■耀德講堂 / 邱耀弘博士
不安與孤獨
2020 年恐怕是近代人類歷史上最奇怪的一年。除了世界大戰，沒有出現這種大多數國家長時間封閉國界，甚至在自己國家城市間進行封閉管制的情形，這全是由COVID-19 冠狀病毒所引起。許多商務工作，甚至奧運會不得不暫停。Dr.Q 在2020 年也經歷了90 天（三次商業出行往返臺灣和大陸導致6 次隔離）。這是人生最特別的經歷，我能感覺到自己是一隻「籠中鳥」被關在房間裡。每個人都真心希望這一流行病能盡快結束，說實話閉關時即使有電視、電腦和手機陪伴，也有時鐘告訴你時間的流動，但在狹小空間裡焦躁不安和孤獨真的令人非常不舒服。
言歸正傳，2020 年大中華區MIM 產業的真實狀况到底如何？ Dr. Q 認為讀者都十分關心MIM 產業現况，畢竟大中華區是世界第一個疫情得到妥善控制。它代表人類迅速戰勝這一流行病的能力。MIM 行業是否受COVID-19 嚴重影響？不，我們是騎乘風暴前行。
圖1：2020 年大中華區（中國大陸+ 臺灣）的估計MIM 銷售數據。我們失去了世界其他地區2019 年的數據（ROW 是世界其他地方。此外，此圖修改自PIM 國際發布2019 年的資料）
市場觀察
COVID-19 下的銷售額：創歷史新高受COVID-19 影響，大中華區（大陸和臺灣）僅前兩季受影響，因兩地疫情防控情况得到適當控制，7 月已顯示出MIM 等許多行業的反彈上升趨勢。Dr. Q 和CPMA（中國粉末冶金聯盟）秘書處於2020 年底12月的估計，MIM 在2020 全年的銷售額應該僅能維持2019 年的水準，這主要原因擔心疫情的影響會導致總銷售額的下降。如圖1 所示，估計MIM 在大中華區的銷售數據，至少維持了市場銷售額度和樂觀水準。實際在2021 年1 月的統計結果出人意料，大中華區前20 家MIM 大廠在大中華區累計超過322 億元新臺幣（約合75 億元人民幣），而其他200 家MIM 工廠的銷售額為145 億元新臺幣（約20 億元人民幣）。結果顯示2020 年，我們獲得的數字超過460 億元新臺幣（約15 億美元）。根據統計結果，近66% 的營業額來自3C 產品，其中85% 來自美國蘋果(APPLE Inc.) 和H.V.O.M.（華為、維沃、歐珀和小米），毫無意外的。所有的數據都是歷史上最高的。因此，大中華地區的MIM 產業並沒有受到疫情的影響，而且增長幅度不小。Dr. Q 相信這是因為互聯網所帶來的便利性，雖然人們無法滿足相互溝通的需求，但MIM 零件的需求可以通過互聯網訂購與銷售，得以保持交付的順利進行。
平均每個月仍有一家MIM 工廠成立
自1972 年以來，MIM 技術逐漸為整個行業所熟悉。大中華區的各地方政府重視環境保護與限制，淘汰許多不合格的精密鑄造（包括脫蠟和重力法）和壓鑄廠的關係，MIM 工藝更環保，可以替代它們。此外，MIM 材料具有廣泛的應用，很多機械工程師都接受了MIM 工藝，由於MIM 材料可以替代傳統的鑄造和壓鑄的材料。這是大中華區每個月都有新MIM 工廠建立的主要原因。
MIM 粉末與設備廠持續的忙碌
MIM 成長的第一點強力指標是粉末工廠產量的增加。目前，中國至少有5 家MIM 不鏽鋼粉末製造廠年產量可超過2,000 噸，另有兩家煉鋼廠加入MIM 粉末生產行列，即將投產年生產10,000 噸的粉末。AM 的黏結劑噴射法將從這些MIM 粉末供應商獲得優勢價格；第二點是MIM 的設備製造商非常忙碌，包括原料混煉機、注射機、脫脂爐和燒結爐（連續式和批次真空爐），沒有因這一流行病而暫停服務，且每月的設備交付和現場安裝使設備製造商異常活躍。
新材料驅動MIM 產業向前
MIM 零件將跟隨智慧手機和穿戴式裝置成為跟隨人類的機構零件，並深入人們的生活中。特殊功能包括無鎳、EMC（電磁相容性）、信號增益和散熱解決方案，推動MIM 製造技術的向前邁進。除了德國BASF公司在市場上的新材料積極推出外，更多符合MPIF35 的行業標準材料也轉化為MIM 工藝的粉末。例如，ASTM F75（CoCrMo 合金）是一種很好的代表。因為它具有無鎳、無磁性和高強度的特性，ASTM F75 已廣泛應用於智慧手機的鏡頭保護蓋，如圖2 所示。先進的智慧手機攜帶MIM 零件進入5G 時代，以提升其性能。
新的黏結劑系統將配合新的催化脫黏劑─草酸呈現。只有這樣，才能滿足環境保護的要求，減少環境污染。還包括新的陶瓷粉末注射成形(CIM) 系統，POM 黏結劑和草酸催化也使用在其製程改動上。氧化鋁、3Y 和5Y 氧化鋯、氧化鐵（用於特殊電感器）等，甚至5G 陶瓷濾波器（如鈦酸鎂鈣）也開始嘗試這種方法。
粉末壓製和積層製造也向MIM 靠攏
MIM 已被公認為「近淨形」製程，在獲得燒結零件後，只要加上一些簡單的加工方法，就可達到我們的設計要求，並可進行大量的複製和批量生產，這滿足3C產品的要求。當傳統的粉末壓製行業意識到MIM 產品的高密度成就時，採用MIM 粉末的高性能粉末冶金（HPM，由臺灣大學黃坤祥教授發明）工藝也被用來製造更先進的齒輪零件，已成功地達到尺寸精度的要求。MIM 的能力無疑促進了積層製造黏結劑噴射技術（AM 的BJT）的可行性。我們相信在五年內，黏結劑噴射技術的普及可以贏得小於1000 件的訂單。
筆記本電腦和平板電腦重新占回數量上風
APPLE 與H.V.O. 2020 年中宣布的新型手機上市後，仍供不應求。除了用於鏡頭保護圈的MIM 零件外，智慧手機和平板電腦還設計了MIM 連接器充電頭、傳輸機構以及折疊式手機螢幕的鉸鏈。COVID-19 使家庭成員必須隔離而帶來大量的在線課程和辦公計畫，在筆記型電腦、平板電腦以及媒體通信的手機支架上帶來了MIM 轉軸和鉸鏈的大幅度增加，這使得久違的筆記型電腦製造大城市（江蘇省蘇州市和廣東省東莞市）非常繁忙。所有MIM 轉軸與絞鏈的大型工廠都滿訂單，沒有疫情導致訂單的下降。圖3 顯示了MIM 零件用在3C 設備上的鉸鏈裝配。
圖2：智慧手機的背面相機鏡頭保護蓋仍使用MIM 零件。堅固、親和人體和EMC 功能要求讓設計師選擇MIM 零件。（華為喜歡用MIM 316L；蘋果則喜歡ASTM F75 作為鏡頭保護罩）
大中華區的MIM 工廠分析
表1 到表3 為大中華地區前20 家MIM 工廠。這些公司的主要營業額來自蘋果和H.V.O.M 的3C MIM 零件，在汽車和醫療零件的MIM 零件很少，一些軍事武器沒有在統計數據中。家用五金、電動工具、廚房工具等家庭應用的金屬件比2019 年略有增加。
圖3：(a) 筆電上使用MIM 製作的絞鏈延長螢幕開合的壽命；(b) 柔性屏智慧手機使用了美觀的MIM 絞鏈總成設計；(c)甚至藍芽耳機盒都使用了MIM 的絞鏈設計
挑戰與機會
歷史是反映MIM 行業的鏡子，2020 年之前MIM 發生過什麽？通過以下步驟告訴讀者。
MIM 歷史事件
表4 為MIM 的相關歷史事件。Harry Brearley 先生發明不鏽鋼，這是我們的主要金屬系統。而且，MIM（北美、歐洲、日本和亞洲）的世界市場在MIM 行業使用最多區隔最終變為北美、歐洲和亞洲，日本不再是一個特殊的部分。我們看到大中華地區成為最大的銷售金額地區。但最大的MIM 工廠是印度的本地工廠。
粉末和喂料的轉變
MIM 為工程師提供各種工業應用材料。因此，材料的應用開闢了MIM 市場，使更多具有優良性能的材料成為MIM 粉末，這是一個良性的循環。蠟基喂料不鏽鋼已成為MIM 的主要原料，而MIM 產品採用鐵基原料，占MIM 市場的近75%。然而蠟基喂料幾乎已成為歷史，基於POM 基的喂料已經取代了它。特別是2014年BASF 專利到期後，中國有近20 家喂料工廠投入。
而且，甚至粉末製造商也開始喂料業務。對於中國MIM 產業的未來發展趨勢，粉末廠和原料製造商將逐步形成聯盟甚至合併。因為細粉的未來不僅在MIM 領域，而且在積層製造、雷射熔覆，甚至非燒結產品（如電感器和磁鐵）的3D 列印領域。為服務客戶，粉末廠還必須瞭解客戶的工藝技術。因此，粉末廠向喂料產品擴展並不是新鮮事了。
MIM 的新材料
2013 年後，不鏽鋼17-4PH 受蘋果青睞，成為MIM市場最受歡迎的材料， 取代不鏽鋼304。BASF 的
P.A.N.A.C.E.A.® 不僅對人體沒有鎳過敏，而且具有低磁性，取代了不鏽鋼316L。然而，複雜的燒結後熱處理最終讓P.A.N.A.C E.A.® 更換成ASTM F75。只要人們接受的材料在特性上的優勢，粉末的價格就不是需要考慮的第一個因素。主要考慮是材料可以採用現有的MIM 技術，並可以完成帶石墨熱場的真空脫結燒結爐。然而，氫和金屬熱場的使用往往具有挑戰性，而且長期難以實現，如鈦粉的MIM 產品。
在中國大陸，銅、鎢、鎳、鈦及其合金的MIM 產品也將在2020 年受到重視。主要由於5G 通信時代的需求和電動汽車的興起，這些高速信號傳輸和高電流導致電路系統中的散熱和電磁干擾問題。高強度機構還必須解決複雜的形狀和特殊的幾何建模，這是MIM 改變新材料使用的最大驅動力。因此，面對鑄造、加工、鍛造和沖壓技術的同步挑戰，甚至更新的液態金屬技術和積層製造，MIM 始終勝出。這也是大中華區擁有全球最多MIM 工廠的主要原因。
表1：大中華區前20 大工廠的分析─先進群
表2：大中華區前20 大工廠的分析─領先群
結論
2020 年是人類應該反思的一年。隔離時間最長，移動距離最短，以及現代最暢銷的口罩，是令人難以置信的記錄年，我們很幸運，MIM 行業沒有被COVID-19擊倒或壓垮。全球人類必須一起參與後疫情時代的經濟復甦，MIM 產業應是第一要走起的。感謝前線醫護人員的勇敢和艱辛，我們向那些不幸染疫的同胞和世界各地為疫情所苦的人們表示最衷心的不捨與思念。MIM 行業將堅定地迎接2021 年的新挑戰。歡迎加入MIM 團隊，我們和您都是一家人。■
表3：大中華區前20 大工廠的分析─穩定群 
表4：MIM 相關歷史事件
