MIM的发展与产品应用(二) Products development and Application of MIM

■ ACMT/ 邱耀弘

1.3制造业的时代潮流

除了产品的机会,制造业遭遇到的时代潮流也是个机 会,人类的制造业要从工业发展的阶段来区分,也就 由工业1.0走到目前的工业4.0,但是要真的说上时 代潮流的影响,那莫过於智能手机时代的兴起。早期 一点发展MIM的业者都非常清楚,曾经在传统手机 以诺基亚 (Nokia) 和摩托罗拉 (Motorola) 称霸的时代 (1997~2010),MIM业者并没有得到太多的订单机会, 当时精密塑胶注射成形与金属冲压加工是鼎盛时期, 数值控制切削方式是手机精密零组件的不二工法。 Dr. Q整理了一下MIM由1970年到现在的发展,同 时也使用日本2012年粉末冶金年会预测MIM到2012 市场与技术的发展来说明,非常具有代表性的且非常 準确的预测了现况,相当正确[12],如图1.5所示。

图 1.5:日本 2012 年粉末冶金年会预测 MIM 到 2012 市场与技术的发展来说明,非常具有代表性的且准确预测了现况

1.3.1第一个十年(1970~1980):技术诞生

虽然在1970年代的MIM几项发明专利出现(例如难 以加工的加铌耐火喷嘴),有助於MIM制品打开诞生 之后的市场能见度,然而当代资讯传播技术均非常的 缺乏,用来制造MIM的材料、设备都在美国也才刚 开始,MIM的制造技术虽可行,但有需多科学上的基理都没有来得及跟上,普遍来说MIM就像是一个神奇的魔术,人们只知道一个复杂的金属零件竟然能够透过塑胶注射成形法得到,即便到2019年的今天, 仍旧有许多从事金属加工的业者,询问Dr. Q为什么 不锈钢可以注射成形?在熔点1480℃的熔化状态下, 是甚么样的机器可承受这样的高温来进行注射成形? Dr. Q至少可借由网路上的讯息告知并协助回答,然 而在当时,却是怎么也找不到太正确的说明。这第一 个十年,我们人类也才刚开始了用”电脑(计算机)” 这个名词,当时的手持式计算机和一张半米的桌子一 样大,绿色萤光灯管显示的数字可以照亮夜里的家, 然后美国国际事务机器(IBM)的个人电脑刚刚问世, 协助该国在太空竞赛取的领先。这个时候Dr. Q刚由 个位数的年纪进到第一个十位数年纪,人类的大战争越南战争也刚刚落幕。

1.3.2 第二个十年 (1981~1990):研究与燕行迁移,亚洲MIM萌芽

MIM技术迎来了第二个十年,由于技术的新颖性和神奇大于科学,这门技术成为美国大学院校热门的技术 之一,能够使选择此课题的研究生们在学校就能够有 来自企业与国家的补贴,随后就发现MIM变形量的 控制是个问题,重力使得MIM产品容易变形,把产品做小似乎影响较小,但是注射成形的不稳定性,又 干扰了产品最终尺寸。

这个年代,美国的硅谷已经逐渐形成半导体开发的聚 落,电子计算机的名词被冠以人性化的名称”电脑”, 因为半导体科技的锋芒盖过其他学科的毕业生,当年 German教授的几位亚洲毕业生,包含黄坤祥教授、 林舜天教授、寒川喜光教授(日)都回到亚洲任教或就业,MIM随春燕东移行的脚步开启了MIM在亚洲奠基的机会。

1.3.3 第三个十年 (1991~2000)- 千喜年到 来,数据的重要性

第三个十年是MIM初试身手的阶段。手机(大哥大) 的出现带来人类生活习惯的改变,”电话”这种原 来是固定在家中或村里的某个地点的沟通工具,竟 然因为无线电技术的兴起,变成可以移动的与携带 的,这十年也是Dr. Q完成到博士学位的年代,毕业 后一年投入第一个MIM企业(位于东台湾的宜兰, 兴东昌精密工业有限公司,公司的标志就是MIM 1996~1997),Dr. Q 第一次公司配置一部折迭式手机 是易利信,使用的的第一周掉到地上,便维修了一周, 这是MIM产业在台湾刚开始的时期。因为手机产业 的出现,首次采用MIM技术的摩托罗拉便遭到大挫败,早期蜡基系统MIM零件的烧结变形以及扭曲, 当时没有有效的整形技术、也没有很好的二次加工协 助补救,交货不顺利很快的让MIM技术被打入冷宫, 传统锌合金压铸得以成为小金属零件的技术主流。

这个十年,MIM的粘结剂从早期家里厨房和杂货店中 找到的一些神秘配方,开始进入商业化的运转时期, 传统二步式蜡基系统(Wax base)率先由日本的寒川 喜光教授开发转变成一步式的热脱脂系统;在欧洲, 巴斯夫实验室现先发现聚甲醛可以被强酸在高温下气 化分解,开启了以塑基系统(POM base)的催化脱脂 (Catalytic de-binding),脱脂技术的竞争开启了 MIM 的新时代,但是在当时却是以蜡基系统,MIM各厂家 保持神秘的阶段。

在美国的硅谷,知名的苹果电脑公司才刚刚开始做出 桌上型的麦金塔电脑;MIM技术在手机业界被冠上贵 而不实用的代名,进入暗黑的十年。然后千喜年来到 之前,众人期待的数据”大爆炸和大混乱”随着补救 得宜结束后,开启了人类依赖数据的新时代。

第四个十年(2001~2010)- 3C当道, ”机”全升天

在这个十年,MIM件不断地试图改变自己在金属产 品应用的地位。终于,在光纤通讯的转接头、笔记本 电脑屏幕的转轴凹凸轮(Cam of hinges)开始受到青睐,由于造型的可设计性和多种类材质的可选性,北 欧手机大厂诺基亚也重新进行采用用手机上的复杂零件,这几项不错的成果导致美国、日本与亚洲的台湾、 新加坡和日本的MIM厂接获不少订单的机会,MIM 工厂的数量也开始增加。这是电脑与手机行业、半 导体行业与精密机械元件的组合潮流开始,3C产品 (Computer 电脑 , Communication 通信 , Consumer Electronics消费性电子)时代开启,改变了人类生活习惯,尤其是大数据的网际网路和电子邮件通讯等, 电子装置使用耐用的精密机械员元件开始变成重要的产品设计观念。

1.3.5 第五个十年 (2011~2018) – 亚洲势力崛起、大中华地区称霸MIM产业

Dr. Q也随着MIM产业来到人生的第五个十年,在 2011年开始由于苹果电脑公司投入智慧型手机,单一机种但著实好用,苹果手机摇身一变为全球最畅销的智慧型手机,讲究外观兼顾耐用要求,苹果电脑公司经过三代的验证(约2008~2012期间),最终在产能、 产品精确度与量产稳定的多重挑战,经由制造公司和 苹果公司的紧密配合,MIM制程都一一通过考验, 完成了这样任务。随后2013年末,由于美国黑莓机 (Black Berry) 的标牌台湾宏达电 (HTC) 的卡托、以及 大陆白牌手机跃升成为品牌手机(VIVO, OPPO, 华为, 中兴、小米等)采用大量的MIM制品如卡托、镜头保 护圈以及按键等等,在大中华地区开拓了美金约5~8 亿元的强劲市场需求,让亚洲的势力得以崛起。

在此同时,由于欧美有关MIM制造过程需要的材料、 设备和制造方法专利纷纷到期,勤奋的华人努力的加 入原料粉末、餵料与生产设备、注射成形机的改进与 升级、脱脂与烧结设备,以亚洲大中华地区跳跃式的 MIM产业技术和设备升级,截至本文写稿为止,亚洲 的MIM产业和产值超过全球一半以上的份额,真是 不容易。

1.4 产品的应用 – 明星产品的回顾与展望

其实在2008~2018年,这些如诺基亚、摩托罗拉、 黑莓、宏达电、苹果、步步高、欧珀、华为、中兴和 小米等公司都曾大量采用MIM零件,Dr. Q在逝去的 岁月与它们一起成长,留下了一些辉煌的纪录,各位读者也有同感吧?看看当年采用MIM零件的装置和 抽屉的中的旧手机,应该都是各位美好的回忆吧!!

1.4.1明星产品的纪录

先来定义一下什么是明星产品? (1)有单日数量至少 突破5万件,(2)连续有一年以上订单持续,(3)至少 三家以上大型MIM厂联合供料或是供应给相同的客 户。

●笔记本电脑用转轴用凹凸轮 ✓ MIM厂代表:新日兴、兆利 ✓ 年代:2005~迄今 ✓材质代表: Fe-2Ni,M2,SKD11,SUS-420J2,SUS-440C ✓ 后加工工艺:滚动研磨、热处理硬化

在10年前(2007),台湾和大陆江苏省崑山的笔记本 电脑产业业如日中天,每年以量产1亿部笔电的能力 傲视全球,对于笔记本电脑萤幕的开合机构,就需要 使用耐磨损的材料和凹凸轮(Cam)设计,在有限的空 间中使萤幕可以固定在任意角度,如图1.6所示,即 便到了2018的现在,这些笔电传轴的凹凸轮设计仍 就依赖着MIM技术制造。

图 1.6:笔记本电脑上的凹凸轮,是利用耐磨的铁系合金和工具钢制造而成,藉由 MIM 可制作三维度的造形达到萤幕的任意角度停止,自动闭合与限位的作用,这是典型凸轮机构的代表 ( 照片取自晟铭电子科技网页 )

图 1.7:黑莓机标牌,有七个凸粒代表 BB 两个字的迭影,是典型 MIM 的外观件,利用后制抛光将凸粒表面抛成镜面,成为外观装饰的功能

●黑莓机标牌 ✓ MIM厂代表:晟铭电 ✓ 年代:2009~2015停产 ✓ 材质代表:SUS-316L ✓后加工工艺:平面研磨、平面拋光、PVD调色黑莓机在2009年的声势,并不亚于苹果i-phone手 机,尤其它特殊加密的作業系统,是各国企业和政府 愿意采用的因素,即便到智慧手机充斥的现在,还有 一群死忠用户用著带着一个键盘的黑莓机。大部分的 黑莓机标牌采用的是MIM制程,在此之前是用雷射 点焊黏贴金属冲压片小点或是黏贴电铸镍板,频繁的 掉落导致黑莓机决定改用MIM制程,同时也包含许 多的内结构件兼具外观功能的零件采用本制程,带动 起MIM机构外观件的风潮。如图1.7所示。当年Dr. Q与赵育德在晟铭电接单,最高纪录是完成全球70% 的黑莓标牌订单。 ■

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