連接器保護殼體—傳統板金材料改變成軟磁材料
眾所周知，連接器必須要有堅固的外殼以確保線路連 接的穩固性，還必須兼具考慮光、電、磁、粉塵、水 氣的隔離。再考慮磁性影響下的力學性能（重量與尺 寸），如何在不增加厚度的狀況下發揮材料的特性， 同時要考慮的因素有以下幾項：
• 磁功能特性上，要注意磁導通性和殘磁性，在連接器接通時導引磁場已消除干擾，在拔除連接器 時不殘留磁性干擾；
• 反覆拔差的結構強度與耐磨特性要好，避免鬆動 或鬆脫； • 密封特性要佳，不生鏽；
• 量化生產能夠符合需求，價格要適合。 現今傳統碳鋼與青銅的特性，已經難以滿足以上的高 規格要求，那麼我們如何找到更好的材料呢？這個時候，軟磁材料就登場了！當常規金屬材料應用在軟磁 性的功能需求時，將按以下排序：HiperCo（鐵鈷合 金）> ASTM F75（鈷鉻鉬合金）>不導磁不鏽鋼（高 氮無鎳鉻錳鉬鋼）>3系不鏽鋼＞鐵及鋼鐵。那麼以 上這些是不是都是常用的金屬呢？答案是否定的，且 價格也不便宜。

軟磁材料在5G上的應用
磁電共生可以使用法拉第右手定則來解釋，透過鐵磁性粉末，磁場也可以被肉眼觀察到，那麼在通電工作的5G電子裝置因為高速的通信需求，電子流的流動 速度更快導致產生的磁場干擾也會相對的增加，如果 我們可以選擇導磁性更好的金屬材料（注意到目前為 止，導磁體和導電體兩者的相關因材料而異），而且 在電場移除後，磁化效果也恢復到最低的狀態，這樣 的材料就被稱為軟磁材料。

因此，軟磁材料的目前發展，我們不僅用鐵系金屬來 討論（因為便宜好用且大家比較了解），也開始用起 了更好的鈷(Cobalt)元素來協助鐵系金屬或甚至高比 例的添加，來達到更好的軟磁特性。在表2中我們列 出了三種較不常見的材料（但在MIM產業中卻是受 到廣泛的應用）並介紹其特性。
有關這三種材料更詳細的介紹，請各位讀者參閱Dr.Q 於CMM的各期相關專欄介紹。目前，軟磁材料的應 用特別著重在通訊裝置的各種端子(Input and output, I/O)，主要在於完整化磁導通迴路，以利消弭高速傳 輸下的磁場干擾，達到能藉由磁力的超距離吸引以緊固連接器，例如部分筆記型電腦使用的插頭，防止因 接頭拉扯造成設備移動與掉落的意外；在移除充電器 或連接器接頭的同時，電子流切斷後不會殘留磁場， 這是非常有趣的設計，相信在不久的將來，軟磁材料 將會更為普及的被運用在我們的生活周遭。

機構是顯學、材料是隱學
CMM雜誌自創辦以來，便一直持續報導材料科學的 重要性，Dr.Q也經常會在雜誌中分享有關材料的基礎 知識與創新的應用。對於我們這個產業而言，可以這 麼比喻：「機構設計是顯學、材料選型是隱學」，舉 武俠小說為例，如果我們的產品要成為武林高手，機 構便是外功的顯學，材料則成為必修的內功隱學，這樣產品在內外兼修下才能有最好的功能，得以服務我 們的客戶。其實，透過反覆的驗證與不良品的回饋， 客戶大都會比我們更早感受到這些內外兼修的重要 性。Dr.Q希望能藉由與各位讀者分享的這些文章，協 助大家內外兼修，讓您的產品成為武林高手。同時也 呼籲各位模具和射出加工的朋友們，材料科學最主要 著重的還是在於基本功夫的修練，採用適當的工具和 手段，並注意細節裡隱藏的魔鬼，便可以輕易的掌握 材料科學這門內功，當然，隨時學習最新的知識與應 用技術也是必不可少的，對此CMM雜誌也理所當然、 當仁不讓地隨時為讀者與業界朋友們提供最新相關訊 息！最後，願大家一起遵守國家法令、防疫減毒，共渡難關。■

這篇文章 5G世代，兵馬未動，材料先行： 磁功能材料的重要性 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

耀德講堂—走進現場的知識分享
沒錯，「耀德」正是師徒二人各取名字中的一個字，所 謂「輝耀畢生，以德服眾」，我立志把艱深的材料科學 與粉末注射成型知識帶到工作現場，針對PIM（Powder Injection Molding, 粉末注射成型）一起和最基層的從業 人們共同分享，在教、學相長的理念下，能夠累積更多 的經驗來分享更多夥伴。在2018年起我們便開始兩人 公司的顧問業務，在大中華地區甚至遠赴日本與印度， 2017 年 4 月 27 日是一個有趣的日子，Dr.Q 和 PIM 業 界的祖師爺R. M. German教授，以及恩師林舜天教授 （R.M. German教授的嫡傳弟子），加上我的學生趙育 德碩士，四代同堂歡聚於上海的PMCHINA晚宴上。 從那一刻的歡聚，也正是耀德講堂的開始，German教 授已高齡70仍堅毅地站在課堂上講解PIM的課程，林 舜天教授在臨介退休前夕也仍在臺灣科技大學與臺灣業 界奔走PIM事務，因此我和趙育德碩士決定再更深的投 入PIM教育的行列。
耀德講堂—走進現場的知識分享 沒錯，「耀德」正是師徒二人各取名字中的一個字，所 謂「輝耀畢生，以德服眾」，我立志把艱深的材料科學 與粉末注射成型知識帶到工作現場，針對PIM（Powder Injection Molding, 粉末注射成型）一起和最基層的從業 人們共同分享，在教、學相長的理念下，能夠累積更多 的經驗來分享更多夥伴。在2018年起我們便開始兩人 公司的顧問業務，在大中華地區甚至遠赴日本與印度，協助 PIM 產業升級。2020 年的元月，感謝 ACMT 對 耀德的肯定，我們受邀加入ACMT的服務行列，成為 聯盟的一員，同時也規劃了一系列的課程，希望能夠 為PIM這個產業貢獻更多的力量。

耀德講堂與ACMT協會的合作項目
耀德講堂與ACMT協會的合作項目，可分為「到場服務」與「2020年度課程」兩項： 到場服務 可以隨時規劃與準備，課程內容包含PIM整場輸出、 技術前言、品質改善與公司營運相關如PIM的管理、 數據分析等。例如：現場產線的規劃與改進，人員的 培訓（包含現場技術員、作業員、品質人員、工程人 員、業務人員、專案管理人員等）。產品生產良率提 升、生產問題解決、生產效率的提升、廠內管理的建 議以及產品製程規劃等等。 2020年度課程（臺灣專屬） 2020年度的課程將由Dr.Q與趙育德碩士擔任講師， 親自為各位讀者上課，目前預計今年課程將以季度劃
分，開設共計四堂課程，主題分別為「攜帶式裝置 MIM設計準則」、「MIM如何進入汽車、醫療、航 太的領域？」、「MIM在五金製品與CNC加工替代 品的應用」，以及「MIM的DFM及報價方式/生產 線的控制」等，課程說明如下：

• 「攜帶式裝置MIM設計準則」 攜帶裝置是3C產品中的最熱門的商品，也因為攜帶 的目的而有嚴格的零件結構強度要求，包含智慧手機 (Smart Phone)、穿戴裝置(Wearable devices)、平板 電腦與筆記本電腦 (PAD, Notebook PC, and Laptop PC)，這些開發與生產週期極短的產品，如何結合 MIM，以達到快速製造量產的能力，我們將以案例分 享的方式呈現給大家。
預計開課時間：2020第二季/臺北課堂

• 「MIM如何進入汽車、醫療、航太的領域？」 一直以來，汽車、醫療和航太等領域對MIM產業的 業者而言，始終是一個遙不可及的領域，國內僅有少 數幾家MIM業者獲得資格與認證，到底MIM能否打 進這些行業？讓我們針對這個議題一同進行探討。
預計開課時間：2020第二季/臺北課堂

• 「MIM在五金製品與CNC加工替代品的應用」 在中國，傳統五金業已經快速的採用MIM技術製作 新的零件，為自己的產品提升檔次與延長使用壽命， 更多的新應用不斷的出現，尤其在智慧型家電、智慧 鎖具、甚至是加工設備上的緊固工具，都因為MIM 技術能夠成型複雜形狀的優勢，使得他們突破過去設 計上的限制，新的設計不斷出現，您準備好面對這股 潮流了嗎？
預計開課時間：2020第三季/臺北課堂

• 「MIM的DFM及報價方式」 到底MIM的成本結構是甚麼？如何計算？報價與 DFM（Design For Manufacturing, 可製造性的設計） 兩者之間有甚麼關係？其實報價與製程設計規劃息息 相關，其中一個環節規劃失誤，將使產品的良率大幅 下降，若此時接到訂單，也會因良率問題而導致訂單 賠錢。因此工廠裡業務、生產、工程、品質、財務、 ＰＭ等部門息息相關，每個部門都是公司的核心。本 課程是閉門課程，專門以MIM廠為對象而開設。
預計開課時間：2020第四季/臺北課堂■

這篇文章 耀德講堂：立志成為PIM的推手 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

粵港澳大灣區
中國的粵港澳大灣區 (Great Bay Area, GBA) 是繼美國 紐約灣區、美國舊金山灣區、日本東京灣區之後的世界 第四大灣區。而GBA的範圍如圖1為「9+2」，指的是 由廣州、佛山、肇慶、深圳、東莞、惠州、珠海、中山、 江門等九市和香港、澳門兩個特別行政區所組合形成的 城市群。有趣的是，中國行政區和兩個特別行政區之間 的進出仍須使用護照或特殊通行證。粵港澳大灣區除了 是中國建設世界級城市群和參與全球競爭的一個重要空 間載體外，同時也是改革開放下的一項重大發展戰略。
目標是進一步深化粵、港、澳三地的合作，並充分發 揮出三地的綜合優勢，以促成區內各行政區之間的深 度融合，推動區域經濟協同發展，建設出一個宜居、 宜業、宜遊的國際一流灣區。

數據比較表
Dr.Q在表1中將香港雜誌所發表的數據逐一整理列 入，以方便讀者參考。根據表格中的訊息我們可以看 到，GBA仍舊是如「螞蟻雄兵」般，以人口/面積和 重量取勝，但在科技力、平均GDP和軟實力仍舊有 相當大的進步空間。
最令我感到驚訝的是GBA對軟實力的提升，2019年 Dr.Q參加了幾廠GBA舉辦的特別會議，尤其是以 MIM產業為主的會議，地區政府和領導的決心很強 大，而且會後在香港機場巧遇幾組臺灣來的大學教 授們也前來參加另外在香港舉辦的GBA學術會議， GBA對港澳臺的高等學校和教育機構實行了招募計 畫，歡迎教授們來參與，這代表一個華人地區的向上決心，和世界同步並一起競爭與成長。

我們也是GBA其中的一員
CMM雜誌、型創科技、與ACMT多年的來由臺灣出 發面向亞洲，最大的投入也是放在GBA，這裡有中國 製造最重要的幾項技術與產業的集結處，尤其是注射 加工與模具技術，主編的MIM顧問在大中華地區的 主要服務地區也集中在此，我們也期待大中華地區的 下一個大灣區（我個人猜測是杭州灣大灣區，以浙江、 上海、江蘇地區的組合）的出現，一起發展更美好的 未來。■

這篇文章 世界觀：粵港澳大灣區，全球第四個灣區經濟體 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

教授R. M. German（MIM的祖師爺級人物）統計； • 全球（分歐洲、美洲、亞洲）超過500家的MIM 工廠，有75%在亞洲；中、臺、港共約300家， 亞洲的MIM工廠密度居全球之最，其中又以中國 粵港澳大灣區(Great Bay Area of China, GBA)的 MIM工廠密度為全球之冠； • 美國APPLE對於MIM零件的使用越來越有心得， 同時對該技術的需求也愈趨增加，光是這間公司 的訂單便已佔有大中華地區整年度營業額的一半 以上，擁有超過10家的合格供應商(Approval Vendor List, AVL)，遍及臺灣、粵港澳大灣區， 以及長三角經濟區； • 雖然金屬粉末3D列印的營業額已高達30億美元 （是前一年的20倍，但包含材料與設備），且 參與的人數和廠家總數也遠超PM與MIM的廠家 總數。不過在其真正的製品卻僅不到10億美金， 大多金屬粉末3D列印都只停留在樣品製作和複 雜隨形水路模具的製作。 材料與工廠數量 • 鐵基粉末的使用佔全球MIM材料中的80%，光 不銹鋼就至少佔其中的50%，低合金鋼和鐵鎳佔 約20%，其餘則為鐵基軟磁性材料，約佔10%。
其中鐵基材料仍舊因為其低廉的價格而受到廣泛 應用； • 17-4PH和316L兩支材料系統仍是MIM材料中最 常被使用的，其中有色金屬以銅為最大宗，而熱 門的鈦僅佔約1%； • 5G通訊技術進逼下，鈷基軟磁材料 ASTM F75 與 HiperCo 50 (1J22) 取代鐵基軟磁性材料 （P.A.N.A.C.E.A、1010、Fe-50Ni等），並快速成 長，在APPLE雷霆接頭的改變下，連接器保護金 屬殼的重大材料更換計畫正逐漸進行並擴大使用 量； • MIM工廠密度最高的位置仍舊是以坐落在大灣區 (GBA)的東莞市長安鎮與深圳市沙井區居首，兩 地工廠估計已經超過90家。主要是該區域為智慧 手機大廠最密集的區域，OPPO（歐珀）、VIVO （維沃）、HW（華為）等大廠都在附近（圖2）； • 知名大廠APPLE的MIM供應廠商已突破10家， 除要求裝備需配有大產能的連續脫脂燒結爐外， 喂料使用方面，也已放寬限制，除BASF外也可 使用中國、日本、歐洲、美國的粉末自行調配喂 料，帶動中國製造的粉末材料走向國際化。

大中華著名MIM廠家
就在上個月底（2019年12月），全球排名前五的中 國東睦新材料集團宣布已經完成併購東莞的華晶粉末 冶金與上海富馳高科技有限公司，形成全球第一家完 整由PM、MIM、AM等三種製程合一的製品公司， 與全球排名前二的印度美(Indo MIM)和常州精研 (Gian) 兩大 MIM 廠合稱全球 MIM 三巨頭，但 MIM 工廠的規模競爭硝煙並未因此而消退，中國境內的 MIM廠也因為需求的逐漸增大而擴大陣容。在排名 11~20的中國MIM廠也已經都有連續燒結爐的產線， 其中更是不乏上市櫃公司或是准上市櫃公司，正逐漸 擴大整個MIM產業的陣容。眾所周知，產業的集中 有賴於訂單，而智慧手機的訂單無非是近十年來最令 人振奮的，我們人類的生活和文化都將會因智慧手機 的出現而改寫，在全球前10大MIM工廠有9家是位 於中國境內（大部分也集中在大灣區），中國內資佔 有的比例也超過60%，華人集結的產業可說是絕對領先全球的。

沒有3C就沒有飛躍的MIM產業
根據主編的看法，MIM產業之所以能在全球有卓越的 飛躍數據，主要是有賴於3C產品，尤其是攜帶式的 電子產品（包含中國所謂的移動裝置和穿戴式電子裝 置）。從圖3中，我們可以發現，在大灣區內過去建
置給精密加工業（手錶、眼鏡、相機）的所有配套均 能再升級，並用來銜接3C的攜帶式電子商品。加入 電子化元素之後，通訊技術對於材料的嚴苛要求更是 讓智慧型攜帶裝置的技術要求大幅提升，自然在金屬 小配件上的功能就不能只有機構強度，還要處理整個 裝置的電、磁、熱、聲等能量場與力學性能的交互影 響，不過最重要的關鍵還是在於如何高效率的修改與 大量的生產。這些種種的要求和機會就在大灣區逐漸 茁壯並蔓延開來，如今下一個區域也已經出現，滬寧 浙（即長三角經濟區）可能便是下一個大灣區，MIM 產業在華東也已逐漸集結成市。

華人的粉末技術—無止境的突破和躍進
據Dr.Q調查，在粉末冶金的技術和應用，臺灣仍扮 演著領導大中華地區創造及發展的角色，而整個發展 基礎卻與射出加工密不可分，由土法煉鋼到模擬仿 真，MIM產業搭著塑膠工業進步的快車並加足馬力， 領先小型金屬加工產業。但如今願意投入這個行業的 年輕人越來越少，主編為保持華人在MIM產業持續 領先的地位，遂在去年成立昆山耀德企業諮詢有限公 司，針對華人及亞洲的MIM與CIM企業進行輔導， 包含人、料、機、法四大課程，延續當初恩師林舜天 教授的教學精神，以材料科學和數據分析為刃，再落 實射出成型技術，期待有更多朋友一同加入。■

這篇文章 MIM產業：大中華地區的現況 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

快速的製造方法
射出成型的方式是把原材料變成產品最快的製程工藝， 而且可以說是淨形(Net Shape)加工，加工過程是借助 高分子材料分子級的相變化，通過加熱到達玻璃轉化點 (Glass transition point, Tg) 以上的溫度，使高分 子材料軟化具有流動性，再以壓力將軟化流動的材料 高速注射到模具的模穴中；在本世紀中，部分的金 屬材料也利用這樣的原理，加熱材料達到金屬的熔 點 (Melting point, Tm)或是合金的共晶熔點 (Eutectic melting point, Te)，同樣的也可以類似射出成型的方 式完成壓鑄(Die casting)或液態金屬射出成型(Liquid Metal Technology, LQMT)；當然，也把熱固性材料 的模塑料 (Molding Compound) 成型法加入到新式 射出成型的一部分，接下來在Dr.Q為大家進行幾種 創新的射出成型與搭配的模具技術進行簡單的回顧之 前，我們來了解泛（廣義）射出成型方式，如圖1所 示，即是透過加熱使材料發生相變化藉由壓力（注意， 不光是利用自身的重力，必須藉由設備加壓），使材 料通過模具上的流道後，填充到模穴的程序。而在 表1中，Dr.Q列出近十年比較走紅的幾個泛射出成型 技術，並隨後進行簡單的圖示說明以方便大家通盤了 解。

泛射出成型技術
模塑料成型(Molding Compound) 模塑料成型法的材料組成主要包含矽填充物、環氧樹 脂以及其他添加劑，主要利用這些封裝材料的包覆對 於半導體晶圓和線路的形成保護功能，以免受到外界 環境的影響及破壞。一般固態模封材料(EMC)主要組 成份包含了 70~85% 無機填充物、15~25% 樹脂、硬 化劑、脫模劑、著色劑（通常有碳黑和鐵氧棕色，其 他顏色較少見）、應力鬆弛劑、阻燃劑與其他材料。

金屬壓鑄成型(Metal Die Casting) 壓 鑄 機 分 為 熱 (Hot chamber) 室 法 與 冷 室 (Cold Chamber)法，差別在於熱室法的澆鑄系統是浸泡 在融熔的材料熔湯中，因此熱室法最多只能加工到 700°C以下的材料，在設備中有一支鵝頸(Gooseneck) 取代注射的噴嘴(Nozzle)；冷室法就比較類似於現有 注射機，材料是在另外的腔室加熱後再送到壓鑄材料 供給單元（即活塞）來推送材料（如圖2(a)、(b)）。

金屬觸變成型技術(Thixod Molding Technology) 如圖2(c)所示，這項技術是專門用在鎂合金成型製程 的設備，鎂合金製作成片狀或圓柱狀類似塑膠顆粒大 小，藉由砲筒的加熱與螺桿帶動把合金向前擠壓，並在加熱到幾乎要熔解的狀態時（一半固體一半熔體稱 為半固熔體，又稱觸變態），再加壓注射到模穴中完 成製程獲得鎂合金件。目前此類加工技術的鎂合金機 殼用在筆記本電腦、平板電腦、手機外殼都有不錯的 成績。

粉末射出成型(Powder Injection Molding)
粉末射出成型是Dr.Q本身擅長的技術，尤其是金屬 的部分，利用注射技術來成型金屬或陶瓷零件是非常 先進的，也因為借助射出成型的技術才可以進行大量 生產。近十年來，粉末射出成型技術已經被3C產業 中的智能手機列為主要生產技術，最令一般大眾驚奇 的莫過於粉末注射產品在射出成型之後的脫脂與燒 結，注射品可以保持相對的幾何形狀而且等比例收 縮，當然這個技術也經過了近40年的努力改進，才 能成為今日製造主流技術的翹楚。從圖3中我們可 以發現，粉末射出成型是一個比較繁複的製程整合， 其中主要四個製程包含混料、注射、脫脂和燒結，經 過燒結後才能獲得產品的金屬或陶瓷實體粗坯（燒結 體），在這之後要配合傳統金屬後加工的工藝來進行 處理，以達到最終產品的外觀、尺寸與精度的要求。

液態金屬成型技術(Liquid Metal Technology)
LQMT目前的主流成分是以鋁材料為基底，並加入5 到6種不同金屬粉末，以形成複雜的共晶反應迅速降 低熔點（約低於1200℃），藉由熔湯的低流動性快 速地打入模穴中冷卻固化，而得到的金屬零件仍需要 經過少量的加工，才能得到最終的產品以符合設計規 格，並非屬於淨形加工完全不需要再加工與整形。而 如圖4中所展示的設備，便是採用類似於射出機的 結構，不同的地方在於砲筒改為快速真空熔煉腔，當 材料錠化後仍舊如壓鑄方式以活塞加壓熔湯打入模穴中。

奈米成型技術(Nano Molding Technology, NMT) 奈米成型技術是一種用於金屬與塑膠的結合技術。對 於您的客戶提出產品外殼的外部需有金屬表現，內部 又有複雜結構，並且產品重量要輕的需求時，奈米成 型技術是目前最好的解決之道，用以取代塑膠嵌入金 屬射出、鋅鋁及鎂鋁壓鑄件。透過奈米成型技術，可 以提供一個具有價格競爭、高性能、輕量化的金塑整 合性產品。在整個技術中最特別莫過於奈米處理劑 （如T、C、F、U、……等，日本的大成化成公司是最 早的，隨後在2010年後中國廠商也發明了數種類似
的方法），對金屬成品表面進行微小蝕刻孔洞，並保 留劑量在注射工程塑膠同時反應，進而達到物理性的 錨栓結構，使工程塑膠和金屬密著接合在一起。從圖 5中，我們可以看到金屬經過T處理劑浸泡而使藥劑 微小蝕刻金屬所有表面，再將金屬件放入模內注射特 定工程塑料成為結構。而圖6中所呈現的則為工程塑 料與金屬件經NMT注射的黏著機理。

液態矽膠成型(Liquid Silicon Rubber Molding) 液態矽膠成型的應用很早，不過早期的方式都是用灌 注模具的方式，一直到近年先進國家突破了液態矽膠 組份的超高流動性，以及進入模穴後的加熱固化周期 上的突破，遂逐漸的被3C產品所重視，並應用在三 防（即防塵、防水、防震），這都是因為矽橡膠的密 封和彈性使然。過去那些單純的P+R和M+R（這裡 的P指的是泛用塑膠和工程塑膠；R代表矽橡膠；M 則代表金屬成型件）已經滿足不了先進的智慧手機， 是以MIM+R（即以金屬粉末射出成型零件結合矽橡 膠）開始被運用在高階的智慧手機上了。

模具技術永遠在進步
以上所有的泛射出成型都有一個共同點，那就是都需 要一個強而有力的模具。這個模具必須具備良好的進 膠系統、優秀的溫度控制、良好的密封性，且又能適 當的排氣；近年來更是加入隨形冷卻、急冷急熱、變 模溫以及更先進的控制系統，這些都是永遠在進步的 模具加工技術。隨著模具加工成本不斷在降低，很 多人以為少量射出成型將被3D列印取代，但這其實 是多慮了，別忘記射出成型對材料施加的壓力高達 50Mpa（50Mpa = 500X 0.1 Mpa=500倍大氣壓）， 產品獲得的密度是絕對高於3D列印的，3D列印的材 料密度都低於95%（FDM法）。
根據CMM雜誌歷年的文章和屬性，相信各位讀者最 關心的就是有沒有更新的技術，Dr.Q要告訴大家， 其實整合的技術才是最有未來性的。在過去，連接器 產業上最容易感受到射出成型與金屬端子沖壓件的整 合加工；當5G時代來臨後，將會有更多電子元器件 的需求，如果射出成型能夠對這些元件的產出有所幫助，除了可以增加射出技術的擴展機會，也能幫助射 出成型業者對５Ｇ時代做出貢獻，大家一起來加油投 入更多的研發，再創射出成型產業的高峰！■

這篇文章 3C產業：藉由模具和射出成型技術快速的變遷 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

在拜訪全球高科技的聖殿—APPLE位於加州總部的飛碟辦公室前，倒是被第二部電影中關於黑洞、第四度空間 的內容吸引，2014年的電影情節在沒有大量特效的作法下，把時空理論簡單又發人深思的導入親情因素，Dr.Q力 薦各位讀者去看這部電影。其中最精采的對白在於男主角的一段話，其大意為「原來沒有外星人、沒有鬼魂，人類 只能靠自己的力量去解決未來的難題」，這是讓我最為震撼的一段話。今天Dr.Q不是來寫影評，而是藉由這部電 影的這段話，要帶大家回想十年前我們身處的工業環境和今天相比，回顧這十年射出成型行業解決了什麼？創造了 什麼？

時間的刻度(Scale of Time)
回顧歷史，溫故知新，是反省自己的行為，更是為將來做好準備，而這一向是人類進步的動力與可貴的能力，在射出成型發展的「空間」上有個有趣的指標可助我們憶起過去，那就是3C產品的發展歷程，沒有什麼比3C產品的 進步讓我們留下更深刻的印象，特別是用殿堂公司APPLE的iPhone手機世代作為時間刻度（就如一把游標卡尺的 刻度來描述時間），如圖1所示，模糊的記憶也就清晰起來了，各位曾不眠不休的日子，可以熬夜幾晚搞定的試模 驗證、試產驗證，為搶修高效的設備在機器下面了解作動原理，十年前後，我們經歷的是一個我們親手打造而蛻變 的射出成型工業。

身在2010年的我們，當時筆記型電腦製造的王朝剛剛倒下，人們不再談論那厚重的筆電，取而代之的是平板電腦 (Pad)與智慧型手機(Smart Phone)，Dr.Q用剛剛說的時間刻度來拉開您的記憶（資料引自百度）如表1，各位讀 者，您記憶裡的盒子是不是就被打開了？Dr.Q並不是為了探討iPhone的歷史，而是要提醒咱注射和模具業者在這 10年的變化，由日本大成化成公司導入的奈米射出成型技術(Nano Molding Technology, NMT)、美國導入的金屬 粉末射出成型(Metal-powder Injection Molding, MIM)與陶瓷粉末射出成型(Ceramic-powder Injection Molding,CIM)，以及海外引入的液態矽膠(Liquid Silicon Rubber, LSR)射出成型，到AirPods又回歸到高光注射件的傳 統塑膠注射加工成型製程，如圖2所示。眼尖和敏感度高的讀者一定會知道，十年來令人關注的注射加工技術， 卻是根據基本的注射形態，並沒有太大的變化，但是整合成型(Integration Molding)以及二次加工的要求卻是 更加的挑戰注射加工技術？

十年得一劍：高效率的製造
根據iPhone的時間刻度（表1），我們可輕易發現，數據分析與模擬對於塑膠注射加工的重要性，如果沒有 數據的收集，發展了前十年的電腦技術，何來精密的繪圖軟件來建立模型和作圖，然後再來數據分析與仿真模 擬？記得在西元2000年的千禧年時，大家還在擔心數據儲存的媒體和容量不夠、備份數據的位置太少（911 事件的震撼），然而經這十年全球數據處理與網通技術演變，我們已經丟棄軟碟(Floppy)、光碟(CD, CD-R, CD-RW, DVD, DVD-R, DVD-RW……)、磁光碟(MO)、硬碟容量也從早期100MB到現在動輒1TB以上的U盤， 雲端備份和儲存早已取代那些各種不即時的備份碟盤，但是，各位的射出成型技術和實體機構件，卻仍舊服務 著人類，所有的高科技產品就在過去十年得一劍的打造下，高效率的注射成型技術協助人們走進更美好的未 來。那麼，這十年一劍打造出幾項的新技術帶給我們甚麼衝擊？Dr.Q幫大家列在表2中描述，也讓大家一起 回顧曾經走過的年代，看看我們打造的射出成型江山。

注射加工已經走到整合技術
請大家注意到表2所列的注射技術，除傳統通過螺桿、砲筒擠壓並注射材料的程序，模具的設計升級與改造是 最大的亮點，把不同的材料混入塑膠原料中之外（加纖維、礦石以及金屬和陶瓷粉末），還把各種已經固化並 加工完成的塑膠、金屬或陶瓷（玻璃也算是廣義的陶瓷）型材加入，甚至還有電子元器件，咱射出成型的觸角 已延伸到了整合加工與集成技術；而傳統認為注射後的塑膠則走向兩個極端，一則伴隨整合加工的技術跟隨後 加工包含CNC數控切削、陽極氧化、真空濺鍍以及拋光打磨，後工程的程序所必須耐受的溫度、氣氛，都不 是以往泛用塑膠能夠承受的，因此工程塑料的應用到外觀功能也是過去前所未見，其二則是泛用塑膠的精密注射，在包覆其他原件和金屬配件的嵌入注射同時，保持面的尺寸精度和高光亮度也是注射加工技術的挑戰，而 這些就是我們這十年來日夜匪懈所追求的目標！

回到基礎—數值紀錄與數據分析
我們之所以能夠發展出超越過去的技術，有賴於兩個數字性的資料，第一個是數值（Value of number, 有單位 的數字）的紀錄，這是一種定性後定量化的資料基礎，在過去人類的歷史上，數值紀錄必須要有「誠實面對， 據實記載」的精神，才能獲得進步的基石，但是並不是光有數值的記載就能成就大事；我們還需要第二項條件， 也就是數據(Data)的分析，如果沒有經過分析的手段把數值變成數據，數值終究只是一串具有單位的數字，沒 有實際的意義和用途，而「將數值轉變成數據」便是人類最有價值的能力。由於先人的努力，過去這些繁複的 工作，在工業4.0的推進下都已經能夠用電腦和終端設備來執行記錄，並轉化成使人類朝未來更進一步的動力， 透過本期CMM雜誌，主編Dr.Q將和其他專家來共同引領大家到離未來更近一步的技術，但並不會脫離我們 的基本認知，一起來創造出更遠大的未來，「莫信鬼神、相信自己，浩瀚宇宙，人類必須互相倚賴」，相信射 出成型能幫人類把未來整合在一起！■

這篇文章 製造業的十年回顧：射出加工技術之發展 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

精密鑄造
人類很早就學會如何製作精密的金屬零件，在沒有削鐵 如泥的切削工具的年代，如何製造出精細的金屬件，首 先便是需要以融化金屬來鑄造的方式，也因為沒有焊接 技術和夠好的铆接工具，金屬鑄造獲得金屬粗坯成為當 時重要的加工技術，隨著時代演變與製造技術的進步， 精密鑄造不斷的縮小其產品領域，但卻有不可或缺的重 要因素，使其不被淘汰，Dr.Q列舉出下列幾點： • 傳統鑄造是一體件(Uni-body)製程的鼻祖，鑄造用 的模具觀念也是許多後來模具技術的發展濫觴； • 鑄造已經流傳幾個世紀，巨大的零件大多依賴這個工 藝，鋼鐵的存在對於人類社會是不可或缺的結構材 料； • 大型鑄造件對於原料可使用再生鋼材，在環境保護上 貢獻良多，龐大的日常鋼鐵廢料如建築用鋼筋、廢鐵 建材、報廢汽車、鋼鐵型材下腳料等等，能夠在鑄造 熔爐重新被再生使用；
• 鑄造件的密度高，拋光性能好。

精密鑄造還是有幾大分類，我們可將之區分為以下兩項。 1.失蠟鑄造 如圖1，聰明的人類在理解金屬熔湯可以藉由砂模的 限制來得到一體化產品，同時利用低溫的材料先行製 造出金屬物件的局部形狀，再透過拼接得到想翻鑄產品的模型，這早在中國明朝宋應星（公元1587~1666 年）所著的「天工開物」中篇便有提到，其中記錄了 透過數百年來流傳於世的失蠟鑄造鑄造大鐘之工藝與 圖形描述，與現代化的失蠟鑄相對比較，兩者還是很 相近的。
由於失蠟鑄造 (Lost wax casting) 的範圍很大，將之 範圍限制在與MIM的競爭製程將有助縮小範圍，以 重量低於1000g的產品來比較，才較為合理。然而精 密鑄造仍舊有下列缺失： • 失蠟鑄造的蠟模精度已經是不錯的，但是砂模材料 的顆粒度較粗，使得鑄件表面粗糙度與特徵的解析 度不足，偶有崩角導致鐵水洩漏出來或是鑄件缺 肉；且加上鐵水的流動過快容易造成氣旋成孔，在 轉角的位置產生缺陷； • 鑄造產出效率較低，每次都需要重新沾砂漿、灌注鐵水，且產品的均一性也不足； • 由於精度的比較，小於30g且訂單量大、交貨時 程短的高熔點金屬件，並不適用失蠟鑄造技術； • 失蠟鑄造的現場較為髒亂、蠟材蒸發氣味重，工作 辛苦。

MIM技術由於標準化材料和製程設備高度自動化，在 小件產品(<30g)方面已經確實擺脫精密鑄造的追逐， 但是在拋光技術上的調整仍需要有足夠的細心，才能 真正免除遭失蠟鑄造取代的威脅。

2.壓力鑄造
壓力鑄造意味鑄造時壓力大於1大氣壓，而且高出很 多，同時模具也要具備可重複使用，以及能耐受高溫 的特性。壓鑄(Die Casting)是大家熟悉的名詞，這部 分和液態金屬的製程非常相近，主要是由於其設備的 採用就和射出成型機幾乎相似，也是使用於精密模具 的重複製造，但是因為材料的不同，壓鑄是針對高於 500~850℃的鋁合金、鎂鋁合金、銅合金，且由於成型加工溫度遠遠大於MIM的成型溫度，導致其模具 壽命和精密度都遠小於MIM射出成型製程。 在工業上有三種常見的壓力鑄造的製程，分別為熱室 法、冷室法與金屬半固熔螺桿射出法（如圖2），熱 室法的唧筒室放置於金屬熔湯中，故障的設備會導致 壓鑄程序中斷，不過由於材料不容易冷卻，故壓鑄過 程中材料的流動性較好；冷室法就非常相似生病打針 射出藥水的方式，金屬材料熔體被活塞注入模具中， 前面描述的液態金屬製程便是改良冷室法，材料添加 前必須在一個真空熔煉室予以合金化共晶熔解，再行 注入模具；而半固熔螺桿射出法則最接近MIM的螺 桿射出機，只不過溫度要高達650℃，使金屬材料處 於觸變體（看似固體，一碰觸變成為液體，又稱半固 熔體）然後射出到模具中。由於壓力鑄造與射出成型 原理接近，均是採用高壓力推擠材料進入模具，那這 幾種製程的決勝點就在於材料種類、模具壽命，以及 產出的速度，壓力鑄造與MIM兩相比較之下，顯然 MIM在這些方面都勝出。

鍛造
鍛造在民間俗稱「打鐵」，人類早期學會的金屬加 工方式，利用加工工具和設備施加在約再結晶溫度 範圍（0.5~0.8Tm, Tm =Melting point, 熔點）的金 屬材料，使其變形、符合模具形狀，再透過多次的鍛 打和淬鍊使金屬逐漸形成有效的特徵成為最後的產 品。實際上，金屬塑形加工 (Metal Shaping Process) 中的鍛造僅是一個代表性的工藝，其他還包含引伸 (Drawing)、彎曲 (Bending)、旋壓 (Spinning)、旋鍛 (Spin Forging)、冷鐓 (Cold Heading) 等等，這些利 用金屬的屈服強度(Yield Strength)附近的加工技術 又被統包在板金加工 (Sheet Metal Works) 工藝中， 利用標準的金屬薄板材來成型金屬產品，對人類過去 近百年的文明演進有不可或缺的貢獻。鍛造利用外加 應力使材料晶界的移動與差排(Dislocation)糾結，進 而使材料變形及強化的原理是很容易理解的，透過在 不同的溫度下交替捶打使材料硬化、形變以及獲得形 狀，隨著雜質不斷被移除，最後的產品便成為一種具 有高密度高強度的零件。然而，鍛造工藝並不具備大 量與快速生產的優勢，與所有模造品相比較，對MIM 製程的威脅性最低。

鍛造的過程主要在於反覆捶打以及保持工作的溫度， 材料必須維持在高溫，這也意味著所使用的工具也要 一起接受高溫的考驗，加上工作過程對工件的夾持呈 現不確定性的變化，必須倚賴經驗豐富的人工進行， 在生產自動化就比較困難。因此，鍛造工藝能夠加工 的產品尺寸也受到上述的限制，尤其是對鍛造後的餘 料去除又是另外一項費事的工藝，硬度高的餘料和氧 化的表面無疑是後製程的大考驗，無怪乎MIM能夠 逐漸取代鍛造工藝的產品。當然，以尺寸大的產品而 言，鍛造工藝仍舊優於MIM。 值得注意的是鍛造工藝講究的是金屬材料相變化的控 制，學習金屬相變化處理是所有金屬工藝必要的， MIM零件在燒結的後處理，也有很多利用到金屬塑性 加工技術，所以也屬於類似於鍛造的工藝（例如整型、 彎折、攻牙，甚至進行雷射點焊），因此讀者們應該 去關注鍛造工藝的原理。

傳統粉末壓製 粉末冶金的粉末壓製技術可以追溯到十個世紀以前， 在印度發現有鐵金屬粉末冶金製品，但是原材料的不 穩定和技術難題，真正記載的工業粉末壓製之有效方式已經是在1930年之後，主要還是以鐵基合金為 主。美國粉末冶金工業聯盟(Metal Powder Industries Federation, MPIF)是全球頂尖的粉末冶金壓製產品的 標準制定單位，包含MIM所使用的標準材料都被收 編在MPIF 35規範之中。標準化的制定意味著粉末壓 製產品的商業化程度，而廣義的粉末冶金其實也包含 了3D列印與MIM，這些在前面兩期的雜誌中略有敘 述。
以Dr.Q的見解，這三種工藝最大的區別首先在於原 料，也就是起始粉末的形貌(Morpholog)和粒徑分 布的狀態，請見圖3所述，粉末的這二個特性對於產 品的最終性能、成型效率、銷售價格有很大的影響。 眾所周知的，傳統粉末冶金的粉末粒徑粗大、形貌較 為「崎嶇」，同時為便於粉末的輸送還要求不能有太 細小的粉末，以避免揚塵以及高摩擦對模具的傷害太 大，如此一來，製作出來的產品密度能達到70~85% 就很不錯了，有趣的是人類巧妙的利用粉末壓製的低 密度與多孔性來製作得到的齒輪等傳動件，浸潤油品 後成為動力傳輸的集成配件，齒輪(Geer)便是粉末 壓製產品造福人類的最大宗機構零件，便宜有效的粉 末壓製工藝已經是不可或缺的齒輪加工工藝之一。粉 末壓製和MIM最大的差異也就在圖3中顯露無疑，由於原料粉末的形貌差異導致製品的幾何造型呈現簡 單、二維維者的特性，同時相對密度低也降低了製品 的機械性能，無法製作具精密特徵的小型零件，在 2018年大量使用在微型減速機構的小齒輪外徑小於 1mm，粉末壓製的限制在製作小於2mm以下的製品 時，就會暴露出該製程的缺點。

結語
不論是何種金屬的加工工藝，都必須要注意三個要點： 外觀、尺寸以及物理性質，尤其是外觀的要求通常是 很嚴苛的。當然，在選擇加工工藝的時候，我們要從 人、料、機、法來進行綜合的評價，最後通常是以成 本考慮為主，金屬射出成型經歷了40年以上的考驗， 在塑膠工業的技術基礎上獲得神助，以及環境成本的 助力，無怪乎麥肯錫顧問公司對MIM給予緊追3D列 印的評價。（Dr.Q覺得更像是雙方互拉彼此當靠山， 以繼續拉抬3D列印與MIM領先的地位！）■

這篇文章 MIM技術的競爭製程(3) 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

增材製造事實上，增材製造是一個年紀不小的新技術，它起源於19世紀，是當時用以描繪地形等高線模型的製作方 式，使製作出的地形模型與真實地貌表現的更為接近。 隨後製造業開始以快速原型 (Rapid Prototype, RP) 技 術，將材料一層一層切割後，透過堆疊而上的做法形成模型，而最早的材料是以紙張來膠合，可想而知製作出 的模型之擬真度是極差的。隨後發展出的3D列印，其 實際成為專用且實用的設備是在西元2000年後，此時 材料由紙張進步到熱塑性塑膠條、絲、粉末與光固化樹 脂，而陶瓷與金屬粉末3D列印的出現則更為後期。在 2009 年 12 月，美國材料試驗學會 (American Society for Testing Materials, ASTM) 正式把各種 3D 列印技 術名詞定為增材製造 (Additive Manufacturing, AM)。

表增材製造的相關描述是根據網頁綜觀3D列印製 程 (Overview of the 3D Printing processes, https:// www.core77.com/) 之內容，進行翻譯、整理並標註 與粉末製程相關的技術。從表中我們可以發現到陶瓷 或是金屬3D列印的材料都會採用固體顆粒粉體，早期採用金屬熔體的方式因為對金屬件要求強度越來越 高，且高強度金屬的熔點溫度甚高，熔池法的技術噴 嘴已經無法承受高溫熔湯，已經漸漸地遭到淘汰。

以增材製造的說法，我們可以進行更廣義的討論，模 具品也是一種增材製造的方式，唯一不同的是，有模 具作為邊界的限制可以使材料接受高壓力擠壓而快速 地得到產品，因此模具品的製造速度快，而這種廣義 的增材製造也是目前產品製造的主流；金屬3D列印 則是目前廣義增材製造中最令大家看好的新興項目， 然而產品產出的速度 (Output rate and Production Speed) 和產品的精度 (Product Accuracy)，這兩個評 價基準將是考驗增材製造是否能夠面對市場的直接條 件，模具製造有了模具的邊界定義，既有速度又有精 度；3D列印則是在兩個評價基準下掙扎，有精度的 就沒速度（列印解析度越高，速度就越慢）、有速度 就沒有精度。

由於採用熔滴沉積法與光敏樹脂固化方式對於金屬產品的解析度和密度都不夠好，接下來Dr.Q將僅針對 表1中的金屬列印法進行說明，我們不能忘記金屬零 件要求以一體化的目的，非一體化成型的金屬零件， 通常其可靠度會下降許多。比較值得一提的是其中 兩種金屬3D列印方式，分別為黏結劑噴印(Binder Jeting) 與低功率雷射激光固化 (Low powder LASER melting or welding) 兩種，這兩種方法都採用比較趨 近於MIM所使用的喂料、脫脂，以及燒結之技術， 詳情請見以下說明。

1.黏結劑噴印法
黏結劑噴射法目前市面上已有大量設備公司，因為專 利的限制而有兩大類區分如圖1所示，Exone的單噴 頭噴膠水噴印法是直接黏結劑噴射法的代表，以金屬 粉末直接堆積，且粉末表面不需要任何預處理；HP 的陣列噴頭熱觸媒噴印法則是熱觸媒噴射印法的先驅 者，金屬粉末必須利用MIM的混合喂料技術，預先 與黏結劑進行混鍊。有趣的是進行列印成型後，這 些生坯都需要進行脫脂與燒結固化，與MIM製程是 類似的。黏結劑噴射法的缺點在於黏結劑因毛細現象 (Capillarity)的吸附，在邊界會有污染其他不為生坯體的粉末，導致回收上的困難度增加；同時也要注意 到噴粉程序比較麻煩，畢竟液體化的黏結劑或是熱觸 媒，中間仍需要經過一個熱固化的程序，相變(Phase change)所引起的黏結劑收縮增加生坯不良的發生 機會。另外預測收縮率的課題，以3D列印的方式僅 在 1~1.5 大氣壓 (0.1~0.15MPa) 作業所得的生坯體與 MIM射出成型所獲得的生坯（射出壓力為50MPa以 上），兩者顯然的密度差異就造成預測困難度的增加。

2.低功率雷射激光固化
此處不討論那些採用高功率直接燒結法，高能激光 (>500 Kw)的成本高、速度慢，且對金屬粉末燒結時 必須在惰性氣體的保護下進行，這些都是目前金屬 3D列印的一些問題。2017年有部分研究者和設備製 造者提出以MIM喂料，經過粉碎和二次的造粒，再 進行篩分，藉由這些步驟得到金屬3D列印用的粉末 狀喂料，如圖2的技術。由於粉末外層包覆了一層 黏結劑，當以低功率雷射激光進行掃描過程時，黏結 劑融化並互相黏合形成生坯，很簡單的低溫低功率固 化，粉體並沒有融化，隨後進行脫脂和燒結的程序， 再將金屬坯體進行強化，以獲得強度與機械性能的提升。因為使用低功率雷射激光僅需要融化黏結劑，這 也意味著我們可以利用低成本的雷射激光與MIM的 粉末，大幅改善金屬3D列印的設備與粉末價格高昂 之現況，其中姑且不說雷射激光可以重複使用，相對 於單一雷射的激光頭，使用陣列雷射激光更可以增加 掃描效率，而且原料粉末成本的降低也是一項很關鍵 的提升，這個最新的觀念稱之為核殼技術(Core and shell)，請見圖3。我們利用黏結劑把大小不同分布的 粉末 (1~40μm)一起造成喂料，並且經過造粒微型化 成為 40~80μm的顆粒，這樣就能充分利用MIM粉 末價格的優勢，並且能夠利用微米級粉末提升產品的 性能。

MIM技術被移植到AM技術中已經是不爭的事實，金屬3D列印目前也發展到製作模具產品和零件，直接 的幫助MIM在成型技術的提升，兩者有如麥肯錫顧 問公司的報告所言（在本刊2018年9月號邱博士專 刊翻譯中提及），MIM及金屬3D列印是未來的兩大 金屬零件主流製造技術，我們樂見它們一起攜手合作 向前。

下期我們將接著介紹的是「精密鑄造」、「鍛造」、「傳 統粉末壓製」等與MIM相競爭的製程技術。各位讀者，我們下期再見！■

這篇文章 MIM技術的競爭製程(2) 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

MIM在金屬製程的幾項評價都是優異的，在我們評 價的10個項目中有6個是滿分級別，這也是近十年 MIM技術應用呈上揚趨勢的原因，金屬難以加工的特 性在MIM進化的人、料、機、法逐漸變得容易完成， 相比半個世紀前的70年代，MIM的出現無疑為人類 的進步貢獻不少。

一、 一體化的要求
上述的競爭製程，目的都在於如何快速有效的獲得一 體化(Uni-body)零件，為何一體化零件如此重要？零 件一體化設計並非美國蘋果公司首先提出的概念，早 在之前的航太工業就已提出這樣的專業名詞，但其實 人類在開始學習使用工具的老祖宗年代，就已經深切 了解了一體化零件帶來的好處，Dr.Q將一體化的好處 歸納說明如下： • 一體化零件的結構強度與尺寸準確度，讓機構零 件能夠精準，透過科學化的數據收集與驗證，作 為數據分析的基礎；能夠以此制定標準，有了標準才能夠廣為流傳與推行，使人類的智慧可以被 分享並長遠流傳下去。 • 一體化的零件減少組裝失敗的風險，易於管理零 件並有效減少管理上的浪費。 • 在潔淨度和生物醫療要求下，一體化零件無縫並 避免了意外的滋生與風險。

人類文明上的一體化概念在雕刻工藝展現無遺，隨後 進步到工具，然而真正能夠大量生產造福人群是在二 次大戰後。戰爭的殘酷使人們反思，工業革命應是為 了造福人類，而非用於這些可能招致人類滅亡的殺 戮，MIM和其他金屬模造製程都是在這樣的新思維下 開始進步而發展的。

二、 數值化的必然
另外一個必然是數值化，Dr.Q在20歲前對機械製圖 是很拿手的，當時參加比賽無往不利，但是有次在畫 錯圖紙改圖的過程中，我意識到這種人工修正的行 為是多麼痛苦且容易出錯，而當時我的電腦才只有 80386的運算速度，於是在父親的支持下買下一顆價值不斐的80387浮點運算器加裝於家中的個人電腦， 以學習當時R9版的AutoCaD繪圖軟體。如今，平面 構件圖紙的概念已經由電腦3D建模取代，並能簡單 的以按鍵或是滑鼠輸出，再多錯誤也能輕易回溯並修 改，數值化的電腦科學幫助人類更容易的生活，不例 外的，數值化也幫助了機械加工和金屬加工技術的演 進，使其更加快速並能夠以預測、仿真來提前獲得結 果，再輔以實際執行後的協助並累計經驗數值，這是 大家應該要認真學習的方法。

MIM的競爭製程分析
圖 2 所 述 的 製 程， 包 含： 液 態 金 屬 (Liquid Metal Technology, LQMT)、 增 材 製 造 (Additive Manufacturing, AM)、 精 密 鑄 造 (Investment Casting)、 鍛 造 (Forging)、 傳 統 粉 末 壓 製 (Press Molding)皆為MIM之競爭製程，首先將就液態金屬 (LQMT)進行詳細的說明與分析。

液態金屬技術
液態金屬技術（以下簡稱LQMT）這個革命性發明可以追溯到超過五十年前（甚至比MIM更早10年， 1960年發表的金與矽之液態合金是最早的文獻紀 錄），在那個時候非晶形合金只能使用金屬熔湯潑濺 法製作成薄如絲帶的方法來實現，唯有如此才可以得 到足夠的冷卻速率，以避免金屬從液體變為固體形成 結晶結構，然而此時對於成分的研究尚未全面，就像 超導體(Superconductor)朝更接近室溫不斷的發展一 般，LQMT需要朝更厚的原材料前進。到了20世紀 的90年代早期，在美國國家航空暨太空總署(National Aeronautics and Space Administration, NASA) 全 力支持之下，加州理工學院製作的Vitreloy（第一 代LQMT的名稱），成為第一塊固體狀且厚度大於 1mm的液態金屬（Big Metal Glass, BMG，大塊金屬 玻璃）。第一個人造非晶形合金的問世，在當時冷卻 速度只有每秒幾十度的情況下，是個非常重大的突破 （在當時沒有液態氮冷卻技術的情況下，已屬難能可 貴），現今的技術與材料組合已經提供大幅度改善， 從圖3中我們可以發現液態金屬厚度增加與成分改變 有關。

1.LQMT的詳細理解
讀者所接受的名詞為液態金屬事實上不太合邏輯，水 銀(汞)在常壓常溫才是真正的液態金屬，然而商業手法的廣告視頻和專利名詞通常很快深植人心，並且 形成不易消除的錯誤觀念，到底甚麼是液態金屬，真 的有如視頻中那樣神奇？Dr.Q將以圖4的示意圖為 各位進行更詳細的解說。在材料科學界，「液態金屬」 是用來指稱常溫下以過冷固體 (Super Cooling Solid) 型態存在的金屬，就像如玻璃材料的顯微結構，原 子是無序的排列有如液體一般，所以又稱之為玻璃態 金屬 (Glass Metal or Metal Glass)，也因為沒有次序 的顯微結構，又稱為非結晶金屬或合金(Amorphous Metal and Alloy, AM or AA)。 註：「過冷」是物理學專有名詞，通常指液體形成固 體時，由於冷卻速度過快，導致來不及結晶就形成固 體，這個過程就是過冷。

眾所周知的（此指學過材料科學的群眾），當材料形 成沒有結晶的顯微結構時，他所表現的物理和化學性 質就與結晶材料有很大的不同（同素異形體的一種）， LQMT目前是採用以鋁材料為基底，再加入5~6種不 同金屬粉末，形成複雜的共晶反應以迅速降低熔點(約 低於1200℃)，藉由低流動性快速地打入模穴中冷卻 固化，得到的金屬零件仍需經過少量的加工，才能使 其符合最終的產品設計規格，不同於完全不需要再進 行加工與整形的淨形加工。

2.LQMT與MIM的詳細比較
目前 LQMT 已經可以順利的採用壓鑄 (Die Casting) 成型技術，把每一模次的壓鑄量所需的LQMT事先製 造成定量大小的錠，每次送錠進入一個真空熔化腔體 （950~1300℃，根據液態金屬成分而定），使原料 錠加溫到共晶熔化後以壓力注射到金屬模具中（約在 850~880℃）固化成型，脫模後注射坯需要以高壓水 刀下料後進行少量的數值切削以保證正確的形狀與尺 寸。圖5為LQMT最新的設備，儘管已經50年過去， LQMT與MIM兩個製程仍舊是處於競爭階段，從表 １中可以更詳細的看到兩種製程上的差異。

順便一提，在專利佈局的戰爭下，從早期美國、新加 玻、韓國、中國的四國之爭，一直到2017年美國把 LQMT專利完全售出給中國的宜安科技，也正式宣告 LQMT交由中國製造與協助推廣。
任何的高端技術競爭最終必須要走出實驗室面對市 場，兩個年紀相仿的技術戰爭已經很明顯地分出勝 負，小件品是以MIM取得絕對領先，LQMT則適 合大尺寸與無磁性要求，我們很期待LQMT技術與 MIM技術的互補，甚至更新的液態金屬成分製作成粉 末，將可以採用MIM製程進行成型。■

這篇文章 MIM技術的競爭製程Part1 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。

●智慧手機的支架 ✓台灣MIM廠代表：新日興、台耀、晟銘電 ✓大陸MIM廠代表：上海富馳 ✓年代：2010~2012停產 ✓代表材質：Fe-2Ni ✓後加工工藝：CNC車床鑽孔、矯直、拋光、拉絲、 PVD調色、上UV保護漆
HTC在當時的氣勢頗佳，加上智慧手機剛上市具有影片 播放功能，因此在大陸市場的智慧手機都帶有支架，方 便播放影片供一群人一起觀賞，所以僅一家HTC當時就 有不少於十款的支架，其他的手機廠也跟進，其中以圖 1.8的HD-7作為典型代表，這個支架必須在中間讓照相 機鏡頭穿過，強度又能夠維持的夠好，推出大獲好評。 但在消費者的應用習慣上竟然將支架當作螺絲起子，因 此經常發生支架斷裂整機報修的事件，也導致智慧手機逐漸在機身上減少額外機構零件，以避免手機的機構 零件故障或遺失，包含改用固定電池不做交換、不使 用電池後蓋、取消拉伸式的天線、支架改於配件套上、 不再使用觸控筆，以及未來甚至取消Home Key和 SIM卡。

●光纖基座不銹鋼支架 ✓台灣MIM廠代表：光弘、多元、日文 ✓大陸MIM廠代表：深圳寶田精工、重慶通勝、丹 陽裕橋、焦作強信、東莞昶坤 ✓主力CIM廠代表：潮州三環 ✓年代：2011~迄今 ✓代表材質：SUS-304L, SUS-316L ✓後加工工藝： 磁力研磨、CNC車床或儀表車床當MIM產品被3C的智慧手機和筆記本電腦沖昏頭之 際，在光通訊裝置的方面卻開發出光纖連接器這款項 目，藉著不銹鋼堅固和剛性的外殼體，並且可以在內 部裝置反射鏡使光纖信號可以90度轉接，這在PIM 界也刮起一陣不小的旋風，製造此基座和陶瓷管的公 司不在少數，至今也維持一定的數量，可為典型PIM 的長單代表作，PIM業者最需要的便是開發這樣類行 的產品。如圖1.9所示(圖形來源 www.dzsc.com)

圖1.9各種以MIM製造的光纖基座款式，這是典型長 單，不會因為手機某個機種停產而消失的零件，屬於 真正以MIM製造的零件，在沒有MIM製造這產品時， 以CNC加工的方式產量很低
●微軟平板機構配件 ✓台灣MIM廠代表： 晟銘電 ✓大陸MIM廠代表： 杭州安費諾、常州精研、上海 富馳 ✓年代：2012~迄今 ✓代表材質： SUS-17-4PH，SUS-316L ✓後加工工藝： 磁力研磨、平面研磨、整形與攻牙
微軟平板Surface是微軟硬件罕見開發成功且具有量 化需求的系統裝置，主要還是搭配微軟作業系統讓這 系列產品能夠和筆記本電腦、桌機一樣，可以用來執 行辦公室的工作以及復雜的遊戲平台，甚至繪圖作 業。就MIM零件，微軟平板的開合式支架所用的特 殊轉軸機構用到4大件組合設計，挑戰比下了蘋果電 腦設計僅採單件MIM零件，也打響了MIM件可以製 作組合件機構的名號，當然，在電源上的接頭，微軟也毫不客氣的採用磁性接頭，拋光的亮度並向蘋果挑 戰，請見圖1.10。

●雷霆接頭 – 蘋果專用USB接口 (蘋果最具代表產品) ✓台灣MIM廠代表： 晟銘電 ✓大陸MIM廠代表： 佛山富士康、番禹昶聯、新加 坡道義 ✓年代： 2013~迄今 ✓代表材質： SUS-17-4PH ✓後加工工藝： 整形、CNC切削、電鍍、嵌入塑膠 注射雖然沒有突破美國公司以MIM製作打獵用散彈槍彈 丸總數[13]，但是雷霆接頭的確是MIM零件有紀錄以 來，單日出貨量超過600萬個和持續六週以上的紀錄 之精密零件。即便到現在，不包含山寨品的MIM零 件，雷霆接頭仍舊有每日百萬個出貨的恐怖數量，代 表兩件事：
(1)大家還是愛用蘋果，不分人種和年紀。
(2)電子裝置一定會壞的，再怎樣愛惜都會壞，所以多 買幾個備用，或是直接買新的。有了這樣的觀念，金錢流通讓經濟變好，也增加就業機會，當然也增加MIM產品的使用量。圖1.11所示，正廠的雷霆接頭在 MIM廠製作後，必須交到蘋果指定的二加工廠進行 CNC側壁銑平削薄，然後再經過電鍍衝擊鎳以保證品 質，相當繁瑣的製程！

● SIM卡托、鏡頭裝飾圈與按鍵(電源開關、音量大 小) ✓台灣MIM廠代表： 新日興、晟銘電 ✓大陸MIM廠代表： 深圳鑫迪、歐達可、富優馳， 東莞勁勝、環巨、常州精研、上海富馳 ✓年代： 2014~2015迄今 ✓代表材質： SUS-17-4PH，SUS-316L ✓後加工工藝： 磁力研磨、整形、噴砂、高光切削、 PVD、抗指紋油、絕緣漆、雷雕。
 

如圖1.12所示，這是中國智慧手機MIM零件三兄弟， 是以SIM卡托最具代表特性，所有困難的二次加工和 MIM的挑戰都在此一零件看的到，極薄的特徵，很 長的尺寸以及各種複雜的裝飾，由於沒有辦法採用如 蘋果SIM卡採用CNC加工的方式，中國產的手機採 用HTC的設計概念確改變材料以較硬並帶有導磁性 的17-4PH取代了316L，帶動整個業界應用設計，由 單卡到現在的雙卡，讓整個中國的60%MIM廠都依
賴這一個產品系列為生，加上鏡頭裝飾圈與不會掉色 的金屬按鍵，金屬系列機殼的智慧手機，確實在2014 年把龍頭蘋果和三星嚇出了滿身冷汗，中國製的智慧 手機從此躍升上國際舞台，令人驚豔的高品質和適當 的價位，自然缺少不了MIM零件的貢獻。
●多鏡頭裝飾圈與保護支架 ✓智能手機品牌：APPLE, VIVO, OPPO, 華為, 小米 ✓MIM代工廠： 台灣台耀、深圳鑫迪、東莞華研、環 巨、常州精研、上海富馳 ✓年代： 2017~迄今 ✓代表材質：SUS-316L, Panacea，ASTM F75 ✓後加工工藝： 磁力研磨、整形、噴砂、高光切削、 PVD、抗指紋油、絕緣漆、雷雕
進入2017年下半年，當MIM卡托逐漸走入歷史之際， 多鏡頭裝飾圈與保護支架的需求又興起，帶頭者正是 我們熟知的APPLE的iphone系列，這家地表上最敢 冒險的公司在帶來一項創新，毫無例外的，現代化手 機最重要的功能除了通話之外，隨時隨地拍照並展示 給親友，相信是目前最多人使用的，分享人生並且紀 錄生活的喜、怒、哀、樂；因此，一般人的拍照技術 不比專業照相師，但聰明的手機工程師知道如果把手機照相的功能逐漸往專業相機靠攏，再加上應用程式 (APP)的協助，這兩個要素的結合：聰明拍照+修改 照片，立刻成為智能手機的重要功能，也成為製造廠 商兵家必爭之地，多功能鏡頭的出現，也就不令人意 外了。
那麼如何實現智慧手機具有專業的相片？多鏡頭加上 多傳感器與多光源補強，便實現了這樣的〝模擬”需 求，利用不同的幾個相機鏡頭處理不同的影像需求， 最後結合影像處理軟體，不但能夠縮減專業相機體積 笨重的缺點，智慧手機的軟體讓每個手機持有者可以 拍攝滿意的照片，實在是科技造福人群的最佳案例。 因此，必須要有足夠堅固的支架保持每個鏡頭、傳感 器與燈光源的相對位置如圖1.13，其要求如下：
✓保護支架必須有高亮度外觀，搭配智能手機必須維 持科技感 ✓高強度與硬度，抵抗外力防止變形，例如手機被放 置褲子後口袋的彎折、掉落地面的衝擊 ✓使用的金屬沒有殘留磁性，以防止變焦線圈作用後 有殘磁影響，智慧手機訊號傳輸或是影像品質
✓接觸人體時不能造成過敏源，出口歐盟必須符合無 鎳要求 ✓不生鏽，需要通過鹽霧48小時甚至更長時間要求 ✓每日交貨可短期爬升一日50萬件
Dr. Q想不出有哪一種製程可以同時滿足以上如此嚴 苛要求，相信讀者也認同只有MIM才辦的到，歸納 了客戶設計我們提供了三種材料如表格1.1所示，其 中的 PANACEA 和 ASTM F75 都是在近幾年才被發 掘出來的新材料，發掘者也正是因美國蘋果公司的 要求而找到這兩支較少用於MIM產業，但是材料卻 已經存在至少超過20年以上(專利期限都已經超過) [14,15]。 表1.1使用於多鏡頭模組的MIM保護支架的材料選擇

1.4.2 MIM產品的展望 在Dr. Q完成這本書大概就已經是進入了2019年底 了，實際撰寫是在2018年下半年秋天開始，所以這 裡寫的是未來事件簿的紀錄，希望讀者能夠見諒當預 測失準。以下是Dr. Q對MIM產品展望的預測：

●3C產品對於MIM微型齒輪的需求逐漸上升，MIM 凹凸輪摩擦件在動作後因磨耗常常容易發生噪音、塑 膠齒輪的強度不足，機構工程師發現齒輪組合機構的 噪音小、磨耗少，對於經常開合的慢轉速機構逐漸改 用金屬齒輪，這是MIM的新機會；2018年已經有滑 蓋智能手機(OPPO)率先採用齒輪組合設計，筆記本 電腦則早在2017年底逐漸有出現使齒輪設計。
● MIM微型齒輪在小直徑(D>10mm)與小模數 (M<0.5mm)，MIM製程技術有可能改寫小模數齒輪 原來由工程塑膠一枝獨秀的局面，因為MIM的精度 和材質特性都優於工程塑膠，但是生產技術上齒輪模 具的製造商將扮演重大角色。
●智慧鎖具逐漸由傳統粉末冶金、鋅合金壓鑄、精 密鑄造等製造方式，改變使用MIM的製程在於免 電鍍的不銹鋼材質應用，預計在鎖具上MIM的不 銹鋼 304L、440C、420J2 和大眾情人 17-4PH( SUS 630)，會在2019年佔據更多鎖具的市場。
● MIM零件進入汽車應用仍舊是頭痛的領域，主要 在於目前大中華地區MIM廠家集中於3C產品的應用，對於汽車產業要求的機械性能、燒結件的晶粒尺 寸和耐熱疲勞，仍舊無法超過鍛造件；其他仍被印度 長期佔有現有市場，主要在於英語系的罩門，大中華 地區的全球汽車MIM零件合格直接供應商為零家。
● MIM醫療器件可望增加，但能夠符合美國FDA標 準的廠商仍舊在大陸地區沒有一家，與汽車零件相同 的處理；但沒有經過FDA標準的醫療器械市場會逐漸 上揚，不過並不是安全的作法，國際上買不起美國製 器械轉的國家向大陸與台灣購買，但是必須擔心失效 的嚴重醫療糾紛。
● MIM 粉末將會投入粉體床 (Powder Bed) 技術的 3D列印製程，有可能成為二步式製程(第一步3D粉 體床打印生坯、第二部以MIM的脫脂和燒結協助3D 打印生坯固化並成型)，可以使金屬與陶瓷3D打印佔 據更多的少量多樣的產品與零件市場的份額。

參考文獻
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這篇文章 MIM的發展與產品應用(三) Products development and Application of MIM 最早出現於 CAE模具成型技術雜誌。