■耀德講堂 / 邱耀弘 博士

(轉載自繁體版ACMT電子技術月刊No.078)

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楔子

有道是：「若想得知識，臺下十年功；讀者要輕松，請花十分鐘」，來看看Dr. Q接下來連續數個月的系列專欄報告，充實一下金屬注射成型(MIM)產品的知識。專欄內容會盡量把文字縮減，并放入精彩的圖片，最后會在Dr. Q的2023年11月做一個總結。這些產品的內容包含以下：「Part I. 轉軸」、「Part II. 縫紉機配件」、「Part III. 菜刀與指甲刀」、「Part IV. 治具與工具」、「Part V. 高檔品牌包的扣件與標牌」、「Part VI. 高爾夫球桿頭配件」、「Part VII. 齒輪」。

 

Part VI. 高爾夫球桿頭配件

在1972年MIM工藝發明之后，金屬零件可以被如塑料射出一樣的制作出來，這引起金屬加工與塑料制品業的不小震驚與騷動！隨著MIM技術的推廣與時俱進，尤其是最近十年(2012-2022)在移動通訊的電子產品助攻之下，MIM技術和產品能見度大幅提高，且盛況空前。今天要談的對MIM工藝而言是用來作為運動工具的零件──高爾夫球桿頭配件，這仍是利用MIM成型具有復雜幾何形狀的能力，同時改變材料取用比重（密度）、機械性能的綜合考慮，并且能夠搭配設計美學，目前高爾夫球具界已經逐漸接納MIM工藝制作球頭配件，甚至有可能被定義為一個標準的流程，Dr. Q將隨后說明。

 

設計理念

高爾夫球是一個有趣且時尚的運動，正是起源自1456年的蘇格蘭，高爾夫其實是四個英文字的前綴組合綠地、氧氣、陽光與友誼(Green, Oxygen, Light, Friendship, GOLF)。這種沒有劇烈肢體碰撞、強大急促行動的運動，球員們必須藉由自己的高爾夫球具來打擊一顆小白球，并準確地打入距離甚遠的目標球洞作為競技，算是一種比較紳士與淑女的運動。一把高爾夫球具的構成如圖1所表示。

圖1：高爾夫球具(Golf Club)包含三個部分，打擊頭（Hitting head，以下簡稱桿頭）、桿(Rod)、握把(Grip handle)。（本圖由Dr. Q翻拍修改）

眾所周知，一套高爾夫球具包含不同功能的數支球桿，Dr. Q對高爾夫球并沒有深入的研究，因此不去討論高爾夫球的知識，主要還是針對金屬粉末注射成型技術制作高爾夫球桿頭的部分。

 

最早的高爾夫球桿頭的材料是用木頭制作，由于木頭的產地和加工者的手藝，還有逐漸更遠更寬闊的比賽場地，隨著世代的規則演進逐漸導入其他材料制作，并且隨著運動科技的進步允許使用不同的比重材料搭配來做為桿頭，以下列舉制程與材料的搭配，如表1所表示。其中部分可調整配重的高爾夫球頭是由三個組件組合，球頭本體、打擊面以及調整重心的配重螺釘，如圖2所表示。

圖2：高爾夫球頭的組成包含球頭本體、打擊面(Hitting face)以及配重螺絲(Screw with balancer)，本圖引用自https://ping.com/en-us/clubs/fairways/g430-max并經Dr. Q修改，本圖商品并非以MIM工藝制作

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表1：高爾夫球桿頭的制作與材料

看到表1中黃色底的文字就可以清楚的發現，原來我們所認識的MIM和PM（傳統粉末押制與燒結，Powder Metallurgy of “Press and Sinter”）早已經應用到高爾夫球頭上了。設計的理念在于：

• 高爾夫球頭在球桿揮擊的過程有空氣阻力的影響，球員必須根據自己的揮擊動作選用適合的球具，因此每一個球具廠家都會有一套屬于自己的球頭設計并「符合」空氣動力學，使球頭能準確打擊小白球且使之飛行更遠；

• 由于球頭重量并沒有限制，但為了增加打擊甜點區，故意做大打擊面并使之設計呈中空狀，以防止球員受傷；又希望局部位置加厚，以利打擊過程球頭能不變形足夠輸出揮擊的力量；

• 打擊片的角度必須經過設計，甚至要訂制配合專業球員；

• 在允許的范圍下設計不同材質的打擊片鑲嵌在球頭上；

• 可利用配重螺釘調整球頭重心方便訓練時使用；

• 還要兼顧美觀與時尚，不是所有人球技都很好，但球具要搶眼、高尚并有貴重感；

• 運動場地為自然界，必須要考慮鹽水、雨水、草地、砂的環境因素，必須抵抗腐蝕和生銹的可能性；

• 價格和成本要合理的性價比。

 

最終在約10年前（2010年起），高爾夫球頭設計師們發現MIM工藝可以均能滿足上述要求條件，并能夠制作出與傳統鑄造(Casting)、精密鑄造、鍛造(Forging)或是壓鑄法（Die casting，液態金屬的制程）媲美甚至性能更佳的高爾夫球頭。

 

范例說明

圖3為網頁上輸入「MIM GLOF CULB」便可以找到的品牌高爾球具的廣告，并且直接注明該球頭的成型工藝便是采用我們熟悉的金屬粉末注射成型(MIM)，其中該公司更是直接把MIM設計成商標的一部分。各位讀者也能夠在網絡上搜尋介紹此產品的影片，并且重溫MIM工藝流程的影片。影片關鍵詞為MIM, process, Glof, Club輸入Youtube找尋，以下網址表示www.youtube.com/watch?v=9h_v5x9XHfk。

 

圖3：在網絡商店中售賣的MIM工藝制作的高爾夫球頭，制造公司并將MIM制作成為商標的部分表明采用金屬粉末注射成型完成，照片引用自www.globalgolf.com/golf-clubs/1053711-cobra-king-mim-classic-grind-wedge

Dr. Q并不在此重新敘述MIM工藝的優勢，但是部分讀者可能會問Dr. Q這么大的體積和重量MIM能夠燒得出來？產品不會龜裂還是變形？別忘記，本次Dr. Q是帶來跳脫3C產品零配件輕、薄、短、小，而是考慮如何制作較為重、厚、長、大的高爾夫球頭，在前幾期的專欄也有說到3C產品使用的厚重夾具，高爾夫球頭的挑戰顯然又比那一期的更為巨大。

 

對于MIM的挑戰在于以下數點：

• 大件、大體積且重的MIM高爾夫球頭的脫脂與燒結空間，必須考慮成本效益，可能一爐擺不下幾個，比起3C產品的零配件MIM制品差異很大；

• 注射、脫脂、燒結的參數也有重大改變，必須經過多次驗證和測試；

• 尤其在擺排生坯開始熱制程，由于受到重力和摩擦力的影響，陶瓷治具的設計經驗占有很重要因素，并不是擺得越多越好，而是要考慮燒結良率的提升；

• 對于注射坯黑痕的掌握一定要有對策，因為外觀可能需要拋光、標牌直接制作在表面，過度的缺陷會導致二次加工的成本提高，甚至報廢燒結產品；

• 業務訂單的來源盡量找到品牌方，當然也可制作標準品給白牌高爾夫球具廠商，取決于價格問題；

• 注意外形的專利，接收圖紙必須簽訂免責權以免碰觸專利仿冒等問題。

 

Part VI.小結

對于高爾夫球具而言，MIM工藝并不需要針對薄件特征結構，但是厚件、裝飾性外觀與功能性表面對于業者是新的挑戰，失敗率或許會令人心驚，因為一個球頭制品很有可能超過數百克重，但是MIM工藝在取代高爾夫球頭傳統工藝顯然是無庸置疑，大中華地區的MIM優勢可結合全球最大高爾夫球具制造地（臺灣75%+大陸15%），或許是MIM在后智能手機時代的另一個明燈產業，我們一起關心并邁步向前。

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文章摘錄自ACMT技術月刊23/8月

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