世界粉末冶金大会: 全球MIM市场展现健康的成长(上篇)

■ ACMT/ 邱耀弘

本文发表於国际粉末注射成形期刊 2018 年12 月份第十二卷第四期第67~75页

作者

Bernard Williams, Consulting Editor, PIM International *Bernard William是总编辑 Nick William的爸爸
主要翻译者:邱耀弘博士(Dr. Q)

前言

第一次在中国北京举行的世界PM2018 大会和展览不 仅突出了中国过去二十年来实现的快速工业增长还强调 了中国在PM材料和生产技术方面取得的许多进步。这 发展趋势同样适用于金属注射成形(MIM),它在中国比 起世界其他地区一直保持著较高的增长。在本报告中, Bernard Williams 根据 WORLD PM2018 世界会议全体 会议和特別兴趣会议期间的主要演讲总结了MIM的全 球状况以及生产和技术趋势。

全球MIM的状况

马修·布格先生,金属注射成形协会(MIMA)前主席,现 任美国新泽西州普林斯顿金属增材制造协会(AMAM) 行 政主任,在世界PM2018大会开幕全体会议概述了金属 射出成形的世界地位[1 ] 马修·布格先生将MIM的发展置于一个历史背景下,他 说,当这项技术在20世纪80年代首次用于结构部件的生产时,北美的大多数初创企业MIM业务都很小, 很有创业精神,采用粘结剂与复杂的制程技术在有限 的加工技术下完成。这种MIM技术采用石蜡/聚乙 烯粘合剂,很快就扩展到新加坡、日本、台湾和欧洲, 当时很少有专门用于MIM的设备,如注射成形机和 脱脂炉/烧结炉是。马修·布格先生说,同样,MIM的 粉末来源也很难找到,早期的低合金钢原料主要是基 於使用羰基铁粉的Fe-2Ni。早期MIM部分的采用是 由牙科(正畸)和火器生产商领导的。

到了 20 世纪 90 年代,德国巴斯夫 (BASF SE) 开始使 用羰基铁粉做成的Catamold MIM酸催化脱脂喂料计画。同时 Epson/Atmix( 日本 )、Carpenter( 美国 ) 和 Sandvik(英国)均都开始生产适用于MIM应用的雾 化不锈钢粉末等级,特別是17-4 PH。马修·布格先生 指出,这鼓励了大型制造商,如 Precision Castparts, GKN, Swatch (ETA) 和 Epson, 投资於批量 MIM 零件 的生产。然而,生产设备仍然没有什么标準化。

马修·布格先生说,MIM在新的千禧年后继续获得青睐,已成为一种成熟的大批量生产技术。 MIM标準 已经公布了数量有限的材料特性,这些标準有助於确定最终使用者的期望。粉末生产技术的进步确保了以更低的成本充足的超细粉末供应,新的高温合金粉末使得欧洲汽车市场能够引入大批量生产涡轮增压器叶片,MIM在大量产品需求的电子领域的早期应用包括 摩托罗拉翻盖手机的铰链转轴。

到 2010年,MIM生产在全球范围内进一步扩大,在 韩国、印度和中国开展业务,在欧洲和北美的 MIM 应用稳步增长。目前正在专门为MIM 设计成型机和 去束缚设备,自动化越来越多地用于协助大批量MIM 零件的生产。

图 1: 来自 32 个国家的一千多名代表出席了由中国金属学会 (CSM) 和中国粉末冶金联盟 (CPMA) 主办的 2018 年世界粉末冶金大会 ( 图片由 WORLDPM2018 提供 )

MIM先进制造技术的领头羊

马修·布格先生表示,MIM目前被公认为十大先进制造技术之一,仅次于增材制造,位居第二(2018.5.15 麦肯锡报告所发布)。自2013年以来,MIM在过去7 年中取得了巨大的成功,特別是在亚洲的电子应用方面,平均每年增长 18% (如图2)。

图 2:MIM 零件全球的销售额区分图。其中中国与台湾的部分从 2013 年起有爆发式的成长。

在过去三年中,增长率放缓,接近每年6%。根据估 计,MIM的全球市场在24亿美元左右;图3显示了 自2010年以来全球市场上MIM的增长趋势。图4给 出了 MIM在北美的主要应用领域的细目。马修·布格先生报告说,虽然行动装置和电脑等消费电子产品应用在中国与台湾的MIM应用中占有主导地位,但枪支和医疗应用在北美很普遍,汽车MIM应用在欧洲很普遍。

图 3:全球 MIM 零件的销售额。在 2017 年大约到达 24 亿美金并有约 18% 的年增率

图 4:北美洲的 MIM 零件销售市场区隔图 ( 来自 MPIF)

粉末与喂料

自2010年以来,MIM行业迅速增长,特別是在亚洲, 导致 MIM原料和粉末销售大幅增加。布格先生估计 全球粉末销售为 18,190 吨,原料销售额为 20,205 吨 (表1)。不锈钢牌号约佔销售额的50%,其次是铁基 粉末,其中羰基铁粉仍然是低合金钢的主要来源,而 雾化(气体和水)粉末佔不锈钢粉末等级的主导地位。

表 1:全球用于 MIM 的喂料与粉末总量。依序排材料中为不锈钢、铁基、其他、钨、钛与铜 ( 注意到钛是最后一名 )

布格先生说,目前还转向外购MIM喂料。他说,这 在上世纪90年代末仅有不到10%的委外喂料,但现在估计超过70% 的喂料生产是外购的,喂料生产商 在选择粉末来源和合金开发方面发挥着更大的作用。 巴斯夫的催化脱粘结原料仍然是全球的主导地位,但随着专利保护的减少,巴斯夫正面临著来自其他喂料生产商的日益激烈的竞争。

展望

布格先生列举了MIM行业未来增长的一些机遇和挑 战。他指出,需要改进MIM制造中的尺寸控制,以消除昂贵的二次操作;零件尺寸的变化通常来自MIM 工艺的所有步骤,这些变化通常通过铸造或加工来解 决,从而增加了零件的大量成本。改进的粉末/喂料 将导致更一致的成形密度和烧结密度,同时也改进烧 结炉的变化产生很大的有益影响。

整个MIM供应链的紧密合作需要继续下去。然而, 布格先生指出,需要解决高粉末成本和生产问题,如 较大部件在烧结过程中的收缩加剧,以便MIM行业 能够经济地生产较大的MIM部件(> 100克)。如果 这些问题得不到解决,可能的结果是,MIM将继续专 注於较小的部分。金属添加剂制造的迅速崛起,使用 MIM级粉末生产复杂的金属零件,可以使MIM生产 商受益于用于AM的粉末数量的增加,从而有可能降 低整个精细金属粉末的价格。

图 5:欧洲 MIM 的年销售额度。在 2017 年增长了约 9% ( 资料来自 EPMA 市场研究部 )

图6:欧洲MIM 健康的9% 成长源自这些产品别的出货。 ( 资料来自 EPMA 市场研究部 )

MIM在欧洲

德国不来梅弗劳恩霍夫制造技术和先进材料研究所 (IFAM)的Frank Petzoldt 教授在大会上的一次特別兴 趣会议上介绍了欧洲 MIM 行业的现状 [2]。 Petzoldt 博士表示,欧洲的MIM销售额在数量上增长了11%, 销售额增长了9%,在2017年超过4亿欧元(图5)。 据说,欧洲约佔全球MIM市场的28%,在欧洲各国中,德国的市场份额佔了欧洲份额的29%,其次是 义大利,佔18%,法国占14%。与世界其他地区一 样,Petzoldt 博士表示,不锈钢 MIM 零件的市场份 额最大,大约有50%左右。图6显示了欧洲MIM零 件最终使用者市场的多样化。 Petzoldt博士说,欧洲 MIM行业得到了大量研究机构的大力支援,欧洲粉末 冶金协会的 Euromim 集团和德国 MIM expertenkreis 都是活跃的,不仅仅是在技术方面发展和研究,同时 也在传播和推广MIM作为先进的制造技术。这些集 团的成员包括MIM零件生产商以及粉末和设备供应 商。
Petzoldt 博士说,大多数欧洲 MIM公司使用催化脱 脂系统生产 MIM零件,目前约有一半的生产商使用 连续脱脂/烧结炉。他补充说,约 80%的公司使用机 器人设备处理模具零部件,类似比例的公司预计近期 将提高产能。在技 术趋势方面,Petzoldt博士认为, 欧洲MIM零件生产商将能够应对生产更大、更重的 零件所需的挑战。他说,粉末和喂料价格对较大的 MIM零件的竞争力有重大影响,烧结过程中这些部件 的变形也是如此。他列举了两个成功的大型MIM零 件的例子: 一个是汽车行业中使用的重达67.3 克的钢 制传感器外壳,由德国Schunk烧结金属技术有限公司开发(图7),第二部分重达200克,第二部分由西 班牙的Mimecrisa开发。专业电动工具(图8)。

图 7: 用于传感器的钢制外壳重达 67.3g,由德国 Schunk 烧结金属技术有限公司开发

图 8:大型专业电动工具 MIM 零件重达 200g 由西班牙的 Mimecrisa 开发

欧洲的另一个趋势是注射成形两种材料再一起的零 件(2C-MIM)且共同烧结,这不仅消除了连接过程步 骤,而且为MIM 零件的功能特性开辟了新的前景。 Petzoldt 博士给出的例子是罗伯特·博世公司开发的 双材料燃油喷射阀套筒演示器,具有高长宽比和薄壁 (650um=0.65mm)。该零件将具有高渗透率软磁 430 材料与非磁性314两种分別的材料结合在一起。■

Share

发表评论

您的电子邮箱地址不会被公开。 必填项已用*标注