复杂形状高性能：撬开人形机器人万亿零件市场

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A metal injection moulded component used in an industrial collaborative robot produced by Fine Sinter Co. Ltd. (Courtesy JPMA)

MIM在机器人关键部件中的应用方向

1. 结构件与关节外壳：

人形机器人的骨架和关节外壳通常结构复杂且要求轻量坚固。MIM可近净成形薄壁异形件，一次成型出复杂的内加强筋、安装孔等结构，从而减少后续加工。关节轴承座、关节壳体等，以往需多道机加工工序制成的复杂结构件，借助MIM可一步成型，保证精度的一致性和批量稳定性。对于壁厚<0.5mm的超薄结构，烧结过程中的变形仍是挑战，需优化工艺或辅以烧结治具控制精度。

2. 精密齿轮与减速器：

人形机器人关节普遍采用精密减速器来提高扭矩输出。MIM技术在这类复杂齿轮传动件上具有显著优势，可制造传统机加工难以实现的微型、高精度齿轮和齿圈。

MIM工艺已被尝试用于谐波减速器的柔轮、行星减速器齿轮组以及小型电机齿轮等关键零件，实现了薄壁、高强度齿轮件的批量成形。业界已有用MIM制备钛合金谐波减速器柔轮的案例：柔轮厚度仅0.1mm，相比传统钢制件减重60%，但仍保持约800 MPa的抗拉强度，可满足人形机器人关节寿命1万小时以上的要求。

3. 连杆、执行器组件：

人形机器人的四肢含有大量连杆、骨架和微型执行器组件，既要求高强度又要尽可能减轻重量。传统实心金属连杆密度大，而MIM可采用高强度轻合金材料如铝合金、钛合金，进行注射成型，制成中空或拓扑优化结构的连杆，实现减重的同时确保刚度。

轻量化、高强度与高耐磨性

人形机器人对零部件的性能要求集中在轻量化、高强度、高耐磨等方面，以兼顾运动灵活性和使用寿命。

轻量化：通过MIM可以方便地采用轻质高性能合金。铝合金和钛合金材料可用于MIM成形复杂件，在密度降低的同时保持必要的强度。MIM允许设计出减重型内部结构，这些结构对传统切削工艺来说难以加工，而MIM却能一体成型，从而在不牺牲强度的前提下显著减轻重量。

高强度： MIM烧结后的致密度通常可达96%–99%，接近锻件强度。借助精选的合金粉末和优化烧结工艺，MIM件可获得优异的力学性能。马氏体时效钢等高强材料通过MIM成形后，抗拉强度可超过1800 MPa。

高耐磨性： 机器人传动齿轮和关节轴承等部件需要长期耐磨。MIM可使用耐磨合金制备齿轮，实现硬度和耐磨性的提升。MIM件易于进行表面渗氮、涂层等后处理，提高表面硬度和耐磨性能。对于MIM齿轮，可采用气体氮化在齿面形成0.1–0.3mm硬化层，将齿面耐磨寿命成倍提高。

产业化进展典型案例

MIM工艺在机器人结构件领域的应用已进入产业化验证阶段，已有MIM供应商向头部机器人企业送样测试并开展认证。这意味着MIM零部件正由小批试制走向规模量产。

国内人形机器人厂商如杭州宇树科技、上海智元机器人等，与MIM供应链开始对接。部分MIM厂商已向上述企业提供谐波减速器柔轮、行星齿轮箱齿轮、连杆等零件样品进行测试和认证，这标志着MIM制件在机器人核心结构件上的可行性得到初步认可。

可以预见，随着各厂商的新机型开发，MIM零部件的小批量试用将逐步转为批量采购。

中国大陆MIM供应商现状及典型企业

中国是目前全球最大的MIM市场，过去MIM产能主要服务于消费电子领域。面对人形机器人这片新蓝海，不少大陆MIM厂商已经提前布局：