金屬注射成形技術(shù)融合了粉末冶金與塑料注射成型的長處。它能夠處理微米級的金屬粉末,一般所用粉末粒徑在0.5-20μm,這與傳統(tǒng)粉末冶金大于40μm的粗粉形成鮮明對比。細粉末使得坯件在燒結(jié)過程中收縮更均勻,成品密度可高達95%-98%,遠高于傳統(tǒng)粉末冶金工藝的80%-85%,從而賦予制品優(yōu)異的機械性能,如更高的強度、韌性以及良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和磁性能等。
從工藝過程看,該技術(shù)可成型高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零件。通過將金屬粉末與有機粘結(jié)劑均勻混合成具有良好流變性的喂料,借助注射機注入精密模具型腔,能精準塑造出三維復(fù)雜形狀,這是傳統(tǒng)粉末冶金局限于二維簡單形狀所無法企及的。而且,制品尺寸精度高,零件尺寸公差一般能保持在±0.1-±0.3左右,極大減少了后續(xù)加工工序,降低了生產(chǎn)成本。
消費電子:穩(wěn)固的應(yīng)用主場
在消費電子領(lǐng)域,金屬注射成形已成為不可或缺的制造手段。以手機為例,內(nèi)部眾多小型、精密且形狀復(fù)雜的零部件,如攝像頭組件、SIM卡托、按鍵等,MIM工藝能高效生產(chǎn),滿足其對高精度、大批量的需求。在折疊屏手機中,轉(zhuǎn)軸這一關(guān)鍵部件,MIM技術(shù)憑借其出色的成型能力,實現(xiàn)了復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體化制造,保障了折疊屏開合的順暢與耐用。智能穿戴設(shè)備如智能手表的表冠、表扣,耳機的外殼與內(nèi)部結(jié)構(gòu)件等,MIM工藝生產(chǎn)的零件不僅外觀精美,還具備良好的機械性能,適應(yīng)了消費電子產(chǎn)品輕量化、微型化、功能集成化的發(fā)展趨勢。我國消費電子市場龐大,金屬注射成形在手機、智能穿戴、電腦領(lǐng)域占比高達76.3%,為其發(fā)展提供了堅實的市場支撐。
汽車產(chǎn)業(yè):潛力巨大的增長領(lǐng)域
汽車產(chǎn)業(yè)是金屬注射成形技術(shù)極具潛力的應(yīng)用方向。在傳統(tǒng)燃油汽車中,MIM零件廣泛用于渦輪增壓系統(tǒng)、燃油噴射系統(tǒng)、傳動部件、安全裝置等關(guān)鍵部位。例如,渦輪增壓系統(tǒng)中的葉輪,形狀復(fù)雜且對強度、精度要求極高,MIM工藝能夠?qū)崿F(xiàn)其一體化成形和大批量生產(chǎn),提升產(chǎn)品性能與生產(chǎn)效率。隨著新能源汽車的迅猛發(fā)展,MIM技術(shù)的應(yīng)用前景更為廣闊。新能源汽車的電機鐵芯、電池包結(jié)構(gòu)件、電控系統(tǒng)零部件等,都需要高精度、高強度且輕量化的零件,MIM工藝恰好能滿足這些需求,助力新能源汽車提升續(xù)航里程、優(yōu)化性能,預(yù)計未來在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將實現(xiàn)深度滲透。
醫(yī)療、航空航天等領(lǐng)域:嶄露頭角的新應(yīng)用
在醫(yī)療領(lǐng)域,金屬注射成形可制造出具有復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特殊性能要求的醫(yī)療器械零部件,如骨科植入物、牙科器械等。這些零件需具備生物兼容性、高強度和高精度等特性,MIM工藝通過選用合適的金屬粉末材料,如鈦合金粉末等,能夠生產(chǎn)出符合要求的產(chǎn)品,為醫(yī)療技術(shù)的進步提供有力支持。在航空航天領(lǐng)域,飛行器的發(fā)動機零部件、起落架部件等,對材料性能和零件精度要求近乎苛刻,MIM工藝憑借其優(yōu)勢,在制造一些小型、精密且承受高應(yīng)力的零件方面逐漸嶄露頭角,隨著技術(shù)不斷成熟,有望在該領(lǐng)域獲得更廣泛應(yīng)用。
市場規(guī)模增長強勁
從全球范圍來看,2022年全球金屬粉末注射成型市場規(guī)模已超250億元,預(yù)計到2029年將達502億元,2023-2029年期間年復(fù)合增長率為10.7%。金屬粉末注射成型零件市場規(guī)模在2022年約為192.2億元,預(yù)計2029年將攀升至359.64億元,年復(fù)合增長率達11.64%。我國作為全球金屬注射成型的主要市場,2022年市場規(guī)模約為91.2億元,占全球比重為30.2%,預(yù)計2026年將達141.4億元,占比進一步提升至31.2%。市場規(guī)模的持續(xù)擴張,反映出金屬注射成形技術(shù)在各行業(yè)的認可度不斷提高,應(yīng)用需求日益旺盛。
新材料驅(qū)動性能升級
隨著材料科學(xué)的不斷進步,新型金屬粉末材料將不斷涌現(xiàn)。例如,具備更高強度、耐高溫、耐腐蝕以及生物兼容性等特性的粉末材料,將進一步拓寬金屬注射成形的應(yīng)用邊界。研發(fā)人員正致力于開發(fā)新型合金粉末,通過優(yōu)化粉末成分與微觀結(jié)構(gòu),提升制品在極端環(huán)境下的性能表現(xiàn),如在高溫高壓的航空發(fā)動機環(huán)境、強腐蝕的化工設(shè)備環(huán)境中,使MIM零件能夠穩(wěn)定可靠地工作。
與新興技術(shù)融合創(chuàng)新
金屬注射成形技術(shù)將與3D打印、人工智能等新興技術(shù)深度融合。與3D打印結(jié)合,可實現(xiàn)定制化、小批量的復(fù)雜零件生產(chǎn),先利用3D打印技術(shù)制造模具或直接打印零件坯體,再結(jié)合MIM的燒結(jié)工藝,提升零件性能。借助人工智能技術(shù),能夠?qū)IM工藝過程進行精準模擬與優(yōu)化控制,如預(yù)測注射過程中喂料的流動行為、燒結(jié)過程中的收縮變形等,通過智能算法調(diào)整工藝參數(shù),提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)效率,降低廢品率。
綠色可持續(xù)發(fā)展方向
在環(huán)保意識日益增強的背景下,金屬注射成形技術(shù)將朝著綠色可持續(xù)方向發(fā)展。一方面,研發(fā)環(huán)保型粘結(jié)劑,使其在脫脂過程中能夠更徹底、更環(huán)保地分解,減少對環(huán)境的污染;另一方面,提高原材料的利用率,優(yōu)化生產(chǎn)流程,降低能源消耗,實現(xiàn)從原材料采購、生產(chǎn)制造到產(chǎn)品使用與回收的全生命周期的綠色化,以適應(yīng)未來制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。
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