粉末注塑最早于1950年代兴起. 1985年由台湾大学退休教授黄坤祥教授从美国伦斯勒理工学院(Rensselaer Polytechnic Institute, 简称RPI)的大师R. M. German教授的粉末冶金实验室, 将金属粉末注塑(Metal Injection Molding, 简称MIM)引入中国大陆及台湾地区.
MIM的真正爆发期始于2008年, 美国苹果公司(Apple Inc.)意识到粉末成形技术的重要性, 并展开长达几年深入日本, 中国的调研. 苹果公司从2011年开始使用MIM零件取代传统压铸件, 作为苹果手机和笔记本电脑的内外部零件, 从而MIM产业在近五年(2012~2017)呈现爆炸式的成长, 包含市场应用, 产品, 设备, 零件制造商, 以及后加工厂, 带动了产业链的旺盛发展!
近5年来, 据不完全统计, 中国市场约暴增了150家MIM厂, 而日本从2008年之后, 其国内MIM制造的厂家呈现缩减的趋势(目前仅剩21家);韩国的MIM厂则不超过10家;新加坡仅有的4家MIM厂, 也在安徽设下了中国分厂.
火爆市场背后的原因
笔者认为, MIM在中国的火爆发展, 主要得益于以下几项因素.
首先是催化脱脂大时代的来临. 最近, 中国几家喂料厂正迈向更低收缩比(Oversize Shrinkage Factor, OSF<1.165)以及复合脱脂法(溶剂脱脂 催化脱脂)，这是中国PIM产业技术突进的活力象征!
其次是苹果公司选择了大中华区作为组装生产基地, 使位于中国华南地区的MIM制造厂家获得优势.
中国MIM厂的设立初期仅有数家大型MIM厂, 但近五年国产智能手机的需求也开始采用MIM产品, 加上早期可穿戴产品如智能手表, 都集中在珠三角, 因此当今MIM工厂密度最高的地方: 第一集中地区在东莞市长安镇, 第二集中地是深圳市沙井镇.
而人料机法的二大关键——料与机的优化和本土化. 无论是原材料还是注塑机设备, '中国制造' 都在努力追赶国际水平.
此外还有一些特殊物资, 例如钨粉, 这并不是其他国家地区可以拥有的条件, 钨在中国江西算是大宗物料, 还有镍, 中国北方的镍矿也数一数二, 世界最大的钨粉和镍粉供应都是集中在中国.
近年由于手机设计朝着薄型化的方向发展, 对手机零件的宽和高都开始讲究, 恰好利用钨合金的比重高, 相同的体积有金属的二倍以上重量, 可以让手机的设计产生重量偏移, 利用钨合金制作不平衡配种让手机跌落时刻意撞击坚固的位置, 避免玻璃屏幕的破裂, 这是一个新的商机.
另外, 现在中国拥有充足的并且愿意工作的劳动人口, 包含管理人才, 工程师和基层劳动者, 他们也都在努力推进技术的更新换代.
未来的 PIM 产品 —新材料
MIM技术特色: ①定单量适度(注意: 美国的MIM厂所谓产量定义是每年万件以上便是大量, 而MIM教科书说每一批次1000件就可以接单);②难加工材料, 包含高硬度, 高强度以及非自然比例合金;③形状越复杂为主.
很多人都在好奇, 下一个MIM明星产品是什么?笔者看好以下材料:
钨与钨合金
在前面略为提到了高比重钨合金的优势, 这里再补充的当属烧结钨合金. 过去已经被抛弃的球磨粉末机, 溶剂脱脂和热脱脂, 预烧结设备, 氨裂解以及氢气供给设备, 又要重新去找出来, 因为单只烧结钨是不可能的, 必须利用镍, 铜, 铁, 钴, 钼等元素产生液相烧结把钨颗粒沾粘起来(吃过花生糖吧?花生就好比是钨, 麦芽糖则是那些液相元素).
2015年的钨合金配重与马达震动子(振动马达的需求)正被苹果炒热起来. 虽然是昙花一现, 但也证明MIM确实可以对应硬质合金和高比重和金的产品有快速爬升产能的能力.
无镍不锈钢
在当前被广泛应用的医疗用奥氏体不锈钢316L和硬化型17-4PH, 镍是一种重要的合金化元素. 镍的主要作用是使不锈钢形成稳定的奥氏体结构, 从而改善不锈钢的耐腐蚀性, 可塑性, 可焊接性和韧性等性能, 常温状下稳定的奥氏体结构还可使不锈钢具备无导磁性.
但是, 镍则是一种潜在的过敏因数, 在西方大量的临床表现证实镍及其化合物会对人类产生危害. 最常见的损害是接触性皮炎, 发病率较高, 过敏性强者会发生湿疹.
目前欧盟已经下达镍禁止令, 于2016年底前彻底执行, 取代的方案是采用高氮无镍的铬锰钼钢, 这恰是MIM技术的强项.
相信不用到明年, 这个材料如合作日常生活与工业应用的金属零件, 应该是明星级的材料, MIM厂要提早准备了!高氮无镍的不锈钢配方目前还是巴斯夫的专利, 专利保护期也即将过期, 应该可以让市场放大吧.
铜与黄铜, 钛与钛合金
金属类的应用具备无导磁性, 对于3C产品是很好的材料, 由其MIM技术关注点在于经济又实惠, 铜合金应该是一个很好的选项, 可惜的是过去铜合金的烧结很少人关注, 主要在于水暖器材类的铜合金可以经过压铸(Die Casting)实现, 纯铜的烧结不是一般烧结炉可以做到, 必须采用压力大于一大气压以上的高压烧结炉, 不是一般工厂可以设置的, 主要是铜(及其合金)的蒸汽压低, 还没有到达烧结温度汽化就相当严重, 除了炉壁容易污染外, 产品很容易烧不致密.
PIM International 杂志2015第一期报导, 全世界MIM/PM粉末消耗最大还是中国大陆地区和台湾地区, 但显然只有偏重在热管和散热片, 以及小部分的青铜自润轴承与过滤器, 对于铜与铜合金的MIM产品, 还有待开发. 通常, 这种材料要寄望苹果电脑的采用才有快速身价上扬的机会.
钛和钛合金则一直是明星材料, 只不过价格过高, 粉末来源受到限制, 因此工业应用都局限在航空扣具, 特殊零件, 以及医疗器械和植入物, 少部分用来做可穿戴产品, 却因为钛的外观很容易灰化导制装饰不够好看, 很多以不锈钢抛光加以上PVD锖黑色来说是钛合金, 那只有表面薄薄一层的钛化物, 不足以称为钛合金. 我们也期待市场的开拓与无镍不锈钢的时代来临, 高强度和相对低比重的钛有其优异的机械与人体亲合性能, 来期待MIM钛零件的上市吧!
光, 电, 磁不分家, 功能性金属与陶瓷来袭
2017年起被讨论最多, 最神秘又最热门的, 相信就是功能性材料, 由于众多特殊的应用, 相关的材料如各种有色金属合金, 功能陶瓷等等. 举例如钴铬钼合金(CoCrMo)或是钴铁(Hiper Co)的软磁材料, 陶瓷可就更是五花八门.