上海證券等機構(gòu)最近指出，金屬粉末注射成型技術(shù)(簡稱MIM)或成為人形機器人下一個可行的發(fā)展新方向。

研究認為，MIM在消費電子、汽車工業(yè)?領(lǐng)域應(yīng)用已經(jīng)漸趨成熟，未來隨著人形機器人、AI終端設(shè)備、智能穿戴設(shè)備、高端制造等行業(yè)發(fā)展和升級，對高精度、高復(fù)雜性、高強度等零件需求進一步上升，MIM在精密、復(fù)雜、關(guān)鍵零部件生產(chǎn)中的優(yōu)勢將得以進一步凸顯，這使得MIM工藝或迎來藍海市場。部分研究機構(gòu)稱，特斯拉、宇樹、智元都采用了MIM工藝。

▍MIM工藝能用在機器人哪些地方？

MIM是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)引進粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈型成型技術(shù)，其基本工藝過程是首先將固體粉末與有機粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(～150℃)用注射成形機注進模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到終極產(chǎn)品。其生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)件（金屬結(jié)構(gòu)零件）具有小型化與輕量化、結(jié)構(gòu)特性強、尺寸精度高，表面質(zhì)量優(yōu)異等特點。其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)療器械、辦公設(shè)備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵器及航空航天等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。

MIM復(fù)雜結(jié)構(gòu)的一體化成型能力是多家研究機構(gòu)看好的關(guān)鍵。因為MIM通過“粉末+粘結(jié)劑→成型→脫脂→燒結(jié)”的閉環(huán)工藝，可制造傳統(tǒng)機加工難以實現(xiàn)的三維復(fù)雜結(jié)構(gòu)。例如內(nèi)部通孔、盲孔、交叉孔、深腔、薄壁（可至0.2mm）、內(nèi)外螺紋、齒形、凹槽、凸臺等細節(jié)，整體成形多組件集成結(jié)構(gòu)（減少后續(xù)組裝工序），類似帶鑲嵌件的復(fù)合結(jié)構(gòu)、三維曲面異形件等，MIM都可一次注射成形，可制造出傳統(tǒng)工藝難以實現(xiàn)的超薄壁厚、微小孔洞以及各種異形結(jié)構(gòu)，大幅簡化生產(chǎn)流程。例如精研科技為智元機器人開發(fā)的靈巧手齒輪箱總成，單機價值超4000元，通過MIM技術(shù)實現(xiàn)了高精度傳動組件的集成化制造。

其次，MIM通過微米級金屬粉末與粘結(jié)劑的混合喂料實現(xiàn)近凈成形，在工藝上可適配高強度材料，可適用于包括鐵基合金、鈦合金、液態(tài)金屬以及軟磁復(fù)合材料在內(nèi)的豐富材料體系，從而能夠靈活滿足不同零件對強度、硬度、耐腐蝕性及磁性等性能的多樣化需求，同時通過拓撲優(yōu)化設(shè)計實現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重，部分材料燒結(jié)后表面Ra值可低至1.6~3.2μm，密度超98%，性能接近鍛造件?，而且無需或僅需少量后續(xù)拋光即可滿足裝配或外觀要求，減少機加工量，在人形機器人領(lǐng)域可用于制造關(guān)節(jié)、傳感器等關(guān)鍵部件，能幫助人形機器人整機實現(xiàn)材料性能與輕量化的完美平衡。例如，有分析認為諧波減速器柔輪采用MIM工藝后，厚度能進一步下降，同時相比傳統(tǒng)鋼制件減重，但仍保持較強的抗拉強度，滿足機器人關(guān)節(jié)高壽命要求。

因為MIM工藝主要通過模具精密控制成形，后續(xù)燒結(jié)收縮均勻，工藝特性決定了其結(jié)構(gòu)件尺寸公差小、精度高，質(zhì)量相對優(yōu)異，而且經(jīng)過3D建模后，MIM工藝還能支持中空結(jié)構(gòu)設(shè)計，如人形機器人連桿通過內(nèi)部蜂窩狀拓撲優(yōu)化，在保持剛度的同時減重，這種特性特別適合生產(chǎn)小型精密結(jié)構(gòu)件，例如φ10mm的軸類零件，公差可控制在±0.01mm，在保證強度的同時可設(shè)計薄壁、中空結(jié)構(gòu)實現(xiàn)輕量化與小型化，業(yè)界已經(jīng)有企業(yè)指出，使用MIM技術(shù)生產(chǎn)的微型齒輪具有模數(shù)小、強度高、設(shè)計自由度大、成型成本低等優(yōu)點，能制造傳感器支架、軸承保持架、連接器等，這使其在靈巧手指驅(qū)動齒輪和仿生手手指連接結(jié)構(gòu)件等應(yīng)用場景中具有良好的發(fā)展前景，在機器人領(lǐng)域的應(yīng)用已進入量產(chǎn)驗證階段。

▍猶存的問題

MIM雖然在多份研究報告中展現(xiàn)出了驚人的特性，但歸根結(jié)底仍然屬于新技術(shù)，人形機器人市場正從研發(fā)試產(chǎn)轉(zhuǎn)向商業(yè)化落地，量產(chǎn)需求不大。MIM工藝局限于綜合模具開發(fā)成本較高，單套模具成本可達數(shù)十萬元，目前僅在3D電子等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用，且由于MIM技術(shù)的生產(chǎn)流程包含混煉、注射、脫脂、燒結(jié)等多道精密工序，其中脫脂和燒結(jié)環(huán)節(jié)耗時較長，脫脂需數(shù)小時至數(shù)天，燒結(jié)需數(shù)小時，這使得MIM在小批量生產(chǎn)時單位經(jīng)濟性不足，對于產(chǎn)品迭代速度快、設(shè)計可能頻繁更改的研發(fā)階段人形機器人來說，是巨大的風(fēng)險和沉沒成本。

預(yù)計人形機器人在銷量未達到一定規(guī)模前，MIM工藝的單件成本難以攤薄，本質(zhì)上MIM工藝其實更適合年產(chǎn)量10萬件以上的規(guī)?；瘓鼍?，或者早期應(yīng)用于人形機器人的小批量定制化部件生產(chǎn)。相比之下，CNC加工、3D打印技術(shù)雖然單件成本高，但沒有模具費，非常適合小批量試產(chǎn)和迭代。

不僅僅是性價比，人形機器人關(guān)節(jié)需承受高頻運動和循環(huán)載荷，對MIM零件的疲勞強度提出嚴苛要求，雖然MIM燒結(jié)后的致密度可達96%-99%（接近鍛件水平），但粉末均勻性、脫脂殘留等因素可能導(dǎo)致批次間性能波動，這也導(dǎo)致需要引入微小的尺寸偏差和變形系數(shù)。短期MIM工藝受限于注射機噸位、脫脂和燒結(jié)爐尺寸，更適合制造小型、精密的零件。

同時，雖然MIM可以處理不銹鋼、低合金鋼、鈦合金等，但高性能的特定材料，如某些超高強度鋁合金、7系列鋁合金、某些特殊銅合金的MIM工藝并不成熟或成本極高。人形機器人為了減重，大量使用高比強度的鋁合金，而鋁MIM的工藝難度和性能與傳統(tǒng)壓鑄或CNC相比優(yōu)勢不大，而且可能需要進行二次精加工（如CNC精銑），這又增加了成本和工序，削弱了其“近凈成形”的優(yōu)勢。

▍結(jié)語與未來

綜上所述，MIM工藝在人形機器人產(chǎn)業(yè)的落地存在材料性能、成本經(jīng)濟性、尺寸限制以及與當前產(chǎn)業(yè)階段不匹配等核心局限性，現(xiàn)階段它更可能作為一種補充性工藝，而非主導(dǎo)性工藝，在特定的、適合的小型復(fù)雜零件領(lǐng)域發(fā)揮作用。

在人形產(chǎn)業(yè)發(fā)展小批量、多迭代的當前階段，CNC加工和3D打印或仍將是主流的制造手段。隨著未來人形機器人設(shè)計逐漸固化、產(chǎn)量攀升至百萬級別，且成本壓力日益增大時，MIM工藝在那些形狀復(fù)雜、需求量大且對重量敏感的小型零件上的優(yōu)勢才會真正凸顯出來。同時，其與金屬壓鑄、精密鑄造等工藝的競爭關(guān)系也會更加明朗。

有研究指出，全球MIM產(chǎn)業(yè)規(guī)模約為250億元，中國占比高達55%以上，達到137.5億元以上；部分機構(gòu)預(yù)測，2030年將達到574.9億元，2024至2030年間CAGR為10.7%。