Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Powder Injection Moulding 

P I M 
 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Content 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Content 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Definition of PIM 

M I M 

P I M 

C I M 

Injection moulding 
of powders 

Injection moulding 
of metal powders 

Injection moulding 
of ceramic powders 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Content 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

PIM process 

Pelletizing 

Mixing 

Powder 

Binder 

Injection Moulding 

Feedstock 

Green Part 

Brown Part 

Debinding 

Finished Part 

Sintering 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

  realisation of complex shapes 

 

  reproducible quality and economical production of high numbers 

 

  high quality standard 

 

  clean production and nearly no waste 

Advantages of PIM

  

PIM process 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

PIM process 

Material characteristics 

 
 

 high shrinkage (around 15%) 

 

 jetting 

 

 high thermal conductivity 

 

 separation of powder and binder 

 

 multi step process 

 

 abrasive 

 Rules as in plastics injection moulding -  but some more. 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Injection 
Moulding 

Debinding 
e.g. water-soluble systems 

    Sintering 

Weight 

Measurement 

Thickness 

Measurement 

PIM process 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Content 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Typical PIM materials 

Metals: 
 
 Fe-Alloys 

 steels (316L, 42 CrMo 4,...) 

 hard metals (WC/Co) 

 non ferrous metals (Titanium, Tungsten) 
 
 
Ceramics: 
 
 Al

2

O

3

, ZrO

2

 

 SiC, SiN, AlN 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Types of powders for PIM 

 gas atomised powders 

 

 water atomised powders 

 

 chemically produced powders 

 

 mechanically produced powders 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Gas and water atomised powders 

 

Water atomisation 

Gas atomisation 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Chemically produced powders - e.g. hard metals, 
ceramics 
 

Tungsten powder 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Content 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Binder systems 

 

 Polyolefin- / wax mixtures 

 Thermoplastics 

 Other: Thermoset, Agar, ... 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Binder 

 low viscosity of binder components 

 good adhesion to the powder 

 good wettability for a homogenous mixture with a low shear rate 

 chemical stability 

 no migration of binder components 

 storage stability 

 low energy requirements 

Requirements for mixing 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

 low viscosity for complete mold filling 

 good adhesion to the powder to avoid separation  

 no adhesion to the tool material 

 high green strength 

 thermal and chemical stability while injection moulding 

Binder 

Requirements for mixing 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Binder 

 simple and complete debinding 

 non-toxic and no corrosive end products 

 low ash content 

 low metallic residues after debinding  

 decomposition temperature higher than injection moulding temperature 

 selective debinding of particular binder components is possible 

Requirements for debinding 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Content 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Mixers 

Shear roll extruders 

Twin screw extruders 

               

High mixing quality is reached by 
high shear mixing devices.  

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Content 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Injection moulding process 

3 Cavity 
6 Heater bands 
9 Hopper 

2 Part 
5 Nozzle 
8 Screw 

1 Tool (clamping side) 
4 Tool (injection side)  
7 Cylinder  

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Injection process 

flow front 

thermal  

flow direction 

frozen skin layer 

melt 

cavity walls 

melt flow direction 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Simulation of the filling phase 

W-Cu 

Al

2

O

3 

Quelle/Source: ARCS 

Injection process 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Injection process 

t

F

=0.01s 

t

F

=0.02s 

t

F

=0.06s 

t

F

=0.08s 

t

F

=0.15s 

t

F

=0.04s 

Simulation of the filling phase 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Mold Filling Study with  Moldflow 
Plastics Insight

TM

  

Catamold 316LA 

0,55 s    0,67 s  0,69 s  0,75 s 
(filling time)  

position of the  

pressure transducer  

in the machine die 

Injection process 

Simulation of the filling phase 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Injection moulding machines for PIM 

special PIM processes and highest precision 

conventional PIM 

Micro Injection Moulding 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Machine characteristics for PIM 

   Wear resistant screw and cylinder    

   Special screw geometry depending on the feedstock system 

   Automation for green parts 

   Special hopper 

   SPC and special quality control 

   Special thermal control in the feeding zone 

   Optional: Ejection with open machine door 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Mould design 

Design rules 

 

Type 

 

Draft angle 

0,5° - 2° 

Wall thickness 

1,3 

– 6,5 mm 

Webbing 

0,5 

– 0,7 x wall thickness 

Radius 

0,4 

– 0,8 mm 

 

   wear resistant platens and inserts for cavity walls 

   big and round shaped runner systems to avoid separation of powder  
    and binder 

   part removal manually or by a robot system 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Testing tool “wedge structure” 

(Quelle/Source: IFWT, Vienna; IMM, Mainz) 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Damage during ejection 

(Quelle/Source: IFWT, Vienna; IMM, Mainz)

 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Damage during ejection 

 

This can be avoided by an especially designed robot system 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

PIM Process Defects 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Content 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Debinding 

binder 

gases 

part surface 

powder 

open pores 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Debinding 

Types 

 

 

Typical times 

 
 thermal   

 

  10 - 30 h 

 

 catalytic  

                    2 - 6 h 

 

 by solvents 

 

    2 - 3 h 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Powder size 

Quelle/Source: IFWT, Vienna; IMM, Mainz 

d

90

 < 30 



m 

d

90

 < 11 



m 

Influence of powder size on cavity filling 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Content 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Sintered part 

Quelle/Source: IFWT, Vienna; IMM, Mainz) 

Catamold 316LS, d

90

 < 11 



m 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Material structure after sintering 

Material: Steel 316L 
Sintering: 2h, 1360

°C under H

2

 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Temperature curve for sintering 

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0

200

400

600

800

Time [min]

T

e

m

p

e

ra

tu

re

 [°

C

]

Iron, Iron Nickel

Steel

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Content 

1.

Definition of PIM 

2.

PIM - process 

3.

Powder 

4.

Binder 

5.

Mixing 

6.

Injection Moulding 

7.

Debinding 

8.

Sintering 

9.

Part design 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Tolerances 

Tolerances for PIM parts 

   

Type 

Average 

Max. achievable 

Main dimension 

0,1 mm 

0,04 mm 

Dimensions 

0,3% 

0,05% 

Weight 

0,4% 

0,1% 

Hole diameter 

0,1% 

0,04% 

Subdivision distances 

0,3% 

0,1% 

Angles 

2° 

0,1° 

Flatness 

0,2% 

0,1% 

Parallelity 

0,3% 

0,2% 

Roundness 

0,3% 

0,3% 

Rectangularity 

0,2% / 0,3° 

0,1% / 0,1° 

Rouhness 

0,3 



m 

0,01 



m 

Density  

1% 

0,2% 

 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Separation of powder and binder 

too much powder 

too much binder 

too much binder 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Runner systems 
 

  good: round shapes 

  bad: angular shapes are causing 
            separation of powder and  
            binder 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Micro precision parts 

Definition for micro precision parts: 

 

1. parts with “normal” dimensions

 

2. tolerances in the range of micrometers

 

 

3-



 values: 

shot volume: 

 

±0,002 cm

3 

sintered dimension:  

±0,005 mm (±0,01%) 

milling heads out of hard metal (Courtesy: Seco Tools AB) 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

PIM parts 

Quelle/Source: Fa. Schunk Sintermetall GmbH 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

PIM parts 

Quelle/Source: Fa. Schunk Sintermetall GmbH 

Wittmann Group 

Wolfgang Roth / 2012-10 

Thank you for your kind attention. 

Powder Injection Moulding 

P I M