MIM零部件在医疗器械中的应用

MIM注射成形是粉末冶金技术的一个分支，粉末冶金常见的有常规压制粉末冶金和MIM注射成形两种技术，这里讲讲粉末冶金中MIM，规模不大MIM厂家注射成形件主要生产小型机械零部件，技术能力强的MIM厂家项目会很多，尤其是手机通讯这一块，手机上的MIM件用量非常大且项目周期非常的短，没有一定的技术和规模的MIM厂家无法完成这些项目，东睦集团于2021年在连云港东睦新材料有限公司投资10亿建设MIM生产基地，目的就是扩大MIM经营范围，使得连云港拥有MIM注射成形和常规粉末冶金生产的重要战略基地。

对于粉末冶金厂家来说，一个产品的生命周期很重要，一次的技术开发不容易，当然是越长越好，但是长周期的MIM产品在医疗器械领域比较常见，因为国内的医疗器械技术想对比国外还是比较落后的，都是进口之后完成复刻版加以运用，医疗管理部门才承认改良后的医疗器械，所以一来二去周期会很长，加上用于医疗方面的零部件本身就会是精益求精的产品，所以一个医疗上手术器械零部件可能达到10年的生命周期。

1.内窥镜剪刀

这个手术器械剪刀由刀片、吊钩及制动器组成的可随意使用装置用于内窥镜外科手术剪刀。在进行微创心脏手术，一般外科手术及整形手术时，这种剪刀可用于切割、烧灼凝结。这些零件有MIM注射成形不锈钢粉制造，密度不低于7.5g，屈服强度不小与966MPA，极限抗拉强度不小与1069MPA。成形-烧结的刀片是平直的，客户需要将之用肘杆压机成形为所要求的曲度。制动器和吊环需要一次性精整，以调整支架的宽度。刀片的成对弯曲与刃磨都是由客户进行的。吊钩上的2个螺纹是成形的。

2.腹腔镜外科手术剪刀

这个是MIM工艺完成，由17-4PH不锈钢粉制造，具有烧灼能力腹腔境外科手术剪刀。这种剪刀是由螺旋齿轮和2个单个剪刀刀片组成，零件的密度为7.5g。20齿的小螺旋齿轮是用独特“浮动型腔”模具生产的，这使其可像常规的脱模方法一样螺旋齿轮。用一次注射成形制成一对平直刀片，并将刀片进行精整，在经校准预负载、后角及曲度，制成配套的刀片。刀片要进行热处理与时效处理，由客户将刀片进行开刃。切削加工制造的轮旋齿轮相比，MIM螺旋齿轮成本可降低80%。

3.针推进器与末端吊钩

这些零件是用注射成形工艺，由17-49PH不锈钢粉制作的，最终密度为7.64-7.72g，。末端吊钩的硬度为35-38HRC，伸长率为10%，拉伸屈服强度为1100MPA。针驱动器的硬度为38-42HRC，伸长率8%，拉伸屈服强度为1070MPA。这些零件用于微创内窥镜机械手外科手术装置。由于动力控制的活接头可是器械端部像人手腕一样灵巧，故用这种高精度机械手装置可实施复杂的外科手术。在一般腹腔外科手术时，用针驱动器缝合切开的伤口。用户将配件的2个半边夹紧使之连接，然后切削加工成要求的形状，将驱动电缆通过针枢轴的孔插入。末端吊钩是以未进行光是的最终形状交付客户的。和用CNC机床切削加工有棒科制作的零件相比，注射成形零件可减低成本90%。

4.活体组织检查仪

这个活体组织检查仪有11个零件，都是注射成形完成，由316L双相不锈钢制作，密度不低于7.52g，屈服强度不小于296MPA，极限抗拉强度不小于503MPA，伸长率40%，硬度为70-80HRB。这种仪器借助超声制导程序，用一只手即可操作。和切削加工的零件相比MIM零件可减低成本50%以上。

5.缝合夹爪

这个手术器械是用于医疗缝合装置的下夹爪，是由17-4PH不锈钢制作的形状复杂的零件。下夹爪是缝合装置中的一个关键零件，要用一只手就能固紧和缝合，而且缝合的动关节唇针脚均一。这个MIM注射成形零件的密度7.7g ,抗拉强度一般为897MPA，屈服强度731MPA。后续作业有：铰3个孔、整形及精整。

6.牙科修复支架

该零件用于供给空气、水及同时用光导纤维照明口腔内的手动光导纤维旋转装置。这是一个用MIM工艺，由17-4PH不锈钢粉制作的、形状很复杂的零件，密度为6.7gcm。这个零件标注了19个关键尺寸，公差为士0.076mm 或更小，个别关键尺寸标注的公差只有0.025mm。零件有7个中心部位，0.584mm的中心部位是复合平面对零件的中心线的。由于钻头直径小，不能在烧结后用钻头钻孔。因此，这个零件是在NIM成形的生坏状态下进行钻孔的。以前，此零件是用切削加工生产的，成品率只有60%，现已改用MIM艺生产。

7.腹腔镜夹爪

这个手术器械获奖零件是由17-4PH不锈钢粉用MIM工艺制作的夹爪零件，由上、下夹片，固定器及1根工字梁组成这种高压缩性夹爪用于腹腔镜容器的熔化。MIM零件的烧结态密度为7.6g/cm。这些零件的壁都很薄，而且几何形状很复杂、用任何其他工艺都很难经济地生产。将上、下夹爪装在凸起部的枢轴上，可使组件转动；腹腔镜装置的切割机制在于工字梁的形状；当刀片从近侧向夹爪远处前进时，要保持很高的压缩性。SurgRx系统在高压缩性夹爪设计中综合了创造性的电工技术，从而使容器快速熔化而不会产生热效应。

8.牙科修复支架

该零件用于供给空气、水及同时用光导纤维照明口腔内的手动光导纤维旋转装置。这是一个用MIM工艺，由17-4PH不锈钢粉制作的、形状很复杂的零件，密度为6.7gcm。这个零件标注了19个关键尺寸，公差为士0.076mm 或更小，个别关键尺寸标注的公差只有0.025mm。零件有7个中心部位，0.584mm的中心部位是复合平面对零件的中心线的。由于钻头直径小，不能在烧结后用钻头钻孔。因此，这个零件是在NIM成形的生坏状态下进行钻孔的。以前，此零件是用切削加工生产的，成品率只有60%，现已改用MIM艺生产。

9.口腔正畸件

这些获奖零件是用于口腔正畸托架的Damon34齿颊系带系列这个系列是由多个用MIM工艺制备的17-4PH不锈钢零件组成 零件热处理后的极限抗拉强度为1276MPa.屈服强度为1103MPa.伸长率为7%.硬度为 38~～42HRC该系列由32个MIM托架和2个滑块组成。在全为金属的Damon自结扎口腔正畸器具中，这是第1次采用这种颊系带系列。全部生产时，这项应用零件的总产量1年有1200多万件。

汽车行业中的MIM注射成形零部件

还有零部件生命周期比较长的领域就是汽车领域，源于粉末冶金MIM零件的独特优势，适合制造产量高且结构复杂的零部件，这一优势让粉末冶金技术迅速运用到各个领域，在汽车行业中金属注射成形的发展可谓是一场机械零部件的革命，MIM注射成形工艺也取代大量传统铸造件，接下来列举几种汽车中常见的MIM注射成形零件类型。

1.运用MIM技术做的粉末冶金齿轮

MIM粉末冶金齿轮在汽车中运用非常的广，比如变速箱、起降玻璃器、后备箱起落器等，这些零部件都已经大量运用MIM粉末冶金齿轮所代替传统工艺，但是针对于要求比较高的，比如强度要求高、密度要求高、耐久力高的齿轮，粉末冶金暂时没有攻克，还是锻造技术来完成。粉末冶金MIM技术优势非常适合生产的齿轮有直齿圆柱齿轮、形状怪异的扇形齿扇。目前已经在汽车领域得以运用。

2.泵内的零件

汽油直喷泵中的断开喷油止动、停止喷油止动阀、阀喷油止等，因为MIM技术可以根据零部件性能，将不同原材料结合在一起生产出更加有优势的小型零部件，而这几个注射成形制造的零部件是MIM厂做最多有关于汽车上使用的零件。

3.涡轮增压器

MIM优势是生产小型且复杂的零部件，涡轮增压器作为MIM优势代表，主要由涡轮、泵轮、转子、叶轮等组成， 利用发动机排出的高压废气产生的惯性力驱动泵轮转动，通过转子带动涡轮旋转，使发动机进气压力增加。

近年来涡轮增压器 MIM 零部件的研发和生产成为科研工作关注的重点， 同时涡轮增压器也是 MIM 制造的标志性零件之一。 其结构异常复杂、工作环境恶劣、精度要求高，然而其他加工方法成本较高、精度不易控制。 涡轮增压器零部件主要是由镍基超高温合金、钛合金等材料组成，以前采用传统的粉末冶金技术加工。

德国的 BASF 公司在 MIM涡轮增压器零部件上做出了很大的贡献，BASF 公司使用独特的 Catamold 工艺制造出 MIM 涡轮增压器零部件。 并在室温下对 MIM 零件和精密铸造样品的机械强度进行了对比。这证明了采用 Catamold 工艺可以获得优异的材料性能。

在国内，北京科技大学曲选辉等，以氩气雾化 K418合金粉末为原料， 添加自主设计的多组元石蜡基粘结剂， 并采用注射成形技术制备出复杂形状增压涡轮， 通过后续热等静压和热处理工艺优化制备出致密、组织成分均匀、力学性能优异、外形轮廓符合使用要求、表面光洁度良好的增压涡轮。突破了复杂形状增压涡轮模具结构设计、注射成形工艺参数优化、烧结致密化与尺寸精度控制等关键技术难点， 综合力学性能较铸造涡轮显着提升。