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當其他所有材料都令人失望

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maxon 以專門製造高精度驅動裝置聞名全球,但是卻很少人知道這家公司擁有自己的陶瓷和金屬射出成型部門。這裡除了生產陶瓷主軸之外,還為製錶和音樂工業提供特殊零組件。陶瓷是用來強化減速齒輪的極佳材料。這也是 maxon 在 20 年前便在公司內部設立了自己的粉末射出成型部門的原因。如今,一些在此生產的陶瓷零組件甚至被用來提升音樂迷的聆聽體驗。

部門最大的驕傲是獲得了自己的專屬空間。maxon 粉末射出成型部門主管 Andreas Philipp 徑直往新建的牆走,打開門,然後指著房間裡的一臺機器——用來硬加工陶瓷零組件的雷射機。Philipp 表示這架最新購入的戰利品能以 2 微米的精度切割陶瓷。加工壁厚僅 17 微米的彈簧元件的同時還能夠精測確量:這就是該部門能保持領先地位,並更迅速地為客戶提供精密零組件的方式。

陶瓷使用壽命長

知道 maxon 擁有自己的陶瓷與金屬射出成型部門的人數相當少。畢竟這家公司主要以在火星上可靠運行的微型馬達聞名,而在地球上也不遑多讓,例如用於手術機器人、實驗室自動化系統,以及刺青器材等應用。

除了精密驅動模組之外,maxon 還生產控制器、編碼器和尤其是減速機。在某些應用上,減速機必須經過強化處理,或更準確地說,是每個減速機組件,例如齒輪、軸,或是行星架。陶瓷尤其適合用於這類機械升級——畢竟這種材料比鋼質更具耐化學性和更能適應溫度波動,而且非常堅硬。陶瓷軸能夠顯著延長減速機的使用壽命,特別是在間歇啟閉的應用中。有鑑於此,maxon 在大約 20 年前開始自行生產陶瓷零組件。射出成型部門目前約有 45 名員工,其中包括研發人員、應用開發工程師、品管專家和生產員工。

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Andreas Philipp,粉末射出成型部門主管,正展示一根陶瓷主軸。

「當所有其他材料都令人失望時,就會用到陶瓷。」

從馬達到主軸

粉末射出成型專家們隷屬於位於德國南部塞克紹(Sexau)的 maxon 專業減速機製造廠。這個部門所製造的零組件大約有一半會用在 maxon 驅動模組中。線性驅動的陶瓷主軸具有優異的運轉特性且非常耐磨損,因此特別受到歡迎。「我們是唯一一家能夠透過單一窗口為客戶提供馬達、減速機和陶瓷主軸的公司。」Andreas Philipp 表示。開發和生產精密陶瓷零組件的成本並不低。整個過程很複雜,硬加工需要鑽石刀具或是如上述所提的雷射機。所以陶瓷通常只用在非常特殊的需求中,尤其是其他尋常材料無法達到要求的時候。或是換句話說:「當所有其他材料都令人失望時,就會用到陶瓷。」

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硬加工過程中,會對陶瓷進行研磨和噴砂等工序,其中精度公差達微米級。

在火爐內度過兩天

製作過程始於粒狀原料。原料中有一定的黏合劑含量,以便能被注射到模型中。當零組件離開射出成型機之後,它們可能已經過了些許加工。但是,它們和完成的陶瓷成品還沒有太多共同之處。它們叫做生坯,還很脆弱易碎,而且比最終成品大很多。在擁有工業陶瓷的出色特性之前,還需要幾個步驟。首先要在一個化學程序中移除黏合劑。接下來,生坯會被送到火爐中,以高達 1500 攝氏度的溫度燒結兩天。在這個過程中,它們的體積會縮小達 30%。

我們的目標是將公差限制在微米範圍之內,因此很難計算體積的縮減量。所以在繞結之後,許多零組件還要經過噴砂來達到所需的公差。有些組件在出貨之前則僅需簡易拋光即可。

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燒結之後的最終拋光程序,賦予陶瓷零組件平滑表面。

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「每一張訂單都不一樣,沒有慣例。陶瓷是挑戰性非常高的材料,這也是它們如此有趣的原因。」

快速製作原型

陶瓷的獨有特性所帶來的優勢讓 maxon 能夠生產許多減速機元件以外的產品,例如用於工業自動化的迷你噴嘴、手錶的掣子和耳機外殼。後者已由 maxon 生產多年,並且被認為對音質有正面影響。不像金屬外殼,陶瓷外殼具有耐刮特性,可長時間保持美麗的光澤。

粉末射出成型的基本原理在過去幾年來雖然大致上維持原樣,但還是有些許改變。根據 Andreas Philipp 表示,未來將會減少生坯的加工處理。取而代之地,會先製作簡單模型,然後用高科技儀器加工,直到模型獲得完美外觀。「如此一來,客戶可以更快獲得原型。」Andreas Philipp 說。小批量產品也可以更快出貨。不變的是對粉末射出成型加工的熱忱,可以在整個工作團隊中感受得到。「每一張訂單都不一樣,沒有慣例。陶瓷是挑戰性非常高的材料,這也是它們如此有趣的原因。」

作者: maxon HQ

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