MIM黑手的教父 – 产业的回顾与分析

■邱耀弘/ACMT

名人介绍

对Dr. Q来说,林舜天教授是他学习生涯中的贵人,他带给Dr. Q那种自由学者无畏的风格,明事理、辨是非、讲科学、勤动手,为了学生毕业投入社会,不惜和当时的校长为了过时制度而翻桌,他所树立的积极投入产业,也成为他人口耳相传的鲜明风格。最令Dr. Q佩服的在于「学生能够超越老师的成就, 就是给老师最好的回报!」,多次在商场遭遇,林教 授总愿意把最好的成果分授给自己的学生。以下是林教授本人的撰稿。

图 : 林舜天教授 ( 左一 ) 与邱博于 2014 年的合影

回顾发展轨迹

Ray Wiech先生在1980年获得第一件相关于金属 注 射 成 型 (Metal Injection Molding, MIM) 的 专 利 (Manufacture of parts from particulate material, US Patent 4,197,118),MIM 因此成为一个标准化的 制造程序。到1985年,在美国仅有少于10家厂商从 事MIM产品的制造。时间来到1986年起共五年,当 时任教于 RPI 的 R.M.German 教授以会员的方式,吸 引超过30个世界各国厂商参予MIM与陶瓷注射成 形(Ceramic Injection Molding, CIM)技术的开发与分 享。从那开始,MIM技术也因为有学理基础的投入和 支持,极为快速的成长。到1995年,已有超过30家 厂商从事MIM产品的制造。笔者在1987到1991年博士班学生时期,有幸参予German教授的这个MIM 推广计划,在毕业之后也将此技术带回台湾,陆续在 台湾建立3家MIM与CIM的生产线。

MIM在过去20年来与CIM皆有明显、超越至少 10%的显著成长。但是随着总体产值数字的变大, BBC Research 预估到 2020 年,整体产值将以平均 7.6%的成长,达到31亿美元。这个成长率远高于全 球GDP的成长率。届时,亚洲将以7.9%的复合成长 率,达成全球40.2%的产值。欧洲将以6.1%的复合 成长率,达成全球31.3%的产值。北美也将达成全球 25.2%的产值。

中国MIM崛起

中国在MIM制造能力的提升,包含原材料与生产设 备的国产化、经验的累积与分享、从业人员值与量的 提升、及靠近市场,是亚洲高占比与高成长的主要原 因。 Indo-US-MIM 是首先超越 1 亿美元年产值的公 司,然而在中国却有相当多公司已经超过1亿美元的 年产值。其中,消费电子商品是驱动MIM产业在中 国快速成长的原因,新的与高价的应用领域,如生医、 汽车与生活娱乐产品也逐渐成为产业关注的焦点。然 而,老厂的扩厂、持续有新投入的厂家,效率与良率 的差异化已经造成相互排挤的效应。效率与良率的差 异化可以由每个员工每年的产出价值看出。管理良好 的MIM厂,每个员工每年的产出价值可以达到100 万人民币,然而却有相类似规模的MIM厂每个员工 每年的产出价值仅有50万人民币。

MIM产业的材料与设备逐渐标准化,会让人误以为 是个”买机器来印钞票”的行业,忽略了它是个整合 知识与学理、并经由经验累积的行业。现在整个中国 MIM的产能扩张率已经高于整体产值的成长率。在市 场讯息高度公开,与效率与良率的竞争下,若是厂商的能力不提升,就必须面对萎缩。

图 : 金属粉末注塑成型技术制成样品

被忽略的行业

虽然MIM技术拥有不错的背景,但是受到近代CNC 数值加工以及增材技术的明星加工制程技术的排挤, 加上尺寸不容易做大的缘故,稍微失落。但是真正的 原因在于产业的自己,MIM所包含的科学背景知识 高,而行业产值却受限于推广甚少导致守旧裹足。塑基喂料已经是中国MIM厂商使用的主要MIM喂料, 但行业上却严重缺乏对它的了解。例如,喂料是否是不容易分解的材质?注射工作的环境期甲醛或甲酸浓度是否高于工业卫生的标准?硝酸脱蜡的机制为何? 脱蜡速率是否达到BASF在1996年美国专利(Process for improving the debinding rate of ceramic and metal injection molded products,US 5531958 A)所描述的脱蜡速率?如图(1)所示。

图 1: BASF 在 1996 年美国专利所描述的酸脫脂率

图 2: 目前低合金钢的烧结密度已经达到 7.7g/cm3 ,该标准却仍以 7.5 g/cm3

另外,需要制定新的MIM材料可以达成的性能标准 与尺寸的标准。 2016 年美国 MPIF STANDARD 35 2016 Edition Materials Standards for Metal Injection Molded Parts所制定的材料烧结密度与性能还留在 10年前或甚至20年前MIM行业可以达到的水平。例 如,低合金钢的烧结密度已经轻易达到7.7g/cm3, 然而它却以7.5 g/cm3作为它的标准如图(2)。相同 的现像也发生在不锈钢与其他材料上面,316L的烧结密度已经轻易达到7.8g/cm3,然而它却以7.6 g/cm3 作为它的标准。欧 洲 的 MIM 行 业 协 会 EPMA (European Powder Metallurgy Association) 制定的尺寸公差标准,也远 远偏离种个产业可以达成的能力。请见图(4)

图 3: 316L 的烧结密度已经轻易达到 7.8g/cm3,然而它却以 7.6 g/cm3 作为它的标准

图 4: 欧洲行业協會 EPMA 制定的 MIM 尺寸公差标准

回到未来很欣慰的是在大陆的ICT产品推波助澜之下,让MIM 零件流行起来,我的学生们和徒孙们能够力图振作, 在这五年不到的时间将大中华地区的MIM零件产值扩大到将近10亿美金,占有将近全世界的三成,还不包括输出海外的MIM零件。

图 5: 液态金属样品 (Liquid Metal Technology)

在我个人的观点来看,大中华地区的PIM产业必须要再精实的升级,重新拾起课本接受完整的训练,避免同业之间的恶性竞争,挖角、挖订单都不是最好的办法, ACMT在未来的几年会陆续的开出PIM的进阶课程,希望大家给我们的协会更多的支持,也给予我们更多的掌声。回到更远的未来,大中华地区的PIM产 业更多的发展空间,迎接更多的孩子们一起加入PIM 行列而努力吧!■

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