■耀德講堂 / 邱耀弘 博士
終於突破50周歲
這兩天尋思要寫什麼給ASM雜誌的讀者們，確實琢磨了很久，在華東已經微冷的天氣正輔導來自烏克蘭的年輕朋友，進行MIM技術的全製程輔導，配合俄語翻譯老師我一句他一句的口耳相傳，持續了將近三周每日超過8小時的作業，突然趴在桌上打字寫文章是有點困難。Dr. Q想，我們還是談談這個終於突破50周歲的金屬粉末注射成形(Metal-powder Injection Molding, MIM)在2023年的總結。
相信在2023年初，眾人才剛從COVID-19病毒肆虐下開始復甦，但大環境景氣旋即遭到許多大事件的衝擊，不討論包含人為的貿易大戰和國家衝突等戰爭因素，Dr. Q比較站在MIM的角度來觀察，對於許多從事MIM產業的人比較關心的還是MIM的未來，何去何從？
新舊的交接
任何再美好的事物都會成為歷史，這是符合物理學上時間線的單向不可逆原則，短則稍縱即逝、長則周而復始，唯有記錄方得以永為流傳。Dr. Q用圖1來說明，圖1（右）是美國APPLE公司在2010設計問世的雷霆接口(Lightning connector)，首個採用MIM技術製作的電子產品的連接器公端，在2011年底開始交貨至今，這個MIM零件創造了自1972年以來首件突破20億個製品，且不是被獨立使用的零件（原先的記錄是由單獨使用的霰彈槍彈丸所保持）。在當初進行產品開發過程，前仆後繼地投入設備、人力，許多我們心中認為不可能的尺寸要求、幾何特徵以及允收標準，在甲、乙、丙多方的協調和努力，MIM技術通過了所有的考驗並完成了單日600萬顆（三家華南MIM大廠共創）持續6週的高峰生產目標。
就在今年九月，美國APPLE公司發表的iPhone 15新機上，正式宣告以USB Type C接口取代十年稱霸iPhone的雷霆接口。有趣的是，如果不是Dr. Q的提醒和說明，許多沒有使用APPLE產品的人尚未意識到MIM零件早早就在智慧型手機上服務人們超過10年了，最早在MOTOROLA、NOKIA、RIM等著名手機大廠在2002年就已經在使用MIM零件，還有知名的筆記本電腦如IBM、APPLE、ASUS、ACER、DELL、HP、LENOVO仍舊一直在使用MIM轉軸，MIM技術已經默默寫入在人類文明歷史中。
圖1（左）是APPLE手錶上的錶帶扣(Lag of I watch)，這個MIM零件的出現在次打破了一項新的記錄──改變傳統手錶帶難以自行更換的窘境，有了這種快速扣特徵的MIM錶帶扣，使用者可以隨時自行更換不同顏色、材質以及特徵的錶帶。這個零件正是MIM業者最歡迎的設計，壽命長、老少皆宜且需求量龐大。
在美國APPLE公司的設計師帶領下，MIM產業的眾人見證並親自參與新舊產品的交接。別忘了MIM的出現，在小形且複雜金屬零件的製造上把其他同比的製程硬生生的比了下去，如沖壓(Press)、精密鑄造（Investment Casting，又稱脫蠟鑄造）、壓鑄(Die Casting)、金屬玻璃（Bulk Metal Glass，又稱液態金屬）等。世代交替與新舊交接的衝擊下，任何的製造技術總會有被時代淘汰的一天，MIM在經歷50年後還能持續被採用在廣泛的產品上，證實了此技術存在的價值。
智能手機仍是MIM最大出海口
根據Dr. Q的觀察在2019年初到今年，智能手機的MIM零件用量已經掉下來（在大中華地區，原來智能手機MIM零件佔總銷售額65%，今年大約僅剩下45%），許多智能手機的設計工程師因為成本考慮，又改換回熟悉的沖壓、CNC金屬件與塑膠組裝，使得MIM零件的用量被大大的削減。不過，儘管智能手機MIM零件使用量低迷，放眼現今其他產業卻沒有一個能如智能手機要求設計變化速度如此快，追求新奇感如此高的對手產業，尤其是在短時間需要大量產品產出的需求，新潮、週期短、產量大且精密度高，如果沒有MIM技術的加持，很難找到其他生產方式能夠輕易符合智能手機產業的要求。
果不其然，從2022年底開始，智能手機開始另一波新的創新，具有特殊功能的金屬零件還是必須採用MIM工藝才能完美的呈現，摺疊屏智能手機問世後發現重要的折疊轉軸組仍須倚靠MIM技術──結合形狀、機械性能、耐用度以及美觀等整合功能特性來完成（這些轉軸零件比用在筆記本電腦上的更微小且精細）。有趣的是，不知道各位讀者有沒看出來，連接器從來沒有完全脫離智能手機，廣義來說轉軸也是一種機構的連接器，比起前述的訊號、電源的連接器（雷霆接口）和裝飾用連接器（錶帶扣），更要求持續的耐用度和強度，MIM工藝都能夠完成上述的任務並擔負起承轉合的使命。
民用產品逐漸接納MIM
Dr. Q回憶在2000年之前，由於MIM技術正處在推廣期，參與的原料與設備供應商、MIM製造業者都不是很多，而且MIM屬於粉末冶金的旗下分支學科，並不能被民用產品業者所接納，大家雖然驚訝一個形狀複雜的零件可以由注射完成的生坯在單面支撐下經過高溫的脫脂和燒結等比例的縮小並準確地符合設計值，但是當時的困難包含以下：
- MIM知識的缺乏，包含粉末、喂料、黏結劑以及模具的設計都處於摸索期，這些領域都被美日歐強國所把持；
- 原料粉末極為昂貴，當時粉末都是塊狀原料的數倍至數十倍，來源都必須透過海外進口，限制條件很多（2000年時，1Kg MIM 316L不鏽鋼粉末都至少要2,000 NTD折合450 RMB。）；
- 由於喂料僅使用蠟基系統，MIM製品的良率不高且限制多，各家製造廠都採用「閉門造車」法，沒有廣泛的交流導致市場打不開，許多工業從業人員都不認識MIM技術；
- 成形設備（混-射-脫-燒），僅有注射成形機較為熟悉，其餘設備經驗一片空白，來源都必須透過海外進口，MIM零件製造成本高且神秘色彩濃厚。
2011年是一個關鍵的轉折點，美國APPLE公司決定大量使用MIM零件做為iPhone智慧型手機的關鍵機構零件（雷霆接口也是當時的眾多MIM零件之一），因此在2011-2016五年之間也帶動大中華地區的MIM產業興起，加上中國智慧手機數家大廠加入全球戰局，白熱化的智能手機戰場少不了MIM零件當作配角，奠定了今日MIM產業的基礎。這當然帶動了人們對MIM零件的認知，也加速了MIM零件由智能手機走到民用產品的路途（在今年度的Dr. Q專欄已經把MIM民用產品介紹了一遍，請見今年度ASM專刊的內容）。Dr. Q認為民用產品最重要在於價格和品質的平衡點，MIM業者一定注意到品質包含了產品的光潔度、尺寸正確、機構組合的完整性、強度和硬度，以及重要的防鏽能力、材料源頭的安全性（不含有害物質與放射線），MIM不鏽鋼系列材料是目前民用產品主要的使用考慮。
邁向全世界
Dr. Q在今年獲得日本粉末冶金協會推薦出席10月17-18日舉行的國際粉末與粉末冶金會議-京都市(International Conference on Powder and Powder Metallurgy, JSPMIC 2023, Kyoto)，很榮幸的成為大會首場受邀請報告者，報告的題目是「近五年MIM行業在大中華區的現狀與發展(Status and Development of MIM Industry on Greater China in Recent Five Years)」〫這是Dr. Q第二次在日本京都市的演講，延續上一次在2015年京都大學的主題報告（當然Dr. Q的英文有進步了一點點）。
然後，在11月在寧波格林泰克金屬科技有限公司對位於波蘭的STALEKS公司進行MIM技術輔導整整一個月，這是全程使用俄羅斯語（翻譯老師）+英語（Dr. Q自己）將MIM的12道攻關技術詳細的說明，搭配了現場的設備包含注射成形、草酸脫脂爐與真空脫脂燒結爐，選擇了四種材料（不同收縮比）、三套模具進行實操演練，將數百件產品由喂料轉變成燒結品，最後進行MIM製品的品質評價。估計2024年還有2~3家海外公司會前來中國學習MIM技術。
MIM工藝是一門不算困難的技術不過如果要做到精密的尺寸0.3%公差以及拋光無孔隙的外觀要求，並且需要高產出率，確實需要用心且努力的學習各種知識，並且要實際動手驗證，Dr. Q今年已經57歲，也仍舊上堂講課、下現場幹活，黑手是業界稱呼我的名號，也是MIM產業的寫照，走向國際，邁向全世界，不要被逆境打敗，一起加入我的行列！
