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漫談精微成形技術系統發展之主要面臨問題

經濟部技術處ITIS計畫/

金屬中心 產業分析師 陳仲宜

精 微成形是指利用材料的塑性變形來生產至少在二維方向上尺寸處於毫米等級以下零件的技術，工業上普遍應用的則是多為10㎜以下範圍內的成形加工。作為20世 紀80年代後期所發展起來的一門新興技術，精微成形已經廣泛參與到手機、MP3、硬碟、數位相機、助聽器等產品的微小化浪潮當中，應用於生產這些產品的微 型螺栓、彈簧、連杆、IC 插槽、引線框等微小金屬部件。

一、 精微成形系統的核心技術

精微成形技術具有製造速度快、成本低等優點，適合大量生產，是微細製造相當重要的技術，其技術核心主要包括材料、模具、檢測及環境等，分別說明如下：

1. 精微成形材料

由於尺寸縮小，材料的各種微觀性質發生了變化，不能再用巨觀的理論模型來解釋微成形過程中材料的變化。因此，需要透過實驗來研究微成形過程中材料晶粒、表面晶粒與內部晶粒尺寸，以及材料各異向性等性質的影響，建立精微成形系統的理論模型。

2. 精微模具的製造

雖 然目前已經成功研製出了一些微模具，但是微模具的製造仍是制約微成形技術發展的一個重要因素。因為實在難以創建那麼小的加工輪廓線，特別是要求光順飽滿表 面品質的擠出模更難製造。另外，這還跟加工機器的微型化有緊密的關聯，如在傳統加工中可以忽略的車床零組件之間的間隙及齒輪之間的間隙，可能會嚴重影響零 件生產的精密性。

3. 檢測裝置

微成形技術對檢測技術的發展也是一個極大的挑戰。現代檢測技術都十分複雜，如何高效、準確的檢測精微成形中的變化量，是精微成形系統的另一個研究方向。

4. 工作及儲存環境

如此小的尺寸和微米級的公差，對零件的加工和儲存環境也提出了高度要求，這又是對精微成形系統的一個重大考驗。

二、 精微成形製程的發展所面臨的問題

經 過各國數十年的研究及發展，目前精微成形技術已取得了一些令人矚目的成果。但要把該技術應用到實際工業生產中，還有一系列問題和技術需要得到解決。目前精 微成形製程的發展可能會面對的問題可分為4部分，詳如【圖1】。當模具與工件尺寸縮小時，相對材料內部的微結構與表面粗糙度、系統震顫和材料尺寸等級相 當，因此材料的各種機械性質、成形特性等都會和巨觀下的材料表現不同，在傳統金屬成形製程中容易被忽略的因素，在製造微小元件的時候可能會對材料的成形性 造成極大的影響，此通稱為尺寸效應(Size Effect)，基本特性的研究對於未來精微成形實際製程中成品成形性與參數的控制甚為重要。另一方面，高精密度的模具加工技術以及高精度定位或搬運裝置 的開發，亦是相當重要的研究發展方向。

圖 1 發展精微成形技術將會遇到的問題

資料來源：金屬中心ITIS計畫整理

三、 結語

人 類正處在一個微小化革命的時代。儘管微成形技術的發展僅僅經歷了十幾年， 但卻已顯示出其巨大的生命力。在2000年，日本的一個研究小組提出了一個桌面加工微型工廠，它代表了精微成形技術發展過程中的一個里程碑。而隨著 MEMS、MST技術迅猛發展和產業化的進程，以及微型零件在醫療、航太、電子領域的廣泛應用，相信在不久的將來，生產速度和材料利用率高的特點必將使精 微成形技術在工業生產中佔據更加重要的地位。
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