MIM技术革新刀具市场，你知道吗？

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MIM技术革新刀具市场，你知道吗？的图1

■ 耀德讲堂 / 邱耀弘博士

楔子

有道是：「若想得知识，台下十年功；读者要轻松，请花十分钟」，来看看接下来连续8个月Dr. Q的专栏报告，充实一下金属注射成形(MIM)产品的知识。专栏内容会尽量把文字缩减，并放入精彩的图片，最后会在Dr. Q的2023年11月做一个总结。这些产品的内容包含以下：「Part I. 转轴」、「Part II. 缝纫机配件」、「Part III. 菜刀与指甲刀」、「Part IV. 奢侈品牌包的扣件与标牌」、「Part V. 治具与工具」、「Part VI. 高尔夫球杆头配件」、「Part VII. 齿轮」。

Part III. 菜刀与指甲刀

在1972年MIM工艺发明之后，金属零件可以被如塑胶注射一样的制作出来，这引起金属加工与塑胶制品业的不小震惊与骚动！随着MIM技术的推广与时俱进，尤其是最近十年(2012-2022)在移动通的电子产品助攻之下，MIM技术和产品能见度大幅提高，且盛况空前。今天要谈的是现代家庭生活中最不可或缺的三把刀，厨房的菜刀、剪指甲的指甲刀以及最万用的剪刀，相信每位读者都至少有一套，坚硬和锐利是它们的共同特征，自然也免不了被MIM零件制造商看出这个庞大的商机，由于MIM制程可以利用注射成形的方式把硬质材料做到非常接近最终制品的形状与尺寸(Near Net Shape)，自然在普通家庭生活中所用的刀具和工具等，制造者便开始尝试利用MIM制程来制作这些硬质材料的工具。

设计理念

MIM工艺主要利用金属材料的粉末作为起始材料，只要能够制成粉末并且可以被烧结固化的材料，都能采用MIM工艺。当然，并不是所有金属都可以被烧结固化，活性大的金属很难被还原就不适合采用这个工艺（如锂、镁、铝、锌等元素金属与合金）。

幸好，硬质不锈钢420系列是非常容易进行脱脂与烧结，所以它们够借助模具模穴的设计把过去必须依赖铸造、锻造等工艺制作的特征，快速地做出并保留很少的加工余量，以供最终形状或尺寸的确定；此外，不生锈更是硬质不锈钢最大的好处，一扫过去对刀剪工具生锈的印象。因此，在一般生活用品的需要锐利锋口的刀具设计，仅需少量移除MIM制品的锋口特征即能获得最后使用目的，这大幅度的降低了制造成本且缩短加工时间。更特别的是MIM制品比起传统塑胶制品可以制作出不等肉厚的特殊特征，因此品牌商能够设计特殊的造型给自家工具增添更多特色。所以，采用MIM工艺可以满足家用工具设计师们的需求，发挥更多的创想力去创造更多的产品，增添现代化家用工具更广大的应用。

传统使用不锈钢420是有烧结困难的，1970年代日本三菱制粉发明以添加金属铌(Niobium, Nb)可以形成烧结过程的吸碳作用，可以稳定不锈钢420烧结的温度区间，专利已经过期但仍要注意添加铌的成本上扬。

家用刀具

菜刀──单刃刀具

菜刀大概是每个人家里至少要有一把的工具，在国外，厨房中的菜刀可不仅只一把，而是一整套如图1所表示。不同的刀型提供厨师们料理不同的食材，烹煮出美味的佳肴需要好用的菜刀，这是大厨们必备的重要工具。

图1：(左)厨房中的一把刀，通常这是老妈手中最万用的工具，单刀闯天下、万物皆可削；(右)实际上，菜刀只是一个厨房用刀具的大统称，外形不同的各种刀各自适合不同目的与功能

首先被MIM制造厂商看到的商机不是刀具的刃部，而是刀把，刀把提供刀刃与使用人相结合，就如电子商品中常见的连接器(Connector)，如图2所表示，利用金属注射成形的模造特征使得刀把与刀刃连接顺畅的变化，甚至可设计出不同的纹理雕花或如动物的头做为刀把装饰，一端与菜刀刀片焊接后进行开锋刀刃，另一端则装上木头刀柄与防滑的装饰件等。甚至在图1中最右侧小的刀，利用模造外观的特性，整把刀和刀刃、带纹理的刀面、刀把和刀柄都一起注射成为一体的设计也已经被广泛的应用。

图2：(左)MIM注射出的菜刀刀把，上面是420整个刀把生坯；下面二个是刀把头部，这些用MIM注射的零件，右前端会和刀片焊接在一起、左后端则与木材刀柄结合，成为一把完整的菜刀（图片由广东潮艺金属实业有限公司提供）；(右)完整的一把菜刀

MIM工艺提供许多设计可以设计成一体化的结构，当然MIM属于金属加工工艺，也能够组合包含焊接、钻孔、铣削、抛光打磨的后制加工，这给了工具制造者和设计师有很大的动力，在没改变太多的工艺路线上增加了造型的修改，无疑增加产品的特色和美观性，也大大的加大了商机。

指甲刀──普及的双刃刀具

在个人护理上用的刀具大多都是双刃型，主要使用起来比较安全，诸如指甲刀、指甲钳以及剪刀。因为单片刀刃的控制稍有不当，很容易划伤皮肤，因此双刃工具可以控制刀刃的长度以及较短的支点半径，在每个家庭中也是常见的工具，特别是手和脚趾甲的修整，因此这些商机自然也是MIM制造厂商不会错过的，对于饶富趣味的机构设计、外观视觉上的曲线曲面设计、不等肉厚断面变化、足够小的开锋加工范围，也可以闪亮且不生锈以及镀金银色泽，MIM工艺能够提供这些制品的设计师有更好更多的的选择。图3为近几年MIM工艺所制作的各种护理用工具的实绩产品。

图3：(左)在小红书上利用电商网络贩售的MIM工艺制作的指甲剪；(中)用来修剪更坚硬的脚趾甲钳；(右)仿古锻造花的茶艺或剪纸工艺的秀气剪刀，也是MIM工艺做出来的

发剪与毛剪──多刃刀具

还有，各种动物的毛与发，当然包含人类的头发，尤其是男士们的剪发工具。为了能够快速且有效率的整理毛发，设计刀刃运动范围更小、更多刃的发简便问世了，在图4表示的多刃发剪已经流行有数年，这是采用不锈钢420材料制作，搭配一片白色氧化锆（3mol% Y2O3-ZrO2, TZP 氧化钇安定正方晶氧化锆，这是采用陶瓷注射成形CIM工艺制作的），在电机高速运动下形成剪切刃口，刀片刃口没有机会接触皮肤，且与皮肤接触的位置如刀尖、刀背全部都设计成圆角，非常的有效且安全的剪掉毛发不至于伤及皮肤。

图4：(左)不锈钢420以MIM工艺制作的多刃发剪刀片；(右)不锈钢420多刃发剪刀在下方所表示，上面是采用CIM制作的多刃发剪陶瓷刀片，毛发是在两片刀刃之间被剪除

使用这个观念，就有了更大的毛发剪用来作为猫狗毛修剪，甚至是用于剃羊毛的大型羊毛剪，如图5所表示。利用MIM工艺的设计可制作出更安全更有效率的零件，澈底发挥功能造型并保护动物的安全。

图5：MIM工艺也可以制作修剪动物毛发的电动剪刀上

Part III.小结

从家家都有的厨房工具、个人的护理工具到动物毛发的修剪工具，采用MIM工艺设计与制造不单只可简化零件的设计和降低成本，还能够以造型的功能性来提升工作上的效率以及安全性，尤其是需要高硬度且耐磨的不锈钢420材质的扩大应用，这是一项有意义的产品开发。

仍旧要提醒所有MIM制品制造者，制作工具的质量对于工业安全、工作安全非常重要，MIM是一个随时改变人类文明的金属工艺，因此必须考虑到以人本为核心。MIM工业也才发展了50年，仍旧需要很多方向的摸索和尝试，Dr. Q建议大家还是要练好功，毕竟上十台分钟、台下十年功，可不要变成上台十分钟、被笑就不轻松阿！

此文章摘录自ACMT- SmartMolding杂志-(2023/5月刊)

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