20150919 奈米成形技术的过去现在与未来

1、1奈米成形技术的过去,现在与未来The Past, Present, and Feature of NMTNMT过去、今未来2015.9.19 V1.1:东莞成铭电子以NMT技术成功的量产世界第一支智能手机不锈钢手机背盖产品照片取自HTC, 20092申明 本文引用的照片和资料,部分取自台湾晟铭电子/东莞成名电子/台湾昱捷/日本大成化成, 均为属该公司所有, 如需引用需事先沟通并注明出处 请勿任意转移商业用途3人類的夢想實現 - 異種材質的結合Joint technology of different materials which is a dream of human.人類夢実現-異種素材

2、結合 金属Metal高分子/塑料Polymer/Plastic陶瓷Ceramic复合材料Compound4为实现人类的梦想而努力Efforts to achieve the dream of human人类梦努力実现感谢成富正德先生(奈米成形技术发明人) - 日本日本大成化成株式会社台湾昱捷科技股份有限公司(大中华区代理)台湾晟铭电子科技股份有限公司/东莞成名电子有限公司(第一个智能手机采用奈米成形技术的量产工厂)台湾宏达电,华人手机率先采用NMT技术的勇氣5模仿與創新都是一種能力, 但必須正視歷史模仿而改良的更好, 就是創新 中國, 世界工廠的幾個蛻變l 手錶/電子錶l BB Call (電

3、子呼叫器)l 電子寵物(電子雞)l 無線話機 /手機l 智能手機l 穿戴裝置/智能手錶6lNMT的過去lNMT的現在lNMT的未來内容78什么是中日奈米成形技术最大差異？鋁合金鋁/鎂/鈦/銅不鏽鋼較大等級奈米孔(或微米)需要利用注射塑速度或中間介質(僅能處理鋁合金)國產技術大成技術較細等級奈米孔中間介質為T處理劑(不同金屬不同T劑)T劑特定膠水或不需要500nm50nm9NMT的過去什麼是奈米成形技術？10什么是奈米成形技术？NMT = Nano Molding Technology奈米成形技术是一种用于金属与塑料的结合技术。对于您的客户提出产品外壳需要以外部有金属表现、内部有复杂结构、重量轻

4、的需求，奈米成形技术是目前最好的解决之道，用以取代塑料嵌入金属射出、锌铝及镁铝压铸件。以奈米成形技术，可以提供一个具有价格竞争、高性能、轻量化的金塑整合性产品。金属制品T处理模内注塑成形内侧塑料结构金属外观面11技术关键重点“T”为大成的英文名字Taisei的字首T处理简介1-碱洗脱脂/奈米层2.酸浸泡奈米层演化3.T剂浸泡奈米接合物质IV.水清洗稳定反应12奈米孔洞的成形基理T处理的关键两个酸处理程序如左: 1st Cycle碱的浸泡碱的浸泡(边界层形成边界层形成)3rd Cycle弱酸的浸泡弱酸的浸泡N Cycles开始开始酸制程主要目的就是形成”珊瑚礁”结构的奈米级大孔洞小孔洞并将T剂保

5、留于孔洞中，排除其内的空气。氧化物颗粒去除氧化层与奈米反应层T剂浸泡：侵蚀大洞壁上小的洞2nd Cycle强酸的浸泡强酸的浸泡13以铝合金为例的显微结构T处理之前的图像T处理之后的图像金属底材的SEM照片 这个放大的铝合金显微结构看起来好像凹凸不平是因为放大倍率很高其实这是一片一般提供用来冲压的5052A铝片。注意到微尺刻度显示1m又被分为10格每一小格为1/101m=100nmSEM:扫描式电子显微镜(Scanning Electronic Microscopy)有许多的奈米小孔(2040nm)形成在奈米大孔(100300nm)的墙壁上此照片事先将T液清洗干净并烘干后镀金使用电子扫描式显微镜

6、拍摄方能照出奈米等级照片。14可用的工程塑料: PPS/PBT/PA-66 & PPA(Nylon)脂氨酸膜 T剂的重要性金属底材脂氨酸动作路径塑料高分子动作路径1.在氧化層上創造奈米孔2.填充奈米孔, 去除空氣3.與工程塑料反應15脂(工程塑料)与胺(T剂)的反应造成的锚栓效应即使有能力制作出表面具有奈米孔洞的金属基材，塑料却无法射进去如此小的奈米孔洞(无法排气且可能产生包风)，根本就没有结合能力，塑料结构立即脱落。有T处理剂的酸蚀后之金属基材，塑料射入产生脂与胺的反应，两者进行交换并融合，奈米孔洞中很快就被两种反应物“占满“，塑料结构立即产生锚栓效应紧固在金属上。注射包封现象(包风

7、,空气陷入 )16两种NMT典型的锚栓效应(Anchor bolt effect)可塑性工程塑料材料(如下图绿色)，透过高压或化学反应进入另一底材(蓝色或浅蓝色)构成的孔洞，产生如船锚抛入水中栓住底材的效果，称之为描栓效应。底材具有两相的硬颗粒底材仅具有单相鋁合金鎂合金鈦合金銅合金鐵合金17将奈米成形技术成形的铝合金 PPS塑料结构横切面制作SEM照片塑料侧: PPS金属侧: 5052铝合金金属和塑料交界面剖析(1) 5052铝- PPS18明视野图像暗视野图像成份分析-铝(Al)元素成份分析-碳(C)元素成份分析-氧(O)元素工程塑料侧工程塑料侧工程塑料侧工程塑料侧工程塑料侧铝金属侧铝金属侧

8、铝金属侧铝金属侧铝金属侧金属和塑料交界面剖析(2) 5052铝- PPS日本东北大学以电子穿透显微镜(TEM)精确的分析NMT的金属与工程塑料界面，证明铝金属表面被工程塑料(碳成份)植入并形成混合体。19以强酸腐蚀金属后拍摄残留的塑料侧之SEM照片酸蚀后的铝金属已经几乎被去除干净可以很明显的看到塑料结构形成球状很类似水滴的形状(产生倒钩颈部小头部大)。数以万计的水滴结构可以确定使金属和塑料产生强度很好的结合。水滴状(颈小头大)金属和塑料交界面剖析(3) 5052铝- PPS20NMT失效的现象金塑接合位置脱胶日本在中国技术移转故意保留?NMT注射缺陷產生的细节注射机螺杆和模具压力感测形式不对的

9、注射机螺杆,目前大都以ABS/PC的传统螺杆, 没有正确的压缩比工程塑料专用螺杆还要设计必要的塑化排气 金属件的平整度和厚度平整度越好/厚度越厚的金属件,沾粘性绝佳模具排气设计,注意到是放入金属件后,注射工程塑料于金属表面的排气模具内没有装置压力传感器,无从得知注射品质(关键:注射压力是否传达到模具的每一个角落)21NMT的現在夢想的實現 功能性的电装外壳22功能性的电装外壳必须具备的条件结构坚固且质量轻,材料的强度/重量比要求高比热高,热传导速度要快,容易吸热与散热抛旋旋光性高,容易抛亮并保持高度金属光泽具有天线接地功能能够让无线信号发射与接收外观 色泽选择性多表面耐刮,抗水/防锈/抗菌/抗

10、敏感 异种材质接缝防水/防尘,结合强度必须高23在金属件上形成各种塑料结构各种形式的塑料结构仅有工程塑料可以使用在NMT结构的塑料包含: PPS/PBT/PA-66 & PPA(Nylon)泛用塑料是不能用在这个制程包含: ABS/PC/PMMA/PS.等，还有一些工程塑料如LCP, PEEK也没有办法，主要是这些塑料不含有可反应物质PPS塑料铝合金底材在金属件上射出成形各种可能用到的塑料结构24NMT的優勢與限制 限制 大的零件費用高 5種金屬合金限制：鐵鋁鎂鈦與銅合金 3種塑膠材料限制 : PPS, PBT & NYLON (PA/PPA) 金屬與塑膠之間的受熱膨脹變形考量

11、 優勢 降低產品的整體厚度與高度 減少產品整體重量 強度優異的機械結構 金屬底材加工速度與產出高(沖壓成形法) 更多的外觀裝飾方法選擇 更高的結合可靠度(比起膠合技術)25 蓝色字体为目前UNEEC已经量产过的稳定材质其余材质可测试(与日本原厂配合) 金属类1.铝及铝合金：10007000 series and ADC-12 (压铸件)2.镁及镁合金：AZ-31B and AZ-91D3.不锈钢系列：SUS-304, 316, 316L以及其他铁系列合金4.铜及铜合金：C110, C1020, C5191, KFC5, CAC16,and KLF1945.钛及钛合金：KSTI and KS40

12、塑料类 PPS -黑色 PBT 黑色与米黄色 PA (Nylon尼龙) black color. And , PPA is for multi-colors为了防止塑料的膨胀收缩速度高于金属会添加部份的纤维如玻璃纤维碳纤维等使塑料材料的热膨胀收缩与金属相近NMT适用的材料26金属件材料专用胶水工程塑料结构泛用塑料结构金属零件内侧基线奈米成形技术的处理深度低于1000nm以下，属于由基线向下的蚀刻处理，因此对于材料表面没有影响之虞。NMT成形法一般注塑成形件沾黏或模内注塑传统胶沾黏法，必须于金属内侧表面涂上至少15um的专用胶水，然后黏贴或是以模内注塑塑料结构件薄件设计与竞争制程相比较27NMT

13、的未來組合式/輕量化的拓展應用28CMP (Combo Mechanical Parts) concept for LSP (Light Structure Parts) Metal piece1N piecesDifferent materials available (five major alloys)Plastic/resinFiller of IMP structureBonding material of IMPCu alloySUS-316Al alloyPlastic/resinMg alloyAl alloyAl alloyThe same features as the p

14、art may include various kinds of metal parts.29ECU (Engine Control Unit) pack Weight reducing of the ECUOriginal design : Die-casting case ADC12 New design : Sheet metal case Copper sink for cooling 30ECU (Engine Control Unit) pack by NMT process31Chair for Transporter with LSP - I 提示: 高鐵與動車的座椅32Cha

15、ir for Transporter with LSP II33煞车踏板/制动踏板Brake空气导流罩Air ducts进气阀门阻尼件Bonnet damper parts车门Door天棚/顶棚Roof头灯支架Headlamp parts保险杆表面Bumper surface materials冷却件Cooler parts其他OtherLSP applicationFrontend Concept Study Pedestrian Protection34Bonnet frame change to LSP by NMT35Brake assembly (煞車踏板) change to LSP36Door assembly change to LSP37Roof frame change to LSP38Motorbike skeleton change to LSP39Riveting process of sheet metal change to LSPTop sideBottom side40Al pipe assembly without welding process41Al skeleton assembly without ri