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金屬粉末射出成型(Metal Powder Injection Molding,MIM)
金屬射出成型(MIM)是粉末射出成型(Powder Injection Molding,PIM)的一種，該製造技術是由美國加州Parmatech公司于1973年發明，金屬粉末注射成型技術是集塑膠成型工藝學、高分子化學、粉末冶金工藝學和金屬材料學等多學科透與交叉的產物，利用模具可注射成型坯件並通過燒結快速製造高密度、高精度、三維複雜形狀的結構零件，能夠快速準確地將設計思想物化為具有一定結構、功能特性的製品，並可直接批量生產出零件，是製造技術行業一次新的變革。該工藝技術不僅具有常規粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經濟效益高等優點，而且克服了傳統粉末冶金工藝製品、材質不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、複雜結構的缺點，特別適合於大批量生產小型、複雜及具有特殊要求的金屬零件。以下為該技術應用範圍與其他金屬製程的比較圖:
金屬射出成型製程雖類似塑膠射出成型，但其中牽扯的領域非常廣，主要流程為:金屬粉末選擇-->黏著劑調配-->混煉與造粒-->射出成型-->脫脂-->燒結，每個步驟環環相扣，互相影響，最終才可得到我們想要的產品，我們將會針對各個環節進行介紹，以下為各個製程的流程圖(黏著劑使用蠟基)
1.金屬粉末(Metal Powder):
***氣體噴霧金屬粉末(Gas Atomization)
所謂噴霧方法就是將熔融的金屬液，利用噴霧媒體打散成小液滴，再經冷卻凝固成為金屬粉末的方法。噴霧法最大的優點就是能夠製造各種純金屬及其合金粉末，同時又能從製造參數的改變，來調整粉末的特性，再加上其製程簡單，製造費用較低，已成為近年來金屬粉末最重要的製造方法。
***水噴霧(Water Atomization)
此種方法與前述氣體噴霧法極為類似，只不過它是利用水當作噴霧媒體，比用氣體噴霧具有更快速的冷卻效果，以及一些不同的流體性質。此方法是目前最為廣泛使用的金屬粉末製造方法。
***羰基法
MIM最早使用的粉末是羰基法生產的，美國GAF化學公司採用較粗的海綿鐵粉作原料，粉中一般含0.8％C ，0.7％N和0.3％O（質量分數）。
2.黏著劑(Binder)
a.主幹高分子-Backbone(聚乙烯、聚丙烯...等):主要功能為加強初胚強度
b.主填充劑-Major filler(石蠟、微結晶蠟...等):其功用為使粉體均勻分散於其中或填入粉體間的空隙，使射出時有良好 的流動性與成形性。通常是由低分子量的熱塑性聚合物或是油類所組成
c.塑化劑-Plasticizer(二甲基鈦酸酯、壓克力蠟)
d.表面活性劑-Surface active agent(硬脂酸、花王蠟)
3.射料混煉與造粒(mixing and granulation )
其目的為均勻混合金屬粉末以及黏著劑，再進行造粒的動作以利射出成型過程的便利，此步驟也是影響後續產品均勻性的因子之一。
4.射出成型(Injection Molding)------得到初胚(Green Part)
此部分做法與塑膠射出成型製程一樣，而射出成型的參數主要取決於使用何種黏著劑的基底，因在射出成型的過程中，黏著劑才是流動的主體，金屬粉末本身是沒有流動性，因為在造粒之後金屬粉末依舊是固體粉末，所以就整體來看是Binder包著金屬粉末，拖著金屬粉末走，才能讓模穴中平均的含有金屬粉末，但在射出成型方面也會發生許多塑膠射出成型也會發生的缺陷，例如縫合線、噴射痕、凹陷、翹曲......等等，在此金屬射出還有一個特殊的缺陷，業界俗稱黑線，學術上稱其為粉膠分離，其主要因素為黏著劑在轉折處剪切率過大，此時與金屬粉末的速差瞬間提高，導致金屬粉末與黏著劑分離。
http://www.metal-powder.net/
金屬射出成型的充填模式也很特殊，因金屬之間的摩擦力，造成一股新的流動阻力，造成金屬射出成型的充填模式不像一般塑膠射出成型是噴泉流，其產品短射圖如下
5.脫脂(Debinding)---------得到脫脂後產品(Brown Part)
在射出製程後，我們得到的產品內含有黏著劑與金屬，但金屬射出最終的產品只需要金屬，因此脫脂這個步驟非常的重要，其主要目的就是將產品內的黏著劑消除，讓產品開始燒結時只含有金屬，主要分為下面幾項:
a.熱脫脂:通常以惰性氣體為流動介質，升溫將黏著劑裂解，並由介質帶出爐體，此製程最重要的是升溫速率，如果控制不恰當，容易造成產品的缺陷，例如塌陷、裂縫。
b.真空脫脂:利用高溫及高真空將黏著劑蒸發，再通蒸餾分子帶出，此方法合併了脫蠟與脫高分子的步驟，因此脫脂時間較短。
c.觸媒脫脂:射料主要由聚縮醛(Polyacetal)為主體，脫脂時加熱至135度並導入硝酸氣體，此時硝酸與聚縮醛分解為甲醛的觸媒反應，直接從固態轉成氣態，工件不易變形。
d.溶劑脫脂:利用溶劑將部分分子萃取出，等同於幫初胚建立了逃氣通孔，之後進行熱脫脂時，排氣順暢，且花費時間大量減少，乃現今業界常用之方法之一。下圖為溶脫 後熱脫脂以及單純熱脫脂的時間軸比較
By K.S.Hwang and Y.M.Hsieh, "Comparative Study of Pore Structure Evolution During Solvent and Thermal Debinding of Powder Injection Molded Parts
6.燒結(Sintering)---------得到最終產品(Final Part)
結束脫脂工序後，將半成品送入高溫氣氛燒結爐中進行燒結，為了能得到相同的燒結密度，以及需要的機械強度與性質，不同的合金系統會使用不同的燒結參數。
結語
綜觀上面幾種製程之後，大家應該也發現，其實每個環節都是非常重要的，為了得到最終高密度、高精度、高強度、少後續加工的目的，每個環節都需非常仔細且小心，在MIM製程裡最可惜的是在脫脂、燒結後才發現缺陷，因為此時的金屬射料已經無法再回收利用了，現今社會非常重視環保，可回收再利用當然是最好，因此千萬不可忽視在混煉、造粒、射出這三個環節的重要性。預防缺陷才是解決缺陷的最佳方法!!
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