金属注射成型主要趋势和市场前景

目录

• 1.10 市场机遇

• 1.11 生产复杂性

• 1.12 总结

1.10 市场机遇

下面列出了几个经常讨论的市场机会以及与MIM及其未来相关的增长方面的一些相关信息。

• 消费者、手机和电脑的使用继续增长。对比2007年和2009年的分区显示，MIM在手持式设备中的使用有所增加，从手机到便携式电脑。这些元件体积小、结构复杂、强度高，应用于开关、按钮、铰链、锁扣和装饰性装置。由于大部分的组装都在亚洲，所以零件生产已经迁移到亚洲，以保持供应线的缩短。

• 在2008年11月奥巴马当选美国总统后，由于担心新的限制性枪支法律，枪支经历了快速升级；尽管这一浪潮在北美过去了，但暂时的激增抵消了在许多其他领域看到的经济衰退。军方对枪支部件的采购已经开始放缓。然而，小型枪支制造商已经开始接受MIM。 

• 工业、手工工具和家庭应用仍然强劲而稳定，包括阀门、管道、喷涂、扳手、多功能工具、胡椒研磨机、剪刀、圆锯、钉枪和类似设备。

• 涡轮增压器、喷油器、控制部件（时钟支架、门锁、旋钮和杠杆）以及气门升程器的使用，使MIM在汽车上的应用开始升级。这是在美国别克和克莱斯勒的应用中开始的，但随着本田和丰田在涡轮增压器和气门应用中的综合供应商（日本活塞环）的应用，领导地位转移到日本。随后，欧洲的MIM车间开始利用高性能但较小的发动机所提供的材料和应用，这一浪潮已经成为全球性的。对汽车零部件生产有很多抱怨，但它产生了大量的销售量，有助于降低所有成本和改善领域。所有的期望是，MIM在汽车领域将继续增长。

• 医疗应用正在从早期的内窥镜设备的基础上不断增长，随着MIM被广泛接受，医疗应用将变得巨大。

然而，定价允许每个设计的销售额可能达到400万美元。到目前为止，只有少数MIM公司定位在生产植入物，而许多公司正在寻求外科手工具的订单。微创手术工具是MIM的一个主要机会。新的基因传感器（微柱、微纹理和微阵列设计）经常显示出微特征的装置。这些将是小型设备，有可能被大量用于快速血液测试和疾病识别。

• 这一领域的牙科应用早就成熟了，现在有几家公司参与了正畸托槽的制造。然而，新的仪器和手动工具设计为微功能设计提供了特殊机会。因此，MIM正从其在正畸托槽中的强大历史地位转向手动工具和特殊牙髓外科设备。

• 30年来，MIM在航空领域的应用已经得到了证明。在成本问题和设想的MIM节约的推动下，现在开始了新一轮的努力。大约有十几家公司活跃在这一领域。与医疗应用一样，生产量通常较小，在每年10,000件左右，但单价很高。

• MIM的照明应用仅限于难熔金属和陶瓷，该领域的发展掌握在三巨头--西尔维尼亚、飞利浦和通用电气手中。经过早期的努力，由于成本的降低和发光二极管（LED）器件的竞争，MIM的可行性受到严重质疑。已经展示了通过MIM将LED器件从铜中取出的支架，但成本可能会对MIM不利。

• 体育应用已经持续了20年，但该领域的成本点似乎与MIM并不匹配，MIM的渗透率仍然很小。过去的成功案例包括足球膝盖支架的金属支架、镖身、高尔夫球杆和跑步鞋。

• 珠宝应用是MIM的新领域，随着替代材料（非金和非银）被接受，珠宝应用可能会迅速增长。这些材料包括钛、高抛光不锈钢、钽，甚至是青铜。

其中几项的上行市场规模相当大，而上面没有列出的其他项目可能会增长，但亚洲的主要参与者已经到位，新进入者能否发挥作用值得怀疑。

会议讨论了研究和开发（R&D）工作中出现的未来机会。一些领先的机会包括用于散热器的超高热导率复合材料（例如铜-钻石）。一家日本MIM公司已经展示了达到580W/(mK)的导热性能，用于超级计算机、高端服务器、相控阵雷达系统、军事电子、混合动力汽车控制系统、游戏电脑以及其他涉及高性能计算的应用。图1.4是一个这样的装置。

一个相关的领域是蒸气室设计，通常由铜制成，其中一个封闭的多孔金属内室被用来将热管技术应用于需要在电子器件周围散热的类似问题。

同样，另一个领域是LED散热器，用铜阵列来安装半导体，有报道称100克阵列的成本低至每个支架0.75美元；这些演示主要来自亚洲。

图 1.4 用于电子冷却的铜制MIM传热装置

图 1.5 不锈钢MIM医疗植入装置

用于医疗微创手术工具的微型MIM是一个发展领域，涉及用于终端操纵器的非常小的部件，如切割器、抓取器和药物输送。大多数是由不锈钢制成的，例子中的部件正在以每件2至15美元的价格出售。图1.5显示了一个用于肩部修复的例子。

其他微型MIM应用涉及手机、电脑、手持电子设备的部件，以及用于牙髓病和牙齿清洁的牙科手工工具。植入物，如牙科牙柱、韧带排列、听道（耳）重建、药物输送、心脏瓣膜、人工膝关节、肩关节和髋关节等部件，预计将是一个价值10亿美元的机会，但需要相当大的投入和资源才能实现；史赛克和美敦力已经建立了内部生产，Zimmer和Biomed已经选择与一些MIM商店合作，而Accellent已经选择在定制基础上完全满足任何应用。

带有数百至数千个针、柱或孔的一次性芯片上的实验室设备被用于血液测试、疾病评估、预测疾病的DNA分析和蛋白质测试；生物芯片市场的目标是到2013年达到38亿美元的销售额，并且正在进行大量研究以支持这一努力。惠普公司和俄勒冈州立大学有一个小型的MIM设施，正在研究各种方案，但德国、新加坡和日本也在进行相关活动。

钛的生物相容性结构，如用于组织固定、植入物、手术工具、工具植入物，甚至运动装置，代表了另一个发展领域。大约19家公司拥有一些钛的变体，但很少有公司专注于医疗质量。通过MIM的多孔钛提供了羟基磷灰石（骨）灌注的可能性；图1.6中显示了一个用于牙齿植入的MIM装置的例子。

图 1.6 通过MIM形成的钛合金牙科植入物，有一个有意的多孔区域用于骨质增生

另一个例子是用工具钢制作的五金工具，如铸铁水管或供水管的螺纹装置、手动工具、阀门和配件、手柄、成型工具、钻头、模具。另外，正在开发用于微电子的密封封装，使用科瓦来实现玻璃到金属的密封。图1.7显示了一个用铅密封的MIM零件的例子。这种设计通常每件售价30美元。

图 1.7 密闭的Kovar微电子封装，附有玻璃金属密封引线。组件由Yimin Li提供。

航空航天应用存在较小的超级合金体，如IN 625、713、718、723或哈氏合金X，其提供的高细节、良好的表面光洁度和形状的复杂性对军事和商业应用有经济上的吸引力。

在这些公司中，大多数都是采用MIM。图1.8给出了366家PIM公司的年销售额分布。该图显示，几乎一半的公司规模较小，年销售额低于100万美元。这是一个大致以三倍的步长为基础的划分，从10万的小公司开始，增加到显示5家超过3000万美元的PIM公司。

图 1.8 全球MIM公司的销售分布图，显示模式规模在年销售额100万至300万美元之间，超过一半的公司年销售额低于100万美元。

1.11 生产复杂性

统计数据显示，MIM作为一种净成形技术，正处于早期的成熟阶段。北美地区约有90%的公司完全符合ISO9000/9001/9002中的一种，约有25%的公司不符合ISO14000的要求，但近60%的公司没有这方面的打算。有几家公司已经加入了汽车标准，但很少有公司获得AS 9100 B的认证。有几家公司符合医疗设备所需的ISO 13485良好生产规范，但只有少数公司达到了植入物所需的标准。

另一个观点是，从销售分布来看，基于年销售额的前10%的公司控制着大约60%的销售额，显示出较高的每个全职员工的销售额（略低于30万美元/全职员工），每个成型机（150万美元），每个炉子（320万美元），并普遍设定了生产力的基准。另一方面，本报告中列出的50%的公司年销售额为100万美元或更少，并拖累了所有的行业统计数据。

与其他几种金属加工技术相比，MIM的主要参与者规模较小。图1.9给出了PIM行业的复杂程度。第0阶段的企业处于评估状态，主要是试图确定是否有业务上的契合点，例如可能是一个寻求材料多样化的塑料成型商。第1阶段的企业没有严重的销售，可能正在建立或关闭，或闲置着技术。MIM行业的很大一部分都处于这种情况。少数人将成长为重要的参与者。其他公司已经涉足多年，但从未找到客户和技术的正确组合。在MIM中出现的大约150家公司符合这一类别，他们贡献了大约4200万美元的销售额（大约每家公司每年25万美元）。

图 1.9 柱状图显示了基于运营特征的MIM行业的相对复杂性。

第二阶段的公司更认真地做业务，一般都是与几个模具商一起经营，并推动业务的发展。这一组一般在一到两班之间，由略多于100家公司组成，做了大约1.16亿美元的销售。

第三阶段的企业在销售中占主导地位，由略多于100家企业组成，销售额略低于7亿美元（每家企业700万美元）。这些是牙科和枪械方面的自营业务以及主要的定制。

大多数第二阶段的公司都通过了ISO审核，但只有较大的公司符合航空航天、汽车或医疗的质量标准。

1.12 总结

自1986年收集第一份销售统计数据以来，PIM领域表现出了巨大的增长，当时全球的销售额为900万美元。今天，MIM是PIM的主导形式，近年来每年保持14%的增长。近来，MIM公司的数量没有太大的变化，但规模和复杂程度都有很大的增长。对于MIM能在多大程度上和多长时间内维持增长，已经有了各种估计。这些知情的估计平衡了成本、能力和竞争因素，但普遍认为MIM将再次翻番，到2017年达到20亿美元的年销售额。在那之后，将需要大幅削减成本。不幸的是，整个行业的研究和创新似乎都很缺乏。研发人员、出版率、专利率和其他领先指标警告说，MIM在2005年左右达到了创新的高峰。当代的概念表明，专利活动通常是商业销售和利润的最佳领先指标；因此，在此基础上，MIM达到其增长终点的早期警告。增长结束的另一个症状来自于这样一个事实，即大多数行业的研发工作都转向了降低成本、提高质量、改进尺寸控制和改进杂质控制，而不是创新。这些短期收益不会抵消对新材料、新产品和新应用的长期需求，而这正是维持MIM年销售额达到20亿美元所需要的。