2026年机械行业“人形机器人的Optimus时刻”系列（十二）：粉末冶金&MIM，近净成形，精铸未来

PM 与 MIM 的工艺内核

（一）粉末冶金的工艺本源

粉末冶金主要包含 PM 和 MIM 两种工艺。粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末（或 金属粉末与非金属粉末的混合物）作为原料，经过成形和烧浇，制取金属材料、复合材 料以及各种类型制品的工业技术。广义的粉末冶金制品业涵括了铁石刀具、硬质合金、 磁性材料以及粉末冶金制品等。狭义的粉末冶金行业是指粉末冶金制品，包括粉末冶金 零部件、含油轴承和金属注射成形制品，其中粉末冶金零部件占绝大部分。

传统的粉末冶金，简称 PM（Powder metallurgy），即单轴向刚性模具压制成形法，是当 前粉末冶金工业普遍采用的方法。该方法主要通过将混合物压实在模具中，然后在可控 熔炉中经过烧结以冶金的方式粘合颗粒。其特点是材料利用率高、能耗低，可一次成形 复杂形状，特别适合大批量生产稳定一致的结构件。粉末冶金广泛应用于汽车、电动工 具、家电、小型电机等领域，但受限于内部气孔，其密度和强度通常低于锻造与机加工 的全致密金属件。核心工序如下： 1）模具设计是工艺的起点，核心在于以最优成本实现坯件的精密几何形状、均匀密度分 布及表面质量，直接决定产品精度与效率，是连接产品设计与后续制造的关键环节。 2）成形环节通过压机将粉末压制成坯，常温成形密度可达 6.85 g/cm³以上。其中 温压成 形技术 将粉末与模具加热至 120-150℃进行压制，可将密度进一步提升至 7.1 g/cm³以上， 显著增强产品力学性能，是提升性能的关键工艺路径。 3）烧结是赋予材料最终性能的决定性步骤。压坯在 1120-1250℃的可控气氛（如丙烷-氨 气混合气氛）中进行热处理，粉末颗粒间发生原子扩散与冶金结合，从而获得所需强度 与硬度，并能部分修正成形阶段的缺陷。 4）后处理为最终性能调整与增值环节。通过渗碳、油浸、喷砂、振动研磨等表面处理工 艺，可针对性提升零件的耐磨性、耐腐蚀性、疲劳强度等性能，以满足不同应用场景的 特定需求。

金属注射成形（Metal Injection Molding，简称 MIM）是在传统粉末冶金工艺基础上发 展而来的升级技术。它创造性地融合了塑料注射成形的高度设计自由与粉末冶金的材料 性能优势。通过将微细金属粉末与专用粘结剂制成具有流变特性的喂料，MIM 可一次成 形具有复杂三维几何形状、薄壁结构和精细特征的近净形零件，突破了传统粉末冶金因 单向压制和脱模限制带来的设计约束。该工艺不仅继承了粉末冶金材料利用率高、适合 批量生产的优点，其力学性能显著超越传统粉末冶金件而接近锻件水平。

金属注射成形（MIM）的核心工序是由混炼、注射、脱脂和烧结四阶段构成的精密工艺 链。 1）混炼工序将微细金属粉末与高分子粘结剂在特定温度与剪切条件下均匀复合，形成具 有稳定流变特性的注射喂料，其均匀性直接决定后续工艺稳定性与最终产品性能。 2）注射成形阶段将喂料注入具有复杂三维结构的模具型腔，在精密温控与压力控制下一 次性形成具有精细几何特征的生坯，这一过程实现了传统机加工难以企及的结构自由度 与成形效率。 3）脱脂工序通过热分解或溶剂萃取方式逐步去除生坯中占比较高的有机粘结剂，形成保 持原状的棕坯，此阶段需要精确控制脱脂速率以避免产生缺陷。 4）最终烧结阶段在受控气氛的高温环境中实现粉末颗粒的冶金结合与致密化，通过原子扩散机制消除残余孔隙，使制品达到接近理论密度的机械性能，同时通过精密收缩控制 保障尺寸精度。

（二）PM 与 MIM 的工艺博弈

粉末冶金（PM）与金属注射成形（MIM）是粉末冶金技术中两类差异显著且互补的成形 工艺，二者在工艺路线、原料特性、产品性能及适用场景上存在结构性差异。 1）工艺本质与维度差异： PM 属于“二维压制”成形，依赖刚性模具单轴向压制实现金 属粉末初步成形，后期仍需一定机械加工；MIM 则为“三维注射”成形，通过将精细金 属粉末与粘结剂混合的喂料注射入模具，可一次实现复杂三维结构的一体化近净成形， 后续机加工需求极少。 2）材料与性能表现：PM 通常使用粒径大于 50 微米的粉末，成品密度相对较低；而 MIM 需采用 5-30 微米的微细粉末以保障注射流动性，并通过完全致密化烧结获得远高于 PM 的成品密度与强度，产品性能更接近锻件。 3）经济性与适用规模： PM 模具成本相对较高，但原料成本较低，适用于重量覆盖 1 克 至 2 公斤的中大型零件；MIM 模具成本相对较低，但因原料精细化与工艺复杂化，单位 原料与能耗成本较高，更适用于 0.1 克至 250 克、结构复杂且对精度与强度要求极高的 大批量小型零件生产。 4）应用领域分布： PM 广泛适用于对结构复杂度要求不高的工具、家电及汽车零部件等 领域，是传统粉末冶金市场的主力工艺；MIM 则在高复杂度、高精度、高强度场景中展 现独特优势，尤其适合工具、汽车、医疗器械及消费电子中具有三维复杂特征的关键功 能件制造。

（三）MIM 工艺的优中选优

传统金属加工技术（如冷镦、锻压、冲压）在加工二维或结构简单的零件时具备效率与 经济性优势。但面对具有复杂三维几何形状的产品时，其成形能力与加工精度存在显著 局限。数控加工（CNC）虽在工艺自由度与精度控制上表现优异，无需专用模具，却因 材料去除率高而导致原料浪费严重，且在加工超小型、高复杂度三维零件时面临效率低 下、产能受限与成本高昂的挑战。 相比之下，金属注射成形（MIM）凭借其“近净成形”的工艺本质，在材料利用率、结 构自由度与批量制造经济性之间实现了更优平衡。该技术可高效成形具有精细特征、复 杂三维结构的金属零件，几乎不产生加工废料，特别适用于大批量、高一致性、高复杂 度精密零部件的生产。这一综合优势使 MIM 在复杂精密金属构件的制造领域中，形成了 区别于传统加工与数控加工的核心竞争力。

MIM 在成本控制和综合效益方面的优势愈加明显。对于结构复杂的金属零件，传统制造 工艺往往采用分件加工再组装的模式，这不仅增加了工序环节，也相应提升了累计加工 成本与装配成本。相比之下，金属注射成形（MIM）通过一体化成形工艺，可在单个模 具中实现复杂结构的整体成形，简化了加工流程，显著提升了工艺经济性。更重要的是， 传统工艺的成本往往与零件复杂度呈正向关联，而 MIM 工艺则通过提升模具设计的复杂性，将单位成本控制在一定范围内。因此，随着零件结构复杂度的提升，MIM 在成本控 制和综合效益方面的优势愈加明显，尤其适用于对集成度、精度和成本均有较高要求的 精密复杂零部件制造。

总的来看，MIM 核心优势如下：

1）成形能力突出，可实现高度复杂零件的一体化制造

MIM 技术在三维复杂结构成形方面具备独特优势，其设计自由度远超传统金属成形工艺 （如冲压、锻造、机加工等），可与塑料注射成形相媲美。利用该特点，MIM 可将多个金 属零件整合为单一结构件，大幅减少装配环节，降低整体制造成本。

2）材料利用率高，尤其适合贵金属加工

MIM 作为一种近净成形工艺，零件成形后已接近最终形态，加工余量极小，材料利用率 显著高于传统切削加工。这一特性在加工贵金属时尤其具有经济意义，可有效控制原料 损耗。

3）组织均匀、致密性高，综合性能优异

MIM 采用流体均匀填充机制，粉末在粘结剂作用下实现微观均匀分布，烧结后密度可达 理论值的 98%以上。高致密性带来材料强度、韧性、延展性及电磁性能的全面提升。相 比之下，传统粉末压制件受摩擦力和压力分布不均影响，密度通常 85%左右，组织存在 孔隙与不均匀现象，制约其力学性能。

4）生产效率高，适合规模化量产

MIM 依托注射机进行成形，具备高速、自动化生产特点，生产周期短，重复性与一致性 强，为大规格、大批量工业制造提供了可靠支撑。

5）材料适应性强，应用领域广泛

MIM 原则上适用于所有可烧结的金属粉末体系，涵盖难加工材料、高熔点合金及各类功 能材料，如不锈钢、工具钢、镍基合金、钛合金、硬质合金、磁性材料、精密陶瓷等，从而在高端制造与特种材料领域展现出广阔的应用潜力。

MIM 在“复杂度-精度-性能-成本”多个维度上实现了较优平衡。MIM 工艺可覆盖重量 0.01 至 250 克、壁厚 0.2 至 10 毫米的零件范围，具备高复杂结构成形能力与优良尺寸精 度（公差＜0.3%），表面粗糙度控制在约 1 微米。在性能层面，MIM 制品致密度高达 98% 至 99%，强度保持率超过 97%，远超传统粉末冶金工艺，接近或部分达到精密铸造水平。 其兼具高产能与成本优势，在大批量生产中体现规模经济性，同时材料适应范围广泛， 涵盖多种难加工金属与特种合金，为高复杂度、高性能要求的精密零件提供了区别于传 统机加工、粉末冶金及精密铸造的差异化技术方案。

MIM 适合于大批量、小型化、结构精密且具有复杂三维几何特征的零件制造。 1）从尺寸与重量维度来看，MIM 工艺最具经济价值的零件重量通常低于 50 克，典型范 围在 10–15 克之间，最大不宜超过 300 克；尺寸方面，典型零件在 25 毫米左右，上限一 般不超过 150 毫米。尺寸过大将导致绝对公差随比例放大，可能超出设计允许范围或需 二次加工，从而削弱工艺经济性。 2）在结构特征上，MIM 擅长成形具有外部切槽、螺纹、锥面、交叉孔、盲孔、加强筋、 滚花等复杂三维几何形状的零件。若结构较为简单，传统冲压、锻造或粉末冶金往往具 备更优的成本效益。 3）从量产角度，MIM 依赖于专用模具，前期投入较高，因此要求生产批量达到一定规模 方可实现经济性。通常建议年产量在 10 万件以上，以分摊模具及工艺开发成本，发挥其 规模化制造优势。

消费电子技术演进增加对 MIM 零部件需求。随着智能手机、智能穿戴设备等消费电子 产品向高度集成化、轻薄化方向持续发展，其内部精密结构件的设计空间日趋紧凑、形 态日趋复杂，对金属零部件的集成度、精度及力学性能提出了更高要求。MIM 工艺正逐 渐成为消费电子领域核心金属结构件的主流制造方案之一，包括音量支撑件、电源支撑 件、摄像头支架、电源接口件、SIM 卡拨杆、穿线套筒、插头等。未来，随着可穿戴传 感、折叠屏铰链等新技术形态的演进，MIM 在高端消费电子零部件制造中的应用深度与 广度有望进一步拓展，推动精密制造向更轻、更薄、更强、更集成的方向发展。

MIM 在电动工具制造领域具有广泛且关键的应用，尤其适用于对强度、耐磨性和批量稳 定性要求较高的传动部件与结构件。针对具有复杂齿形、异形孔及多台阶结构的齿轮、 链轮、偏心轮、夹头套筒等核心零部件，MIM 在保证尺寸精度与一致性的同时，显著降 低材料损耗与后加工成本。此外，通过选用适宜的粉末材料与工艺参数（如添加铜、镍 等合金元素或进行表面浸渍处理），可进一步提升零件的力学性能、耐磨性和自润滑特性， 满足电动工具在高负荷、高频率工作环境下的可靠性与耐久性需求。随着无刷电机、轻 量化与智能化趋势的发展，MIM 也将在轻质高强结构件、减速机构、散热组件等新兴领 域持续拓展其技术价值。

MIM 在汽车领域展示出强技术适应性与产业化前景。MIM 技术尤其擅长生产结构复杂、 尺寸精密且兼具材料功能性的小型部件，例如用于提升发动机效率的涡轮增压器涡芯与喷嘴环、保障燃油控制精度的喷油嘴阀座、提升变速箱换挡平顺性的同步器齿毂，以及 各类传感器外壳与连接件等。通过近净成形工艺与灵活的材料组合能力，MIM 不仅实现 了复杂结构的一体成形与材料的高效利用，更在性能层面支持部件在高温、高压及高磨 损环境下的稳定工作。随着电动化与智能化趋势的深入，该技术在电驱系统精密构件、 车载电子封装部件及轻量化结构组件等领域，展现出持续拓展的技术适应性与产业化前 景。

编辑：火腿肠