2019年6月雜誌專題Dr.Q 技術專欄顧問專欄

世界粉末冶金大會: 全球MIM市場展現健康的成長(上篇)

■ ACMT/ 邱耀弘

 

本文發表於國際粉末注射成形期刊 2018 年12 月份第十二卷第四期第67~75頁

作者

Bernard Williams, Consulting Editor, PIM International *Bernard William是總編輯 Nick William的爸爸
主要翻譯者:邱耀弘博士(Dr. Q)

 

前言

第一次在中國北京舉行的世界PM2018 大會和展覽不 僅突出了中國過去二十年來實現的快速工業增長還強調 了中國在PM材料和生產技術方面取得的許多進步。這 發展趨勢同樣適用於金屬注射成形(MIM),它在中國比 起世界其他地區一直保持著較高的增長。在本報告中, Bernard Williams 根據 WORLD PM2018 世界會議全體 會議和特別興趣會議期間的主要演講總結了MIM的全 球狀況以及生產和技術趨勢。

 

全球MIM的狀況

馬修·布格先生,金屬注射成形協會(MIMA)前主席,現 任美國新澤西州普林斯頓金屬增材製造協會(AMAM) 行 政主任,在世界PM2018大會開幕全體會議概述了金屬 射出成形的世界地位[1 ] 馬修·布格先生將MIM的發展置於一個歷史背景下,他 說,當這項技術在20世紀80年代首次用於結構部件的生產時,北美的大多數初創企業MIM業務都很小, 很有創業精神,採用粘結劑與復雜的製程技術在有限 的加工技術下完成。這種MIM技術採用石蠟/聚乙 烯粘合劑,很快就擴展到新加坡、日本、台灣和歐洲, 當時很少有專門用於MIM的設備,如注射成形機和 脫脂爐/燒結爐是。馬修·布格先生說,同樣,MIM的 粉末來源也很難找到,早期的低合金鋼原料主要是基 於使用羰基鐵粉的Fe-2Ni。早期MIM部分的採用是 由牙科(正畸)和火器生產商領導的。

到了 20 世紀 90 年代,德國巴斯夫 (BASF SE) 開始使 用羰基鐵粉做成的Catamold MIM酸催化脫脂喂料計 畫。同時 Epson/Atmix( 日本 )、Carpenter( 美國 ) 和 Sandvik(英國)均都開始生產適用於MIM應用的霧 化不銹鋼粉末等級,特別是17-4 PH。馬修·布格先生 指出,這鼓勵了大型製造商,如 Precision Castparts, GKN, Swatch (ETA) 和 Epson, 投資於批量 MIM 零件 的生產。然而,生產設備仍然沒有什麼標準化。

馬修·布格先生說,MIM在新的千禧年後繼續獲得青 睞,已成為一種成熟的大批量生產技術。 MIM標準 已經公佈了數量有限的材料特性,這些標準有助於確 定最終使用者的期望。粉末生產技術的進步確保了以更低的成本充足的超細粉末供應,新的高溫合金粉末 使得歐洲汽車市場能夠引入大批量生產渦輪增壓器葉 片,MIM在大量產品需求的電子領域的早期應用包括 摩托羅拉翻蓋手機的鉸鏈轉軸。

到 2010年,MIM生產在全球範圍內進一步擴大,在 韓國、印度和中國開展業務,在歐洲和北美的 MIM 應用穩步增長。目前正在專門為MIM 設計成型機和 去束縛設備,自動化越來越多地用於協助大批量MIM 零件的生產。

MIM先進製造技術的領頭羊

馬修·布格先生表示,MIM目前被公認為十大先進製 造技術之一,僅次於增材製造,位居第二(2018.5.15 麥肯錫報告所發布)。自2013年以來,MIM在過去7 年中取得了巨大的成功,特別是在亞洲的電子應用方 面,平均每年增長 18% (如圖2)。

在過去三年中,增長率放緩,接近每年6%。根據估 計,MIM的全球市場在24億美元左右;圖3顯示了 自2010年以來全球市場上MIM的增長趨勢。圖4給 出了 MIM在北美的主要應用領域的細目。馬修·布格 先生報告說,雖然行動裝置和電腦等消費電子產品應用在中國與台灣的MIM應用中佔有主導地位,但槍 支和醫療應用在北美很普遍,汽車MIM應用在歐洲 很普遍。

 

粉末與喂料

自2010年以來,MIM行業迅速增長,特別是在亞洲, 導致 MIM原料和粉末銷售大幅增加。布格先生估計 全球粉末銷售為 18,190 噸,原料銷售額為 20,205 噸 (表1)。不銹鋼牌號約佔銷售額的50%,其次是鐵基 粉末,其中羰基鐵粉仍然是低合金鋼的主要來源,而 霧化(氣體和水)粉末佔不銹鋼粉末等級的主導地位。
布格先生說,目前還轉向外購MIM喂料。他說,這 在上世紀90年代末僅有不到10%的委外喂料,但現 在估計超過70% 的喂料生產是外購的,喂料生產商 在選擇粉末來源和合金開發方面發揮著更大的作用。 巴斯夫的催化脫粘結原料仍然是全球的主導地位,但 隨著專利保護的減少,巴斯夫正面臨著來自其他喂料 生產商的日益激烈的競爭。


展望

布格先生列舉了MIM行業未來增長的一些機遇和挑 戰。他指出,需要改進MIM製造中的尺寸控制,以消除昂貴的二次操作;零件尺寸的變化通常來自MIM 工藝的所有步驟,這些變化通常通過鑄造或加工來解 決,從而增加了零件的大量成本。改進的粉末/喂料 將導致更一致的成形密度和燒結密度,同時也改進燒 結爐的變化產生很大的有益影響。

整個MIM供應鏈的緊密合作需要繼續下去。然而, 布格先生指出,需要解決高粉末成本和生產問題,如 較大部件在燒結過程中的收縮加劇,以便MIM行業 能夠經濟地生產較大的MIM部件(> 100克)。如果 這些問題得不到解決,可能的結果是,MIM將繼續專 注於較小的部分。金屬添加劑製造的迅速崛起,使用 MIM級粉末生產複雜的金屬零件,可以使MIM生產 商受益於用於AM的粉末數量的增加,從而有可能降 低整個精細金屬粉末的價格。

 

MIM在歐洲

德國不來梅弗勞恩霍夫製造技術和先進材料研究所 (IFAM)的Frank Petzoldt 教授在大會上的一次特別興 趣會議上介紹了歐洲 MIM 行業的現狀 [2]。 Petzoldt 博士表示,歐洲的MIM銷售額在數量上增長了11%, 銷售額增長了9%,在2017年超過4億歐元(圖5)。 據說,歐洲約佔全球MIM市場的28%,在歐洲各國中,德國的市場份額佔了歐洲份額的29%,其次是 義大利,佔18%,法國占14%。與世界其他地區一 樣,Petzoldt 博士表示,不銹鋼 MIM 零件的市場份 額最大,大約有50%左右。圖6顯示了歐洲MIM零 件最終使用者市場的多樣化。 Petzoldt博士說,歐洲 MIM行業得到了大量研究機構的大力支援,歐洲粉末 冶金協會的 Euromim 集團和德國 MIM expertenkreis 都是活躍的,不僅僅是在技術方面發展和研究,同時 也在傳播和推廣MIM作為先進的製造技術。這些集 團的成員包括MIM零件生產商以及粉末和設備供應 商。
Petzoldt 博士說,大多數歐洲 MIM公司使用催化脫 脂系統生產 MIM零件,目前約有一半的生產商使用 連續脫脂/燒結爐。他補充說,約 80%的公司使用機 器人設備處理模具零部件,類似比例的公司預計近期 將提高產能。在技 術趨勢方面,Petzoldt博士認為, 歐洲MIM零件生產商將能夠應對生產更大、更重的 零件所需的挑戰。他說,粉末和喂料價格對較大的 MIM零件的競爭力有重大影響,燒結過程中這些部件 的變形也是如此。他列舉了兩個成功的大型MIM零 件的例子: 一個是汽車行業中使用的重達67.3 克的鋼 製感測器外殼,由德國Schunk燒結金屬技術有限公司開發(圖7),第二部分重達200克,第二部分由西 班牙的Mimecrisa開發。專業電動工具(圖8)。

歐洲的另一個趨勢是注射成形兩種材料再一起的零 件(2C-MIM)且共同燒結,這不僅消除了連接過程步 驟,而且為MIM 零件的功能特性開闢了新的前景。 Petzoldt 博士給出的例子是羅伯特·博世公司開發的 雙材料燃油噴射閥套筒演示器,具有高長寬比和薄壁 (650um=0.65mm)。該零件將具有高滲透率軟磁 430 材料與非磁性314兩種分別的材料結合在一起。■

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邱耀弘DrQ. 博士

耀德講堂創立人。畢業於台灣科技大學,林舜天教授粉末冶金實驗室大弟子。 中國與中國台灣MIM產業顧問,有關技術文章超過20篇,專利超過百篇。以“無私分享,升級產業”,被天下雜誌評論為“黑手博士”。

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