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金屬注射成形:篳路藍縷四十年
2019-10-29 16:45:33   發布者:System

    40年前,MIM技術先鋒 Parmatech公司采用金屬注射成形技術制造的兩款開創性產品于1979年獲得技術大獎,標志著這項技術登上世界舞臺。以此為起點,MIM技術取得了日新月益的發展,MIM產品也在不知不覺中被日漸廣泛地應用到各種領域,包括汽車、鐘表、智能手機、消費電子產品、輕武器、切削*具、精密手術器械以及高溫噴氣發動機部件等。這篇文章中,PIM International專業雜志資深專家Nick Williams對MIM行業的發展歷程進行了總結,并著重介紹了其中一些里程碑性質的應用。

今天,我們的生活已經被MIM制品包圍。人們手上戴的腕表,它的表殼和內部部件可能是MIM制品;人們戴的眼鏡,包含MIM工藝制造的結構緊湊、彈性良好的鉸鏈機構,使鏡框柔韌而舒適;人們使用的智能手機,里面有10件以上的MIM制品,比如蘋果手機充電所用的閃電接頭,采用MIM工藝生產了數十億件;人們使用的筆記本電腦里,MIM工藝制造的轉軸為開合屏幕提供了優秀的強度和手感;人們穿著的外套上,有MIM工藝制造的拉鏈頭;我們的家由MIM高強度門鎖部件來保護;開車時,MIM為我們提供了觸感舒適的旋鈕來調節車載收音機,同時,汽車發動機中還運行著MIM高溫合金渦輪增壓部件、高強度鋼汽門搖臂以及周邊其它一些MIM部件。

MIM制品的應用不勝枚舉,以上所提到的這些應用清楚揭示了金屬注射成形技術(MIM)的兩個關鍵事實:MIM的應用已經滲透到我們生活的方方面面,但多數人(包括工程師和產品設計師)對這項技術卻知之甚少。MIM產品無處不在的事實,說明這項技術確實已經獲得了成功的應用。MIM技術能夠進行近凈成形,能夠將多個零件組合成一個部件,能夠提供優秀的力學性能,能夠輕松實現復雜形狀零件的超大批量生產,同時還能保持優秀的批次穩定性……,它的這些優點本可以應用到更廣泛的領域,但由于社會對它的認知非常缺乏,使這項創新技術的應用潛力還遠沒有得到充分發揮。

盡管技術的傳播度還比較低,但是在MIM應用的空白領域,只要有一家企業成功將MIM技術應用到某個產品,它的同行們就會迅速跟進,MIM技術也就會取代原有工藝成為主流技術。其中一個例子是MIM技術在醫療領域的應用,上世紀90年代隨著一次性醫療器械的發展,MIM技術被引入相關產品的生產,到今天,它已經成為醫療領域不可或缺的制造手段。類似的例子還包括輕武器、牙科正畸材料以及其它一些行業的應用。因此,盡管還有許多行業沒有留下MIM技術的印記,但也已經有很多行業享受到了MIM技術所帶來的好處。

當然,我們今天能看到以上這些MIM產品的案例,要特別感謝那些提供素材的企業把這些MIM應用成果分享出來,而不是對其保密以獲得競爭優勢。MIM發展的前三十年很大程度上處于云遮霧罩之中,MIM生產者刻意保護他們的技術,MIM最終用戶也將這種新技術的應用當作他們降低成本和提高效率的秘密武器,不愿意讓外界知曉。2006年我們計劃開辦PIM International這份雜志時(第一份同時也是迄今為止唯一一份粉末注射成形領域的專業雜志),人們對它的態度是既歡迎又提防。最常聽到的聲音是:“這個行業太神秘了,沒有人會愿意公開談論技術和市場的”。值得慶幸的是,那些愿意在我們早期刊物中出鏡的公司引領著整個行業的發展,并最終幫助其它公司認識到他們都在進行相同的戰斗,都面臨著相同的技術挑戰,并且都擁有一個共同的終極目標---做大MIM的蛋糕。

盡管在開放性上有了一定進步,但是MIM行業在信息披露上仍然表現得相當保守。在行業信息的調查統計上,日本做得比較好,但是除日本以外,獲取有關全球MIM詳細而準確的統計信息幾乎是不可能完成的任務。對于歐洲、北美和亞洲大部分地區的生產數據,以道聽途說的調查居多,真實的行業規模與發展狀況等信息還只能依賴各個地區的行業協會盡最大努力去進行估計。

舉個有意思的例子,在最近的一次行業會議上,一位退休的MIM公司高管(恰好也是MIM行業協會的前任主席)講述了他的公司準備出**時與“財務投資者”的對話。“該地區的MIM市場據報道約為每年X百萬美元,”該財務投資者說, MIM高管評論:“是的,但不要把這個數字當作福音,這是虛構的。” “朋友,您太憤世嫉俗了!您怎么能說這是一個虛構的數字?” 財務人員問道,MIM主管回答:“因為數字是我編的!”

由于缺乏確鑿的數據,對于行業的規模和發展狀況,分析師、觀察員和業內人士沒有別的選擇,只能進行盡可能合理的推測, 我們很可能甚至都沒有行業的全景來支持這種推測。幾年前,著名的俄羅斯**械制造商卡拉什尼科夫就宣布,它的新一代軍用步**將大量采用MIM工藝制造的部件,但事實上我們任何時候都不大可能獲得俄羅斯MIM產業的數據。

當然,與競爭對手分享生產和****數據時的保守不是MIM獨有的,但是,MIM生產商來源的多樣化并沒有讓這種現狀變得更好。從事MIM生產的企業規模不一,有的是只有一兩臺注塑機的小公司,有的則是擁有數百臺注塑機,將MIM工藝作為內部制程的大企業,例如臺灣的消費電子產品代工企業富士康。作為行業領先的觀察家,Randall German教授最近在PIM International上評論:“這個行業的發展是不均衡的,10%的公司控制著三分之二的****額,并享有80%的行業利潤。”

MIM 技術的起源

美國加州的Parmatech 公司演繹了MIM的早期發展故事。四位企業家于1973年在圣拉斐爾創立了Parmatech,他們分別是Karl Zueger,Peter Roth,Ray Millet 和Ray Wiech。這家公司開發了被稱為粉末注射成型(PIM)的技術并將其進行了商業化應用,包括陶瓷注射成型(CIM)和金屬注射成型(MIM)。

盡管CIM的發展最早可以追溯到1930年代和40年代,但是該技術最初并未獲得市場認可,并且由于基礎技術不成熟,并未得到大量應用。

Parmatech公司在1970年代開發出了一種復雜的粘結劑系統,該系統可以使用溶劑進行初步脫脂,然后在空氣環境下進行二次熱脫脂。最初的專利申請于1972年6月提交,隨后于1974年繼續申請,直到1980年第一項MIM專利被授予了Wiech,Parmatech公司則擁有了獨家制造和許可權。

1979年,在北美粉末冶金聯合會(MPIF)當年頒發的五個產品獎項中,Parmatech獨得兩項,這使得MIM 一時大放異彩,成為了頭條新聞(至少是在一些專業出版物上)。第一個獲獎零件是用于波音707和727客機襟翼機構以及德國VFW 614運輸飛機的2英寸直徑環形螺旋密封件,該零件由純鎳制成,相對密度達到96%,具有出色的耐腐蝕性,并且具有獨特的內部不連續螺紋等復雜構造。

第二個獲獎產品是用于Rocketdyne火箭助推器的鈮合金零件,其中相對較大的6英寸腔室使用MIM技術一體成形,另一個幾何形狀極其復雜的噴射器部件則分為兩件分別用MIM技術成形,再用電子束焊接到一起。

當MIM取得這些成功之后,其他公司開始慢慢注意到這項技術。在互聯網時代之前,對于一家不太重視營銷的企業來說,讓市場了解自己總是一個緩慢的過程。正如Zueger在1999年所說,“ Parmatech從來沒有真正開展過營銷工作,業界到現在才剛知道我們的存在。”這與最近金屬增材制造技術所獲得的火熱關注形成了鮮明對比。

1981年,隨著Parmatech公司的創始團隊分道揚鑣,MIM技術開始開枝散葉。Ray Millet獲得了生產**支零件的許可證,并在Huntington Beach成立了Millet Sights公司。Peter Roth憑通用許可返回瑞士并成立了Moldinject公司,而Wiech則根據與Parmatech的交叉許可協議在圣地亞哥成立了Witec公司,Zueger則仍然是Parmatech的總裁,并成為唯一股東。

專利許可擴大了MIM產品的市場,也促進了其從美國和歐洲向亞洲的技術擴散。早期的成功案例包括IBM開發的電動打字機頭和點陣打印機零件以及Remington Arms制造的**支組件,這兩家公司都獲得了相關的MIM專利許可。

由于MIM工藝過程對原料粉末的粒度、化學成分和顆粒形狀有特定要求,這些早期MIM生產商所面臨的挑戰之一是能否找到合適的粉末原料。當時的霧化工藝無法生產出MIM所需的細粒度粉末,因此早期MIM工藝主要使用羰基法制備的超細鐵粉作為原料。在空氣中進行熱脫脂是當時MIM工藝中的一個必要步驟,由于原料中的碳會與空氣中的氧反應而消耗,所以這樣的熱脫脂過程只能生產C含量為零的Fe-Ni合金。

隨著粉末原料工藝的進步和MIM工藝復雜度的改善,MIM應用開始轉向性能更高的不銹鋼材料,例如316L和17-4PH,這些材料如今已成為行業的主流。到1990年代中期,MIM技術開始脫去神秘外衣,成為一種成熟的、大批量的零件制造工藝,并且在諸如鈦合金和超合金之類更具挑戰性的材料上也取得了順利進展。

MIM 的產業化:材料,生產設備和標準

MIM行業過去二十年來的成功,尤其是亞洲最近幾年的驚人增長,主要得益于商品化MIM喂料的出現和連續脫脂燒結爐的發展(與之相對的是批次脫脂燒結爐)。1990年代初期,BASF公司向市場推出了Catamold喂料,同時也推動了與之匹配的連續燒結爐的發展,到今天,BASF仍然保持著MIM行業最大原料供應商的地位。

BASF基于全新催化脫脂工藝的Catamold喂料使MIM能夠快速穩定地進行大批量生產,為這項技術打開了新的市場方向。此外,有BASF這種公認的全球化企業提供關鍵原料,也給了新加入者足夠的信心來進入MIM這個行業,從而推動了行業規模的擴大。

BASF本身生產羰基鐵粉,這一事實當然是推動BASF發展CATAMOLD喂料的動力。但同時,MIM行業的增長也刺激了Epson Atmix(日本),Carpenter(美國)和Sandvik Osprey(英國)等粉末生產企業努力開發適用于MIM制程的氣霧化和水霧化粉末,其中代表性的是17-4 PH不銹鋼粉末。

原材料和生產技術的發展成熟,為MIM行業引來了知名的新生產商。瑞士手表制造商Swatch集團是Catamold最早的使用者之一,他們將其使用于1994年推出的Irony系列手表中。該公司在瑞士Grenchen建設的“熄燈”連續生產線在當時被認為是展示MIM潛力的典范,這條生產線目前仍在運營。

到1990年代中期,全世界開始努力為MIM創建通用標準。北美粉末冶金聯合會(MPIF)于1993年首次發布了“金屬注射成型零件的材料標準 35”,涵蓋了各種不銹鋼和軟磁合金。此標準已經多次修訂,最新版本發布于2017年。

1997年,歐洲粉末冶金協會(EPMA)建立了歐洲金屬注射成型標準專題網絡(MIMNet),該網絡得到了歐盟標準、測量和測試計劃的資助,并在1999年發布了MIM標準草案,后來轉換為國際標準– ISO 2206:2012。日本粉末冶金協會(JPMA)也為日本制定了MIM標準。

所有這些早期的標準化活動非常有助于鼓勵應用領域的設計工程師接受和采用MIM技術,為全球MIM行業的持續發展做出了有力貢獻。

當今的MIM行業

今天,MIM零件的全球****額估計為每年25億美元左右,年增長率因地區而異,但通常在10%至20%之間。制造業向東方轉移的故事,也同樣發生在MIM行業,如今,超過50%的MIM零件生產都是在亞洲進行,其余部分則主要在美國和歐洲之間平均分配。

自從BASF的原始專利失效以來,市場上“Catamold替代品”出現激增。如今在喂料和粘結劑技術上都有很多可選供應商,MIM生產商可以自行生產喂料,也可以從外部供應商那里購買,或兩者兼有。

MIM技術有多種類型的粘結劑系統,其中水溶型粘結劑系統由于對環境的影響小,正越來越受到歡迎。隨著粘結劑的發展,喂料的流動性得到了改善,生坯強度更高,并且能夠成型更復雜的形狀。再結合復雜的熱流道系統,模溫控制系統,以及采用注射成形****軟件以優化零件設計和模具開發,一些以前無法想象的產品設計,現在都可以用MIM工藝實現制造。

在金屬粉末供應方面,由于增材制造(3D打印)和MIM在粉末原料特性上有共性的要求,增材制造技術近些年的迅速發展推動了能夠提供MIM級粉末的金屬粉末生產商數量的顯著增長。像粘結劑噴射和熔融長絲制造(FFF)等類似MIM的增材制造工藝的興起,有望將更多的參與者帶入粉末原料制造市場,并對粉末原料價格產生下行影響。

PIM International在2019年3月發布的一份報告指出,對已量產的MIM產品按款型進行統計,其典型特征有:年需求量20萬件以上,壁厚為1-3毫米,平均單重10克以下。該報告還強調,如果按零件的實際生產數量來進行統計,典型MIM零件的平均重量為6克,這主要是受生產量巨大的智能手機部件(平均單重較小)的影響。

全球不同區域的發展狀況

亞洲

大中華地區在亞洲處于領先地位,目前的年****額估計約為10億美元。中國MIM行業增長的主要推動力是消費電子(3C)產品,中國鋼鐵工業協會粉末冶金分會2017年的數據稱,智能手機是最大的應用市場(65.7%),其次是可穿戴設備(6.9%)和計算機(4.9%)。MIM的其他應用領域還包括汽車(7.2%),工具(6%)和醫療器械(3.9%)。

據報道,2017年中國MIM材料(粉末和喂料)總出貨量為8,000至8,500噸。MIM材料的市場份額基本由國內供應商(55%)和國外供應商(45%)平均分配。據報道,在進口原料中,BASF的Catamold占有90%的市場份額。

約有80%的中國MIM公司具有自行生產喂料的能力,實際生產中他們會根據情況來選擇使用商品喂料或自行生產喂料。2017年,中國使用最廣泛的MIM材料仍然是不銹鋼(70%)和低合金鋼(20%),鎢基材料約占總產量的8%,硬質合金、銅、鈦及鋁合金占其余2%。

在亞洲其他地方,印度MIM行業(由Indo-MIM Pvt Ltd主導)在2014年至2016年之間的收入增長了兩倍,從5000萬美元增加到1.5億美元,其大部分產品出口到北美、歐洲和日本。

JPMA估計日本MIM生產商在2018年的****額為1.2億美元左右,增長率為5-6%。日本的MIM市場主要為工業機械、醫療和汽車應用。MIM產品在亞洲的其他重要生產基地還包括韓國和新加坡。

預計亞洲的MIM行業將繼續保持強勁增長,尤其是在汽車和醫療市場。盡管3C行業帶來了巨大的需求,但業務多元化仍是許多中國MIM公司的首要任務,以擺脫對單一應用領域的依賴。一款手機的生產壽命周期可能很短,有些型號可能無人問津,而另一些則能大賣特賣,這使得相關MIM零件的訂單數量很難提前預測,也給MIM生產商平衡各種不同的生產需求提出了巨大挑戰,即如何在保證足夠高開機率的同時,還要確保臨時排產、交期很短的一百萬個智能手機零件的生產資源隨時可用。

北美

根據MPIF在今年夏天的POWDERMET2019會議上提供的數據,美國MIM產業的前景被描述為“積極而堅定”。據估計,2018年美國MIM零件的****額增長了5–10%,約為 4.4-4.6億美元。另據估計,2018年美國消耗的MIM級細粉(本國生產和進口合計)增加了10%,達到3500噸,這個數字包括 “類MIM”增材制造所用的細粉,但是這個新領域目前的需求占比很低。

MPIF的PM行業發展趨勢調查結果顯示,按發貨的MIM零件的重量計,不銹鋼產品占比48%,其余產品主要為低合金鋼(20%)和軟磁合金(21%)材質。

按零件重量計算MIM在各領域的應用,2019年醫療和牙科市場預計占產量的30%,而汽車中的MIM零件已上升至占產量的11%。在過去的2018年,輕武器市場趨于平緩,估計占MIM產量的33%,其他重要市場還包括通用工業品(12%),電子產品(7%)和牙科產品(3%)。值得注意的是,雖然按重量計牙科產品僅占美國MIM產品出貨量的3%(這是由于零件重量僅為0.02克),但產品的價格很高, 就全球而言,如按價值計算,牙科行業估計約占MIM****額的16%。

MPIF表示,從業者對2019年的市場預期普遍比較樂觀。MIMA(北美金屬注射成形協會)調查報告顯示,有72%的受訪者預測****會增長,而28%的受訪者預測****水平會“更穩定”。調查還表明,業內認為MIM技術面臨最重要的挑戰包括縮短產品開發周期、擴大產能、提高良率和開發新材料。同時,MIM公司還在積極考慮與增材制造工藝進行結合。

歐洲

歐洲為MIM的全球發展做出了巨大貢獻,主要有二:首先,它是全球領先的MIM技術提供商,無論是為MIM量身定做的注塑機(Arburg GmbH&Co KG是全球領先的注塑機供應商),開創市場先河的商品喂料(BASF),還是適用于大批量生產的連續式燒結爐(Cremer Thermoprozessanlagen GmbH開創了連續式MIM燒結爐,該公司的MIM Master一直是占據市場主導地位的燒結設備),歐洲都是相關領域的先行者。人們經常將這三家公司的組合稱為“ABC”(其中A指Arburg,B指BASF,C指Cremer),他們所提供的綜合解決方案,幫助了MIM在中國的迅速崛起,也使得蘋果和三星等OEM商有信心相信,即使年需求量達到數千萬,也可以在多個制造商之間以一致的標準生產出他們所設計的MIM零件。

歐洲對MIM的第二個貢獻是在相對較早的時候就向汽車工業導入了這項技術,這要歸功于一些主要的傳統粉末冶金(壓制燒結)零件制造商采用了MIM技術,即Sintermetallwerk Krebsoge GmbH(現為GKN Sinter Metals的一部分)和Schunk Sintermetalltechnik GmbH這兩家德國公司。

作為汽車行業的主要供應商,這些公司有渠道向他們的客戶介紹MIM這樣的新工藝技術,而當時的汽車設計師對這些新技術是完全陌生的。今天MIM在歐洲汽車行業的成功,主要歸功于這些公司很早就有遠見地擁抱了MIM新技術,現在全球其它地方的MIM企業也正在借鑒歐洲的成功經驗。

MIM在汽車領域最初是用于?*丶粵慵牽孀湃嗣嵌訫IM技術的信任度提高,該技術逐漸在各種高負荷動力總成組件中也得到了采用。盡管日本活塞環公司已經在日本生產了MIM搖臂組件多年,但最引人注目的MIM發動機應用出現在歐洲,它是Schunk intermetalltechnik GmbH為寶馬制造的MIM搖臂組件,該產品于2007年宣布面世,由于有寶馬的光環加持,這個產品令MIM技術的知名度大大提升。

這些MIM零件安裝在寶馬汽車運用了Valvetronic可變氣門升程技術的6缸發動機中,采用可熱處理強化的50NiCrMo2.2合金制造,年產量約為450萬件。氣門搖臂零件在四穴模具中注射成形,然后在連續燒結爐中脫脂和燒結,最后再進行熱處理。據估計,與鍛造搖臂相比,MIM技術節省了58%的成本。遺憾的是,后來產品規格的變更使得MIM的競爭優勢不再,這部分產品又被成本更低的競爭技術所取代。

MIM在汽車上的其他應用包括燃油噴射系統零件、渦輪增壓器、變速器、減震器零件、液壓系統、工作于高溫高壓惡劣環境中(如廢氣系統)的執行器和傳感器外殼等, 一些混合動力汽車的散熱系統也采用了MIM技術。

據EPMA估計,目前歐洲MIM生產商的年****額約為5億美元,另外,根據2017年EPMA的調查結果,汽車行業的應用約占歐洲MIM產值的40%以上, 其他主要應用領域還包括消費品、輕武器、醫療器械、建筑、電動工具和工具等。在材料類型上,不銹鋼占零件產量的50%以上。

未來發展趨勢

航空航天

除了不斷提高生產率,改進材料和裝備,MIM行業未來的關鍵任務是不斷改進現有的產品并持續開發新的應用。如本期雜志另一篇文章所強調的,不管是民用還是軍用,航空航天工業對MIM零件的需求都在不斷增長。眾所周知航空航天應用需要較長的時間進行開發和認證,但產品生命周期長、利潤高,仍然是值得發展的領域。

已有的航空航天應用包括定子葉片、通用機械零件、杠桿和連接器等。未來的潛在應用包括燃燒室中的噴射器和旋流器、外罩等。高溫場合需要使用Hastelloy X,Rene 77和IN718等鎳基合金,由于MIM可以提供非常優秀的顯微組織,因此很適合用于此類零件的生產。在使用溫度不太高、減重?*丶撓τ彌校梢允褂妙押轄餞i6Al4V,機械零件和連接器則通常由17-4PH不銹鋼制成。

旋流器由Hastelloy X合金制成,燒結后進行熱等靜壓(HIP)以除去殘留的孔隙。MIM工藝可以獲得各向同性、無殘余應力的微觀結構,且無需二次加工即可保證表面粗糙度Ra小于2 μm。

雙金屬MIM

2018年9月PIM International上報道,雙金屬(2C-MIM)產品已投入商業生產。該技術是將兩種不同的喂料共注入模具中,然后進行燒結,形成牢固結合的雙金屬產品。

Schunk Sintermetalltechnik GmbH現在正在批量生產可變幾何渦輪增壓器上的2C-MIM組件。其中的銷釘要求具有良好的焊接性能,同時其工作表面還要求耐磨和耐腐蝕,撥叉零件同樣要求高的耐腐蝕性,與銷釘接觸的位置要求耐磨。最終的解決方案是用雙金屬注射成形來制造銷釘零件,其芯部為可焊接的不銹鋼,外層則為耐磨的鈷合金。

以上產品實現量產前,有一系列技術難題需要克服。喂料上需要測試不同粘結劑和粉末的組合,模具上需要為兩種喂料開設不同的流道,必須增加注射周期時間,并且必須為兩種合金找到合適的共燒結方案,既要保證零件的致密化,又要保證兩種材料的收縮率一致。

將來,共注射成形還可以發展軟磁/耐磨、軟磁/非磁、可焊接/耐磨、耐磨/耐熱、低成本材料/高成本材料和金屬/陶瓷等不同材料組合。

MIM鈦制品

盡管關于MIM鈦和鈦合金的研究開展得很多,但在主要潛在市場上(生物醫學,航空航天和消費品領域)還沒有形成有效的產品應用。主要是MIM鈦合金還存在一些關鍵的技術挑戰,比如過程中對有害元素C、O的控制,以及如何保證穩定的機械性能,尤其是屈服強度和延伸率。

MIM級鈦粉的高成本也是阻礙MIM鈦實用化的一個主要因素。但是,也有一些成功案例,盡管通常只有中小批量的應用,一些專門從事Ti-MIM的公司以及相關MIM鈦產品還是取得了穩定增長。

更大

盡管制造大型MIM零件有很多技術挑戰,尤其是在成形和脫脂方面,但實際生產中已經有不少重量超過100克MIM零件的例子。如前所述,喂料、過程****和模具技術的進步為MIM技術制造更大的零件提供了可能性。用MIM工藝生產大件制品的障礙可能包括MIM級粉末相對較高的成本(對于單重較小的零件來講,原料成本占總成本的比重很小,所以粉末價格不會成為制約因素),以及來自粘結劑噴射3D打印技術的挑戰。雖然粘結劑噴射3D打印技術也有其自身的設計限制,但至少它不需要復雜和昂貴的模具。

更小

粉末微注射成形(MicroPIM)作為一種獨特的工藝一直吸引著人們的注意,該工藝可用于制造中到大批量的金屬和陶瓷微型部件。典型尺寸≤1 mm的單個微型部件,以及具有微米甚至納米級局部結構的較大部件,都可以歸于粉末微注射成形的范疇。

該領域的成功得益于微注射成形技術在中、大批量生產中的高效率,制造復雜形狀零件的能力以及可加工材料的多樣性。隨著微型總成器件的應用范圍不斷擴大,在微注射成形技術中功能性或高強度材料的使用也將不斷擴大,應用領域包括電子、醫療器械、生物傳感器等。

總結

本文篇幅所限,只能突出介紹一下MIM行業過去40年發展中一小部分的關鍵事件和重要成就。關于MIM技術、特定市場、研發活動和主要企業概況的更多詳細信息,可以在往期《 PIM International》雜志中找到,相關獲取渠道列于本文末尾。

與所有其它制造過程一樣,對于MIM技術,潛在用戶應了解其特定設計準則,以最大程度地發揮這項技術的優勢。理想情況下,在組件設計的最初階段就應與MIM生產商進行充分溝通;盡管相關設計準則在網上俯拾皆是,但是在采用新技術之前,請有經驗的人來協助評估肯定是最佳做法。

得益于金屬增材制造的興起,使用金屬粉末作為原料來生產金屬零件的技術獲得了從未有過的關注。在這些技術中,MIM顯然是一種更為成熟的工藝,成熟的供應鏈和行業標準的建立為MIM帶來了顯著的競爭優勢。

對于增材制造,在材料和工藝方面金屬粘結劑噴射成形和熔融長絲制造這兩種技術方式都與MIM技術有很多重合,但它們還在朝著產業化邁進的路上,還需要很多時間來成長為成熟工藝,之后才可能被應用到重要產品上。人們當前談論的話題,是這些“類MIM”流程在未來會如何與MIM競爭,真實的競爭目前還沒有發生。MIM既有產品中有很多對增材制造技術來講是唾手可得的–比如訂單量只有數萬件的零件。短期內,考慮到購買工業級MIM脫脂和燒結爐的費用非常高昂(這使Binder Jet機器的成本相形見絀),所以反而是擁有這些昂貴設備的MIM廠家更適于引進這些增材制造技術作為MIM的補充,并帶動其發展。

MIM本身亦有著光明的未來,從用于羅爾斯·羅伊斯(Rolls-Royce)航空發動機的“熱室”超合金壓縮機葉片,到以超大規模為智能手機行業生產的復雜微型MIM組件,MIM一直在不斷擴大自己的應用范圍。雖然其它新技術的出現將帶來激烈的競爭,但是當前使用金屬粉末進行零件生產的熱潮為MIM帶來的更多是機遇,畢竟,水漲船亦高。


作者:    來源:粉末冶金及硬質合金展

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