■Moldex 3D
序言
射出成型最大的優勢是可以大量生產複雜的幾何產品，因各種設計需求，生產過程會運用到不同的塑膠材料。然而，塑膠材料無法滿足全部的設計需求，舉例來說，塑膠就無法完全取代鐵的特性。金屬射出成型技術(Metal Injection Molding, MIM)， 是一種結合了傳統塑膠射出成型(Conventional thermoplastic injectionmolding) 及粉末冶金(Powder metallurgy, PM) 優點之新穎的成型技術。引用BCC Research 報告[1]( 為提供全球高品質市場調查報告公司)，在2012 年止，調查全球金屬射出成型市場達到1.5 億美金。如圖1 所示，報告內容進一步指出，在北美是以生醫業為主，亞洲是IT 產業，歐洲則是汽車產業。最近，智慧型手機當道，許多電子金屬零元件，為了快速生產，即是產用金屬射出成型可以提供多樣、複雜且精密之優勢。根據Global Industry Analysts 指出，到2017 年時，產值會高達三億七千萬美金 。
圖1: BCC Research 的全球金屬射出成型市場調查
圖2:Moldex3D 呈現不同充填階段粉末密度分佈情形
圖3:Moldex3D 呈現成品內的粉末密度
圖4:Moldex3D 模擬預測黑線可能區域與實際產品黑線位置比較
金屬射出成型技術的射料是先將金屬粉末與結合劑均勻混合，再造出狀原料。傳統冶金的粉末尺寸為大約100μm，對於MIM 使用的金屬粒徑大約是20-1 μm，產品將會有95% 的緻密度。粉末的濃度大約是40-60vol%。為了在射出過程MIM 射料有較好的流動性，結合劑的成分相當多樣，主要成份是樹酯、臘與介面活性劑。其次，MIM 射料置於射出機中成形型，被稱之為生胚。金屬射出成型可以用傳統的塑膠射出成型的設備與程式進行，差別在螺杆與止逆閥的設計需要注意。對於成型條件，因為金屬粉末的熱傳導較高，為了避免融熔射料過早冷卻固化與收縮，MIM 的模具溫度會高於塑膠射出。最後程式，會以溶劑除去生胚的結合劑， 再以高溫超過1000 度去燒結成型，即熟胚。與生胚相比，一般熟胚會收縮到10-20% 的尺寸。
實際上，對MIM 產品的燒結性質與尺寸穩定性受到是粉末粒徑、粒徑分佈與粉末形狀的影響為最大。由於粒徑小的粉末具有較大的比面積，可以增加粉末間的摩擦力和燒結緻密化，另外也有助於零件在脫脂過程維持形狀的能力，但是缺點是聚集現象為粒徑小的粉末常常面對的問題，需要添加更多的黏結劑以減少粉末聚集。進一步，球形粉末會具有高的堆積密度和低的流動黏度，在工業上有很好的運用，但粉末間摩擦力太低使得零件在脫脂過程中容易有變形、崩塌等現象。不規則的粉末在脫脂過程中有優良的形狀維持能力，但因為粉末間摩擦力太大，粉末堆積密度低，以致燒結的緻密度不高。
Moldex3D 的粉末射出成型(PIM) 解決方案，反映出產業對於品質要求越來越高。Moldex3D PIM 可以協助檢視充填階段粉末密度的變化，如以下圖2 及圖3 所示。
此外，Moldex3D 可以提供工具協助評估成型條件，以降低產品在射出成型制程中可能發生的缺陷。除了Moldex3D PIM 模擬解決方案之外，Moldex3D 材料實驗室具備全方位塑膠材料檢測能力，提供粉末射出成型制程一個完整性解決方案。
下面圖4 為Moldex3D 模擬黑線位置與實際結果比較圖，結果顯示模擬分析與實際情形高度相符，其部分區域因剪切率變異較大，導致濃度分佈有顯著落差，這些區域也是在生胚上最容易發生黑線的位置。Moldex3D 完整整合產品設計、材料特性以及掌握成形條件，透過此案例應證了模擬分析可以有效於杜絕設計瑕疵，針對設計品質有效把關。■
