3D打印技術(shù)和MIM技術(shù)分析對比

金屬粉末冶金注射成形（l injection Molding ,簡稱“MIM”）是傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合而形成的一門新型近凈型成形技術(shù)。MIM技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、組織結(jié)構(gòu)均勻、性能優(yōu)異的近凈形零部件方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢。MIM技術(shù)在加工體積很小、形狀復(fù)雜而對材料要求很高的各中異型部件方面有優(yōu)勢，也適合于制作高精度微創(chuàng)醫(yī)用器械關(guān)鍵部件。也可以制作不同材料的精密結(jié)構(gòu)件，如陶瓷、鋁合金、不銹鋼、鈦及鎳鈦合金等。這是因?yàn)槲沽闲阅艿暮脡牟粫?huì)在混煉過程中體現(xiàn)出來，而是會(huì)在后續(xù)的注射成形工藝中間接影響注射效果和制品的最終性能。

3D打印適合運(yùn)用于航天，等個(gè)性化定制小批量制造需求，但如果把3D打印技術(shù)和金屬粉末注射成型工藝結(jié)合起來，會(huì)有更好的經(jīng)濟(jì)效益。

2017-2018年MIM行業(yè)的新技術(shù)趨勢

MIM(metal Injection Molding，金屬注射成型)雖然是一個(gè)小行業(yè)，相關(guān)從業(yè)人員不超過幾百萬；有趣的是，MIM卻影響了大行業(yè)，卡托曾經(jīng)于2012~2016采用MIM來制作的”爆品”零件，那是影響了數(shù)十億用戶?。、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。那么2017-2018年，MIM又會(huì)有哪些值得期待的亮點(diǎn)？

1.氣態(tài)草酸催化脫脂-下一代催化脫脂我國獨(dú)創(chuàng)的新技術(shù)

在2010年開始，由德國BASF引進(jìn)的HNO3催化脫脂是國內(nèi)MIM近幾年的主流脫脂工藝，但其操作危 險(xiǎn)性和環(huán)境危 害性是行業(yè)內(nèi)都知道的無奈事實(shí)，從早期設(shè)備安全偵測不足引發(fā)氣爆、幾位從業(yè)人員失當(dāng)操作被HNO3不同程度灼 傷，以及近年政府嚴(yán)加管制HNO3的使用以防止環(huán)境的破 壞。在此背景下，下一代催化脫脂新技術(shù)-氣態(tài)草酸脫催化脂技術(shù)，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨(dú)創(chuàng)的新技術(shù)。良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。

1）世界獨(dú)步技術(shù)；

2）固體草酸環(huán)保且安全，免除液體催化劑的各種風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)減輕了企業(yè)使用脫脂后必須承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任；

3）草酸排放的碳?xì)溲趸衔锉菻NO3的氮氧更環(huán)保；

4） 外部加熱汽化系統(tǒng)，改變了過去液體滴酸的干擾，提升了脫脂效率。

粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

　　我國粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國硬質(zhì)合金產(chǎn)量僅有2-3萬噸，但2000年后我國粉末冶金市場迅速崛起。2009年我國粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬噸，超過日本躍居亞洲首位。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(dá)19.18萬噸，2017年增長至20.08萬噸，增幅為4.7%。二、電泳(ED)電泳：用于不銹鋼、鋁合金等，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)各種顏色，并保持金屬光澤，同時(shí)增強(qiáng)表面性能，具有較好的防腐性能。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)階段，我國粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、家電、電動(dòng)工具、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬噸，占比54.69%，同比上升6.55%。未來下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會(huì)繼續(xù)拉動(dòng)上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個(gè)行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。由于壓制和模具上的原因，一般不適宜生產(chǎn)蝸輪、人字形齒輪和螺旋角大于35°的斜齒輪。

　　汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對落后

　　在發(fā)達(dá)國家如美國、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門正時(shí)系統(tǒng))、VCT(可變氣門凸輪軸正時(shí)系統(tǒng))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。九、蝕刻蝕刻：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻，指通過曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時(shí)接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。

　　而在我國，2017年，粉末冶金市場汽車應(yīng)用占比僅為60%。我國粉末冶金汽車零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，占比提升潛力大。

　　單車用量方面，中國提升空間同樣相對可觀。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國僅為4.5Kg。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國國內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。其缺陷是防污染性高,加工設(shè)備一次性投資大,龐雜件要工裝、輔佐電極,大批生產(chǎn)還須要降溫設(shè)備。

　　國內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國外公司相比，國內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢，能夠?yàn)橹鳈C(jī)廠與一級供應(yīng)商提供更低價(jià)的粉末冶金產(chǎn)品。同時(shí)，國內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時(shí)，能夠?yàn)閲鴥?nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來看，2015年，發(fā)布《中國制造2025》的通知，其中重點(diǎn)提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國家政策的大力扶持下，國內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專利申請授權(quán)量的持續(xù)增長彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國鑄造、粉末冶金專利申請授權(quán)量為8295項(xiàng)，同比增長11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長率為16.02%。

　　綜合來看，國內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

AIM工藝簡介及AIM生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。其中MIM是發(fā)展最早也最成熟的一個(gè)分支，被稱為21世界最熱門的零部件成形技術(shù)，它也的確沒有辜負(fù)這樣一個(gè)榮譽(yù)，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專門的金屬注射成形生產(chǎn)設(shè)備?，F(xiàn)在粉末注射成型工藝一出現(xiàn)第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。近年來，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來越關(guān)注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復(fù)合金屬，因鋁合金種類繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點(diǎn)，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會(huì)出現(xiàn)專門的AIM——鋁合金注射成形。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來燒結(jié)。

任何一個(gè)工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)和升級來為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒有專用的設(shè)備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設(shè)備以及金屬注射成形專用設(shè)備的都曾被用于該工藝中。但是它有其獨(dú)特的原料特點(diǎn)，那些非專用生產(chǎn)設(shè)備都無法很好滿足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強(qiáng)可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。無氫脆性：達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅沒有氫脆現(xiàn)象，所以達(dá)克羅非常適合受力件的涂覆。

AIM生產(chǎn)設(shè)備(主要是混煉造粒設(shè)備和注射設(shè)備)的研究是近幾年才開始的，因?yàn)殇X合金注射成形技術(shù)是非常先進(jìn)的一門技術(shù)，國內(nèi)對其研究也是剛剛開始，目前南京科技大學(xué)對此領(lǐng)域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領(lǐng)域的水平可以達(dá)到世界前三。由于鋁合金粉末的摩擦系數(shù)比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設(shè)備和注射設(shè)備來講，原則上是可以與其共用的。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。

隨著AIM企業(yè)對生產(chǎn)效率和設(shè)備自動(dòng)化，加工連續(xù)化程度以及設(shè)備性能等要求的提高，專業(yè)的鋁合金注射成形混煉機(jī)、造粒機(jī)及注射機(jī)的研究開始被眾多機(jī)械設(shè)備制造商提上日程。

目前國內(nèi)已有少數(shù)幾家機(jī)械設(shè)備制造商通過與高等院校合作的方式，在AIM專用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中不斷摸索和改進(jìn)，相信隨著科技不斷進(jìn)步，這些生產(chǎn)設(shè)備也會(huì)朝著智能化、環(huán)?；⒆詣?dòng)化發(fā)展。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗(yàn)1200h以上未出現(xiàn)紅銹。