金瓷喂料-行业介绍和先进喂料
了解我们的行业-PIM粉末注射成型技术简介
PIM（Powder Injection Molding）技术结合了粉末冶金与塑料注射成型工艺，金属及陶瓷粉末注射成形（Metal /Ceramic Injection Molding）是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域，集合了塑料成形工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科而成的一种零部件新型“近净成形”技术。提供了极高的设计自由度和材料性能，是实现复杂零件批量化生产的重要工艺。粉末注射成型技术的基本工艺步骤是：首先是选取符合PIM要求的金属及陶瓷粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，再通过模具进行注射成形形成生坯，将获得的生坯经过脱脂处理、再经过烧结将金属粉末致密化，最终形成成品
通过类似塑料注塑成型的技术，可以低成本、高效地制造复杂形状的金属零件，以及各类陶瓷零件。与许多传统生产工艺相比，该方法在设计灵活性上具有显著优势。这种工艺利用模具注射成形生坯，并通过烧结技术快速加工，生产出高精度、高密度以及三维复杂结构的零件。它能将设计概念精准转化为具有特定功能和结构特性的成品，同时适合大规模生产。
PIM技术融合了塑料注射成形与粉末冶金的技术优势，不仅具有传统粉末冶金工艺中流程短、无需切削或少量切削、高经济性的特点，还克服了材质不均、力学性能偏低、难以加工薄壁结构和复杂形状等问题。从产业链的角度看，金属注射成形的上游行业主要提供原材料，包括金属粉末和粘结剂。这些原材料经过混合后生成喂料，成为 MIM 产品的直接原料。目前，PIM 技术的下游应用主要集中于消费电子行业。随着工艺技术的不断完善，其应用范围正逐步扩展至汽车制造、医疗器械、五金工具等领域。
作为一种新兴的“近净成形”技术，PIM工艺在国际粉末冶金领域的增长速度迅猛，被认为是当今最具潜力的零部件成形技术之一。
CIM及MIM制程简介
在粉末注射成型工艺中，关键流程包括模具设计、注射成形、脱脂、烧结和后处理。这些流程需要高度协同，确保高质量的最终PIM产品,生产工艺流程长、工艺环节多，需实施的通用工序包括模具设计、模具制造、喂料制作、注射成形、脱脂、烧结，以及根据客户定制化产品需求，采用整形、机加工及表面处理,比如CNC、镭雕、喷砂、抛光、电泳、PVD、DLC等后制程工序，以下是每一阶段的核心内容：
模具设计：客户应考虑产品的收缩率和复杂结构，确保最终尺寸的精确控制。在模具设计应该对产品烧结收缩率进行反补偿设计，并注意成型过程中流道（冷/热）设计，冷料井设计。
粉末注射成型技术的独特优势，使其在多个行业获得广泛应用，包括消费电子、汽车、医疗器械等，未来市场潜力无限。近年来，在电子、汽车、医疗、五金、机械等多个领域的带动下，全球MIM市场稳健增长。根据MaximizeMarketResearch数据，2016年全球MIM市场规模为24.6亿美元，2018年市场规模增至28.7亿美元，预计2026年将达到52.6亿美元，对应2019-2026年复合年均增长率（CAGR）为7.87%。未来，在电子产品快速增长以及MIM制造零部件对传统工艺制造零部件替代等因素的带动下，全球MIM市场仍将保持向好发展。从全球区域分布来看，中国MIM市场占全球市场的40%左右，是全球最大的市场；北美和欧洲MIM市场占全球市场的17%，也是全球重要的市场。
选择陶瓷注射成型技术（CIM）的优点
在最初的40年， CIM在工业陶瓷产品中仅占很小部分,其商业活力取得的重大进展的主要始于上世纪八十年代研究发展的贡献。二十世纪八十年代，伴随陶瓷发动机研制和涡轮转子及叶片等复杂形状陶瓷热机部件制备的需要，由美国贝特尔纪念协会组织世界上近四十余家大学研究机构和汽车公司，制定了“陶瓷注射成型” 研发计划,注射成型为这些陶瓷部件提供了一种高效率的3D产品制造工艺。本世纪初伴随光通讯发展对光纤连接器用氧化锆陶瓷插芯和套筒、医疗陶瓷件、电子陶瓷器件、精密机械陶瓷件、陶瓷手表以及最近发展起来智能手机和智能穿戴陶瓷3D件的需求，极大推动了陶瓷粉末注射成型的产业化与应用。随着5G时代到来，以及AI服务器集群连接器等需要，由于5G通信采用3GHz以上的无线频谱,智能手机的天线结构将比4G更为复杂，信号的传输量更大、传输速度更快，由于目前智能手机外壳广泛使用的铝镁合金因其对信号屏蔽作用强，无法满足5G信号传输的要求，也不便进行无线充电；因此未来智能手机外壳将以无信号屏蔽的高强度高韧性陶瓷材料和玻璃材料为主流材料。高性能纳米氧化锆陶瓷已在手机指纹识别、智能穿戴无线充电背盖、智能手机外壳等方面逐渐获得愈来愈多的应用，目前正在成为手机企业产业链进军5G时代的重要新材料选择。同时在AI处理器芯片集群链接中，CIM-氧化锆陶瓷光纤插芯也扮演着重要角色，此外，氮化物陶瓷也逐渐发挥越来越多的作用。
金瓷喂料技术重点：喂料根据客户要求选择原始粉体，应无团聚、无杂质、烧结活性好、烧结后材料抗弯强度和断裂韧性高，抗摔性好，产品无硬团聚、夹杂物，根据客户产品要求，对于需要盐雾测试的产品，以及光学及表面性能要求高的产品，金瓷需要对喂料进行定制化设计。选择金瓷CIM系列喂料的优点：粉末与金瓷粘结剂的相容性及剪切分散性好且没有团聚，喂料良好流动性与充模完整，坯体强度高，尺寸稳定性好，维形性好，且收缩率和产品公差可控制，纵使在特殊情况下，客户也不需要特别更改模具设计尺寸。
金瓷喂料不同脱脂工艺产品技术重点：热脱脂效率低、时间长，耗电量大，生产成本高，但优点是适合大批量连续隧道炉生产，高效连续，工艺稳定小尺寸截面产品更为适配，且对于常用氧化物陶瓷在大气环境中烧结生产。如陶瓷小尺寸产品；有机溶剂(油)脱脂效率高于热脱脂，且有利于较厚截面陶瓷产品制备，如陶瓷表圈、齿轮、陶瓷杯等；手机及智能穿戴产品，其喂料制备和脱脂成本较低，实用性较好，但产品性能可能有波动，且溶剂脱脂产品变形量相对热脱脂更大，且企业往往面临环保要求的硬性规定负担；金瓷的催化脱脂陶瓷喂料产品的效率最高、时间短，几小时内即可迅速完成，有利于缺陷控制，是金瓷喂料独创的新一代陶瓷注射成型喂料工艺技术，更适合极小尺寸或薄壁截面陶瓷产品的制备；如精密陶瓷基板，医疗手术刀、汽车内饰件、超薄透明陶瓷等。
选择金属注射成型（MIM）技术的优点
金属注射成型技术的优势在于高精度、高效率，传统金属加工技术如冷镦、锻压、冲压适合用于加工二维、零件结构简单的产品，对于三维、复杂形状产品的加工，存在一定的难度。CNC技术无需模具设计制作，自由度及加工精度颇高，但材料浪费严重，且在加工超小件、三维造型复杂的零件方面耗时长、产量低、成本高。相比之下，MIM技术近净成形，几乎无废料，可以用于大批量生产三维形状、复杂结构、精密尺寸的金属产品，设计自由度高，这也是MIM技术和其他金属加工技术相比较的优势所在。MIM工艺凭借自身设计自由度高、材料适应性广、量产能力强等特点，被业界誉为当今“最热门的零部件成形技术”，已被广泛应用于消费电子、汽车制造、医疗器械、电动工具等领域。
MIM工艺应用领域概述: （1）计算机及辅助设施：如打印机零件，磁芯，撞针轴销，驱动零件； （2)工具：如钻刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、板手、电工工具、手工工具； （3)家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、 圆珠笔卡箍、刃具刀头等零件 （4) 医疗器械零件：如牙齿矫形架、剪刀、镊子； （5) 军用军械零件:导弹尾翼、枪支零件、弹头、型罩、引信用零件。 （6)电气零件:微型马达、电子件、传感器件、手机用零件。 （7)机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、缝纫机、办公机械等所用机械零 件。 （8)汽车船舶零件：如离合器内环，摇臂镶块、拔叉套、分配器套、汽车农用车 零件．汽车安全气囊件，汽车锁件等。
MIM技术在制备具有三维复杂几何形状、均匀组织结构和高性能的近净成形 产品方面具有独特的优势，具体如下： 1.能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属零部件。 2.产品成本低，光洁度好，精度高（±0.3%～±0.1%），一般无需后续加工。 3.产品强度、硬度、延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀。 4.原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产。 因此，国际上普遍认为MIM技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
选择增材制造（AM）技术的优点
在MIM/CIM技术中模具设计与制造占据一定成本，尤其是在产品设计需要修改的情况下，对于浇口热或流道，模腔尺寸以及冷料井结构尺寸的重复改动不可避免，且对小批量产品以及高自由度结构件没有成本优势。我们研发制造的M/CFF及DFM(直接喂料熔融打印)增材制造方案将为企业带来定制化优势，且适配原有MIM脱脂/烧结工艺，对于产品立体结构几乎没有限制，打破了原有注射成型技术模具设计的瓶颈。直接喂料熔融打印技术高度自由定制，产品批量无硬性要求，无需模具，使用传统MIM/CIM脱脂及烧结工艺。简化企业产品开发流程，随时根据产品烧结情况进行尺寸修改，更有利于维持产品公差精度。
选择性激光烧结/熔融: SLM和SLS技术在制造复杂金属零件方面具有显著的优势，可以使用多种金属材料，包括钛合金、不锈钢、铝合金等，以及一些特殊的高性能聚合物。被广泛应用于航空航天、汽车、医疗等领域。
熔融沉积/喷胶打印成型: FDM技术的设备相对较便宜，适用于个人用户和小型企业，技术支持多种塑料及金属材料，包括ABS、PLA,不锈钢，工具钢等，且成本较低。BJ技术打印效率是其得天独厚的技术优势,适用于批量生产和快速制造。
直接激光熔融/固化成型: DLM技术主要依赖机械臂的精准定位控制，在制造大型结构件譬如汽车底盘，复杂大型箱体式与悬挂式支撑结构。
金瓷3D打印喂料和原有MIM及CIM工艺一样，同样有Green Part(型胚)，并经过脱脂和烧结工艺得到最终产品，产品的力学性能及外观分析同样来自于这两者加工生产的良品率控制。根据收缩率，产品的外观尺寸设计将变得更加可控，只需在打印设备配套的三维数据软件（STL,OBJ等格式)中进行图样修改。在增材制造其他方案中（如激光打印），通常对于金属以及陶瓷材料并不能够非常完美的满足最终产品的各方面力学性能，且需要通过一系列后续加工处理来达到企业最终所期望的产品性能参数。于是，通过结合烧结和脱脂工艺的增材制造方案便具备更佳的性能优势，且对于传统MIM/CIM加工企业，该方案的投入成本将会进一步降低。SLS/SLM为目前主流3D打印技术，该技术制造的产品致密度/抗拉强度能通常和激光场强以及粉末粒度有关。FDM以及BJ（粘结剂喷射打印）技术领域，金属/陶瓷产品力学性能变得更加可控且和烧结工艺曲线等参数有关。我们开发的增材制造用打印材料产品，由多种体系的自研改性高分子聚合物组成，它们有利于材料之间的粘结强度（保形性）以及填充相，它们在阻止粉末团聚以及偏析上面发挥了巨大作用，避免了热应力造成的后续加工缺陷。打印出来的产品经过脱脂烧结后力学性能同MIM及CIM件几乎一样，且产品结构以及大小可根据后续随炉烧结验证进行三维设计修改，极大的简化了前期开发的流程，为企业节约了DOE验证阶段的研发费用，且工艺流程更加灵活。
