve sürekli bir şekilde karışıma uygulayabilmek bu nedenle büyük bir ekonomik fayda sağlamaktadır. Aslında bu, çok hassas toleranslara sahip gelişmiş mikro parçaların imal edilebilmesi için bir önşarttır.

Temel kural oldukça basittir: Karışımın içerisindeki hacimsel doluluk oranını değiştirmek suretiyle büzülme faktörü ayarlanabilir. Karışımın içerisindeki metal veya seramik tozu miktarı arttırıldıkça (başka deyişle bağlayıcı miktarı azaltıldıkça) büzülme oranı düşer. Tersi durumda da artar.

Şekil.5 – MIM yöntemiyle imal edilmiş bir traş bıçağı kafası büyük bir parça değildir, ancak hassas olmak zorundadır (solda). Hidrolik konnektör (sağda) ise 0.9 mm çapında bir deliğe ve 0.2 mm et kalınlığına sahiptir.

Bununla birlikte gerçek hayatta durum; “daha fazla büzülme için bağlayıcı ekle, daha az büzülme için toz (metal, seramik) ekle” kadar basit değildir, biraz daha karmaşıktır. Herşeyden önce karışımın kompozisyonu hassas bir şekilde bilinmelidir ki gerekli değişikliklerin ne şekilde yapılabileceği tesbit edilebilsin. Bu ticari olarak satılan ve kullanılmaya hazır karışımlar için imkansızdır. Zira genelde karışım (hammadde) kompozisyonları ticari bir sır olarak saklanır.

Karışımın kompozisyonunu değiştirmek!

Hammadde içerisinde bulunan bağlayıcılar, reçine, mum, plastik hamuru, yüzey kayganlaştırıcı, çeşitli dolgu maddeleri ve ayrıştırma işlemi için gerekli diğer bazı organik malzemelerin kompleks bir şekilde birleştirilmesiyle oluşturulmaktadır. Her bir katkı maddesi bağlayıcıya spesifik bir özellik kazandırmaktadır ve bunların bileşkesi bağlayıcının toplam özelliğini teşkil etmektedir. Bağlayıcının toplam özelliği de sonuçta elde edilecek hammaddeyi etkilemekte ve onun stabilite, çekme mukavemeti, uzama, viskozite vs. gibi niteliklerine katkıda bulunmaktadır. Kolayca anlaşılacağı gibi, eğer elimizdeki yüksek oranda toz içeren bir hammaddeye ait büzülme faktörünü düşürmek istersek, bağlayıcı içerisindeki katkı maddelerine ilave yaparız. Örneğin enjeksiyon sıcaklığında hammaddenin viskozitesini düşürecek ve yağlama kabiliyetini arttıracak katkı maddeleri parçanın kalıplanmasına fayda sağlayacaktır. Benzer biçimde enjeksiyon işlemi sırasında viskozitesi düşük olan bir hammaddeye ait büzülme faktörünü arttırmak istersek, viskoziteyi yükselten katkı maddelerini karışıma ilave ederiz. Alternatif olarak, farklı morfolojideki dolgu maddeleri de aynı sonucu elde etmek için kullanılabilmektedir.

Bu nedenle ister büzülme faktörünü düşürmek için dolgu malzemesi katılsın, ister arttırmak için bağlayıcı ilave edilsin, karışımın kompozisyonu istenilen özelliklerin kazandırılması amacıyla değiştirilebilir. Ancak neticede, mevcut karışımın kompozisyonu bir kez modifiye edildi mi, o karışım artık yeni bir hammadde olmuştur ve özellikleri optimize edilmelidir.

MIM teknolojisinde mühendisler metal tozu ve plastik bağlayıcıların karışım formülünü keşfettiklerinde ve karışım malzemenin kendini çekme özelliğini yönetmeye başladıklarında adeta birer büyücüye dönüşüyorlar: Onlar artık çok hassas toleranslara sahip MIM parçaları üretebilir, aynı malzemeden farklı büyüklüklerde ya da farklı malzemelerden aynı büyüklükte ürünler elde edebilirler. Ve bunların hepsini tek bir kalıp seti ile yapabilirler. Daha da ötesi; kalıp setleri işleme hataları içerse dahi bunu başarabilirler.

Şekil.6 – Nikel alaşımından MIM yöntemiyle imal edilmiş bir türbin çarkı

İşte MIM büyücülerinin ilk sırrı: “Kalıp işleme hataları düzeltilebilir.” Bir önceki saat gövdesi örneğimize geri dönelim: 32.00 mm olması istenen gövde çapı 31.918 mm gelmekte ve hammadde üreticisi tarafından 1.176 olarak verilen büzülme faktörünün de gerçekte K=1.178 olduğunu tesbit etmiştik. Tabi bu arada kalıbımızı da imal etmiştik. Şimdi toleranslar içerisinde kalacak saat gövdesi imal etmek için karışımın büzülme faktörünü değiştirmemiz gerekmektedir. Olması gereken faktör K=37.60/32.00 = 1.175 dir. Görüldüğü gibi daha az büzülmeye ihtiyaç olduğundan mevcut karışıma metal tozunun ilave edilmesi gereklidir. İlave edilecek miktar karışımın orijinal kompozisyonuna bağlıdır. Bu nedenle toz ilavesi yapılırken hammaddenin viskozitesini de koruyabilmek için eş zamanlı olarak bağlayıcı da karışıma katılmalıdır. Bu noktada ikinci sır da ortaya çıkmaktadır: “Çok hassas toleranslara sahip parçalar üretilebilir.”

Karışımın formülünü değiştirme konusunda yeterince tecrübeye sahip olan MIM üreticileri dar toleranslara sahip parçaları imal edebilmektedirler. Kalıp işleme hatalarını bertaraf etmek için uygulanan çözüm yöntemi, aynı şekilde hassas toleranslara ulaşmak için de kullanılabilmektedir. Sadece bu kez, modifiye edilecek büzülme faktörü, sinterlenmiş parçanın toleranslardan sapmasına göre hesaplanır.

Büyü işe yarıyor!

Büzülme faktörü ile oynayabilmek, daha fazla imkanlar da sağlamaktadır. Üçüncü sır: “Aynı kalıp seti ile farklı büyüklüklerde parçalar üretilebilir.” Kolayca anlaşılacağı gibi büzülme faktörü ile oynayabilmek, hacimsel manada metal tozu ve bağlayıcıların pratik limitler içerisinde karıştırılabileceği koşullarda olabilir. Kabaca hacimsel olarak oran %35-%70 arasındadır ve bu da büzülme faktörünün 1.41 – 1.126 arasında olabileceği anlamına gelmektedir. Böylesine değişebilen bir kendini çekme oranıyla da oldukça farklı ölçüler elde etmek mümkündür.

Çelik saat gövdesi örneğimizi tekrar ele alalım. Kalıp hatasını kompanze ettiğimizi ve 32mm çapında paslanmaz saat gövdeleri imal ettiğimizi varsayalım. Bununla beraber yine paslanmaz çelikten ama bu kez 28 mm çapa sahip bayan modeli için de gövde yapmak isteyelim. Bu halde büzülme faktörü K=37.60/28.00 = 1.342 olmalıdır. Yani faktörü büyütmek için karışıma bağlayıcı ilave etmek gerekmektedir. Bu örnek aynı kalıpla nasıl daha küçük bir parça yapılabileceğini göstermektedir. Daha büyük bir parça yapmak da benzer biçimde büzülme faktörünü küçültmek ile mümkün olacaktır.

Şekil.7 – MIM yöntemi ile sadece mini parçalar üretilmemektedir. Yukarıdaki roket kanatçığı yarım kilodan fazla gelmektedir.

Sıra dördüncü sırda: “Farklı malzemelerin büzülme faktörlerini eşitlemek.” MIM hammaddesinin kendini çekme faktörünü yönetmeye başladığınızda farklı malzemelere ait büzülme değerlerini eşitlemek suretiyle aynı ölçülere sahip ancak farklı malzemelerden yapılmış MIM parçlar elde edebilirsiniz. Paslanmaz çelik saat gövdesi imal etmek için dizayn edilmiş bir kalıpla, aynı boyutta titanyum, tungsten karbür, zirkonyum gibi farklı malzemelerden saat gövdeleri de üretilebilmektedir.

Beşinci sır; “maliyet avantajının yakalanmasıdır.” MIM teknolojisinin sunmuş olduğu yukarıda açıklanan imkanlar, bir çok tüketim malının imalatında kullanılacak kalıp yatırımlarının da azaltılmasına olanak sağlamaktadır. Hele günümüzde tüketim mallarının çok çeşitli ve ekonomik ömürlerinin kısa olduğu düşünülürse sağlanan tasarrufun büyüklüğü daha da iyi kavranabilecektir. Diğer tarafan bilhassa kompleks şekilli parçalarda kalıbı ürüne uydurmak yerine, ürünü kalıba uydurma felsefesi kalıp imalatındaki yeniden işleme maliyetlerini büyük oranda düşürmektedir. Diğer bir maliyet avantajı da kalıp ömrünün arttırılması şeklinde ortaya çıkmaktadır. Aşınma nedeniyle kalıp ölçüleri büyüdüğünde büzülme faktöründe yapılacak değişiklikle başlangıçtaki ölçüler yeniden elde edileceğinden kalıbın daha uzun süre hizmet vermesi mümkün olmaktadır.

Hammaddenin büzülme faktörünü kontrol edebilmek MIM mühendislerine altıncı bir imkan daha tanımaktadır: “Metal veya seramik parçaların minyatürize hale getirilmesi.”

MIM prosesindeki yüksek oranlı kendini çekme özelliği, diğer konvensiyonel imalat yöntemleriyle üretilmesi pek de mümkün olamayan görece küçük boyutlu minyatürize parçaların imal edilebilmesini sağlar. Sinterleme öncesi parça ölçüleri (yeşil parça ölçüleri) nihai parça boyutlarından daha büyük olduğundan, imalat kolaylıkla yapılabilir ve parça sinterleme sonrası kendini çekerek minyatürize hale gelir. Bu özellik MIM mühendislerine imalatta sanki bir editör programı kullanma avantajı sunmaktadır.

Sonuç

Görece küçük (minyatürize), karmaşık şekilli (kompleks), dar imalat toleranslarına sahip (hassas) parçaların, yüksek mekanik özelliklere sahip metal malzemelerden kaliteli bir biçimde ve büyük miktarlarda üretilmesi, henüz emekleme safhasında bulunan ancak geleceğin imalat teknolojisi olarak gösterilen Metal Enjeksiyon Kalıplama – MIM yöntemi ile yapılmaktadır. Dizayn mühendislerine klasik imalat metodlarının ötesinde imkanlar sunan MIM, tasarım ve üretimde sınırların zorlanmasına neden olmaktadır.