金属注射成形(MIM)技术
金属粉末注射成形(MIM)技术是集塑料成形工艺、高分子化学、粉末冶金及金属材料学等多学科相互渗透与交叉的产物。利用模具可注射成形坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件,能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品并直接大批量生产,是制造技术行业的一次新的变革。
完整工艺流程
MIM 全流程为:金属粉末(powders)+ 粘结剂(binders)→ 混炼(mixing)→ 挤出造粒(extruding)→ 喂料(feedstock)→ 注射成型(injection moulding)→ 生坯(green samples)→ 溶剂脱脂 / 热脱脂(debinding)→ 棕坯(brown samples)→ 烧结(sintering)→ 成品(final products)。
MIM 工艺特点
- 无切削或少切削:能最大限度制得接近最终尺寸的零件,尺寸精度高;克服传统粉末冶金工艺制品密度低、材质不均匀、不易成形薄壁、小型且结构复杂零件的缺点。
- 合金化灵活性好:对于过硬、过脆、难以切削的材料,零件几何形状自由度高,制件各部分要求密度均匀,相对密度可达 95% 以上,性能可与锻造材料相媲美,特别是动力性能优良。
- 成形效率高:方便采用一模多腔模具,生产效率高,特别适合大批量生产小型、复杂及具有特殊要求的金属零件。
MIM 可实现高精度一次成形复杂三维结构(公差 ±0.3%~±0.1%),成形密度高,强度、硬度、延伸率和耐疲劳等力学性能接近锻造材料,生产效率高、可连续大批量生产。
与其它工艺的比较
与粉末冶金(压制烧结)、精密铸造、机加工相比,MIM 兼具粉末冶金与注射成形的优势:一次成形复杂内外三维几何、尺寸精度高、材料利用率高、适合大批量生产;相比精密铸造可获得更高致密度与更细的表面质量;相比 CNC 机加工大幅减少切削量与加工成本,特别适合小型复杂零件。
核心设备
| 设备 | 用途 |
|---|---|
| 混炼机 | 粉末与粘结剂混炼制喂料 |
| 注塑机(小螺径金属喂料注射机) | 喂料注射成形复杂生坯 |
| 脱脂炉 | 溶剂 / 热脱脂去除粘结剂 |
| 恒普真空脱脂烧结炉 | 真空烧结致密化 |
| 连续烧结炉 | 连续大批量烧结 |
| 后处理设备 | 淬火、回火、提高硬度与耐磨性 |
研发与品质管控设备
- 研发检测设备:覆盖材料研发、工艺验证与产品检测的完整实验条件;
- 品质管控设备:覆盖来料检验、制程检验与出货检验的全流程品质检测能力。
材料体系
| 类别 | 代表牌号 | 特点 / 应用 |
|---|---|---|
| 低合金钢 | Fe-2Ni、Fe-8Ni、2200、2700、4605、100Cr6、8620、8740、42CrMo4、1010 | 高强度结构件、汽车与五金零件 |
| 不锈钢 | 17-4PH、304L、310N、316L、420、430、440、高氮无镍不锈钢 | 耐腐蚀、医疗器械与精密设备 |
| 软磁材料 | Fe-50Ni、Fe-3Si;铜合金(Copper / Bronze) | 电磁、电感元器件 |
| 低热膨胀合金 | Invar alloy、Kovar alloy | 电子封装、精密仪器 |
| 钛合金 | CP-Ti、Ti-6Al-4V(TC4) | 医疗植入、智能穿戴、轻量化件 |
| 钨合金 | W-Ni-Fe、W-Ni-Cu、W-Cu | 高密度配重、屏蔽件、电子封装 |
| 陶瓷材料 | 99%Al₂O₃、3Y-TZP、Si₃N₄、SiC、ZTA、Super-ZrO₂ | 耐磨、绝缘、耐高温特种部件 |
重点材料与技术
低合金钢与不锈钢
具备耐腐蚀、强度高、耐磨、延展性好、性价比高五大特性,覆盖 316L 奥氏体不锈钢、17-4PH 沉淀硬化不锈钢、304L 奥氏体不锈钢、430L 铁素体钢等体系,广泛应用于医疗器械、IT 电子产品与耐腐蚀部件。
高氮无镍奥氏体不锈钢
特性:无磁性、高强度、延展性好、生物兼容性、高耐腐蚀性、外观精美;应用前景包括取代传统 316L——比 316L 硬度更高、延展性更好,适用于传统穿戴设备、饰品、智能可穿戴设备、医疗器械与生物植入体。
高抛光 316L 不锈钢
制作要点:选用粒度较细的粉末、开发合适粘结剂配方(关键在残碳控制)、烧结气氛选择还原性气氛(氢气或分解氨气)或真空气氛、严格控制杂质含量(特别是氧、碳、氮);应用:智能穿戴设备、箱包配饰、手机、耳机、品牌 Logo、饰品。
钛合金(TC4)
| 项目 | 指标 |
|---|---|
| 化学成分 | Al 5.5–6.75%、V 3.5–4.5%、O <0.3%、N <0.05%、C 0.06–0.08%、Ti 余量 |
| 密度 | ≥4.2 g/cm³ |
| 屈服强度 | ≥800 MPa |
| 抗拉强度 | ≥890 MPa |
| 弹性模量 | 100–120 GPa |
| 延伸率 | ≥4% |
| 显微硬度 | ≥300 HV10 |
钛合金特性:低密度、高比强度、生物兼容性、耐腐蚀性、高温性能好,应用于电子、医疗、航天、军工等行业。公司掌握低成本钛合金注射成形技术,成功案例包括世界首款使用钛合金眼镜臂的增强现实(AR)智能眼镜——实现难以机加工的异型复杂曲面。
钨合金
特性:高比重、低热膨胀、高热导率、无磁性、高强度、高弹性模量;W-Ni-Cu / W-Ni-Fe 注射成形钨合金密度 ≥18 g/cm³;应用:穿甲弹、电子封装行业、振动马达。
钨铜合金
| 牌号 | 密度 g/cm³ | 热导率 W/(m·K) | 热膨胀系数 ×10⁻⁶/℃ |
|---|---|---|---|
| 90W-10Cu | >16.7 | >160 | 6.9 |
| 85W-15Cu | >15.9 | >170 | 7.2 |
| 80W-20Cu | >15.2 | >180 | 8.4 |
优点:高强度、高比重、耐高温、耐电弧烧蚀、导电电热性能好;用途:军用耐高温材料、高压开关用电工合金、电加工电极、微电子材料。
可伐合金(Kovar)
用于电子封装领域:20–450℃ 热膨胀系数与硬玻璃接近、较高的居里点、良好的低温组织稳定性;应用:电真空元件、发射管、密封插头、继电器外壳。
陶瓷材料
| 性能 | 单位 | 99%Al₂O₃ | 3Y-TZP | Si₃N₄ | SiC | ZTA | Super-ZrO₂ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 密度 | g/cm³ | >3.5 | >5.8 | >3.0 | >3.0 | >4.7 | >6.09 |
| 硬度 | HRA | 91 | 88~99 | 92~93 | 92~94 | 91 | 93 |
| 抗弯强度 | MPa | 350 | 700 | 700 | 500 | 550 | >1600 |
| 抗压强度 | MPa | 3000 | 2100 | 3500 | 2800~3000 | 2100 | 3000 |
| 断裂韧性 | MPa·M⁻³/₂ | 2~4 | 10 | 7 | 5 | 6.7 | ≥18 |
| 热膨胀系数 | ×10⁻⁶/℃ | 6.5~8.4 | 10.2 | 3.2~4 | 4.3 | 7 | 10.2 |
| 电阻率 | Ω·cm | 10¹⁴~10¹⁶ | >10¹⁰ | >10¹⁴ | <200 | >10¹⁴ | 10¹⁴ |
| 弹性模量 | GPa | 260 | 300 | 410 | – | 300 | 500 |
陶瓷材料特性:硬、耐磨、耐火、隔热、绝缘、无磁、抗氧化、化学稳定。
新产品导入流程
| 阶段 | 周期 | 目标 | 样品 |
|---|---|---|---|
| Planning 规划 | 1–2 周 | 客户确认项目,正式立项 | — |
| EVT 工程验证 | 2–4 周 | 客户确认产品规格 | EVT1、EVT2… |
| DVT 设计验证 | 4–8 周 | 客户承认样品,放行量产 | DVT1、DVT2… |
| PVT 量产验证 | 2–4 周 | 产能评估达标 | PVT1、PVT2… |
| MP 量产 | — | 良品率 / 直通率达标 | — |
每个阶段设置 OK/NG 评审节点,NG 返回上一环节改进;关键活动包括 DFM、PFMEA、Control Plan、SOP/SIP 等。
质量保证体系
公司品质政策:品质至上、客户优先、持续改善。质量管理围绕"品质"核心形成五大闭环模块:产品开发(品质规划、品质验证)、制造生产(制造技术改进、量产良率管制、制程统计分析)、供方管理(供应商开发、稽核辅导、交货管理)、品质管控(进料/制程/出货品质管制测试)、客户服务(客户需求联络、回馈、分析、改善)。
可承接范围
公司可承接不锈钢、陶瓷、铁基、铜基、钨基、钛合金等金属粉末注射成型产品;适用于电子 3C(手机、平板、穿戴设备、耳机)、医疗器械、智能穿戴、汽车零部件、五金工具、机器设备、变压器、供电设备等形状复杂、尺寸精密的金属零配件的研发与生产。