■耀德讲堂 / 邱耀弘 博士

(转载自繁体版ACMT电子技术月刊No.078)

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楔子

有道是：「若想得知识，台下十年功；读者要轻松，请花十分钟」，来看看Dr. Q接下来连续数个月的系列专栏报告，充实一下金属注射成型(MIM)产品的知识。专栏内容会尽量把文字缩减，并放入精彩的图片，最后会在Dr. Q的2023年11月做一个总结。这些产品的内容包含以下：「Part I. 转轴」、「Part II. 缝纫机配件」、「Part III. 菜刀与指甲刀」、「Part IV. 治具与工具」、「Part V. 高档品牌包的扣件与标牌」、「Part VI. 高尔夫球杆头配件」、「Part VII. 齿轮」。

 

Part VI. 高尔夫球杆头配件

在1972年MIM工艺发明之后，金属零件可以被如塑料射出一样的制作出来，这引起金属加工与塑料制品业的不小震惊与骚动！随着MIM技术的推广与时俱进，尤其是最近十年(2012-2022)在移动通讯的电子产品助攻之下，MIM技术和产品能见度大幅提高，且盛况空前。今天要谈的对MIM工艺而言是用来作为运动工具的零件──高尔夫球杆头配件，这仍是利用MIM成型具有复杂几何形状的能力，同时改变材料取用比重（密度）、机械性能的综合考虑，并且能够搭配设计美学，目前高尔夫球具界已经逐渐接纳MIM工艺制作球头配件，甚至有可能被定义为一个标准的流程，Dr. Q将随后说明。

 

设计理念

高尔夫球是一个有趣且时尚的运动，正是起源自1456年的苏格兰，高尔夫其实是四个英文字的前缀组合绿地、氧气、阳光与友谊(Green, Oxygen, Light, Friendship, GOLF)。这种没有剧烈肢体碰撞、强大急促行动的运动，球员们必须藉由自己的高尔夫球具来打击一颗小白球，并准确地打入距离甚远的目标球洞作为竞技，算是一种比较绅士与淑女的运动。一把高尔夫球具的构成如图1所表示。

图1：高尔夫球具(Golf Club)包含三个部分，打击头（Hitting head，以下简称杆头）、杆(Rod)、握把(Grip handle)。（本图由Dr. Q翻拍修改）

众所周知，一套高尔夫球具包含不同功能的数支球杆，Dr. Q对高尔夫球并没有深入的研究，因此不去讨论高尔夫球的知识，主要还是针对金属粉末注射成型技术制作高尔夫球杆头的部分。

 

最早的高尔夫球杆头的材料是用木头制作，由于木头的产地和加工者的手艺，还有逐渐更远更宽阔的比赛场地，随着世代的规则演进逐渐导入其他材料制作，并且随着运动科技的进步允许使用不同的比重材料搭配来做为杆头，以下列举制程与材料的搭配，如表1所表示。其中部分可调整配重的高尔夫球头是由三个组件组合，球头本体、打击面以及调整重心的配重螺钉，如图2所表示。

图2：高尔夫球头的组成包含球头本体、打击面(Hitting face)以及配重螺丝(Screw with balancer)，本图引用自https://ping.com/en-us/clubs/fairways/g430-max并经Dr. Q修改，本图商品并非以MIM工艺制作

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表1：高尔夫球杆头的制作与材料

看到表1中黄色底的文字就可以清楚的发现，原来我们所认识的MIM和PM（传统粉末押制与烧结，Powder Metallurgy of “Press and Sinter”）早已经应用到高尔夫球头上了。设计的理念在于：

• 高尔夫球头在球杆挥击的过程有空气阻力的影响，球员必须根据自己的挥击动作选用适合的球具，因此每一个球具厂家都会有一套属于自己的球头设计并「符合」空气动力学，使球头能准确打击小白球且使之飞行更远；

• 由于球头重量并没有限制，但为了增加打击甜点区，故意做大打击面并使之设计呈中空状，以防止球员受伤；又希望局部位置加厚，以利打击过程球头能不变形足够输出挥击的力量；

• 打击片的角度必须经过设计，甚至要订制配合专业球员；

• 在允许的范围下设计不同材质的打击片镶嵌在球头上；

• 可利用配重螺钉调整球头重心方便训练时使用；

• 还要兼顾美观与时尚，不是所有人球技都很好，但球具要抢眼、高尚并有贵重感；

• 运动场地为自然界，必须要考虑盐水、雨水、草地、砂的环境因素，必须抵抗腐蚀和生锈的可能性；

• 价格和成本要合理的性价比。

 

最终在约10年前（2010年起），高尔夫球头设计师们发现MIM工艺可以均能满足上述要求条件，并能够制作出与传统铸造(Casting)、精密铸造、锻造(Forging)或是压铸法（Die casting，液态金属的制程）媲美甚至性能更佳的高尔夫球头。

 

范例说明

图3为网页上输入「MIM GLOF CULB」便可以找到的品牌高尔球具的广告，并且直接注明该球头的成型工艺便是采用我们熟悉的金属粉末注射成型(MIM)，其中该公司更是直接把MIM设计成商标的一部分。各位读者也能够在网络上搜寻介绍此产品的影片，并且重温MIM工艺流程的影片。影片关键词为MIM, process, Glof, Club输入Youtube找寻，以下网址表示www.youtube.com/watch?v=9h_v5x9XHfk。

 

图3：在网络商店中售卖的MIM工艺制作的高尔夫球头，制造公司并将MIM制作成为商标的部分表明采用金属粉末注射成型完成，照片引用自www.globalgolf.com/golf-clubs/1053711-cobra-king-mim-classic-grind-wedge

Dr. Q并不在此重新叙述MIM工艺的优势，但是部分读者可能会问Dr. Q这么大的体积和重量MIM能够烧得出来？产品不会龟裂还是变形？别忘记，本次Dr. Q是带来跳脱3C产品零配件轻、薄、短、小，而是考虑如何制作较为重、厚、长、大的高尔夫球头，在前几期的专栏也有说到3C产品使用的厚重夹具，高尔夫球头的挑战显然又比那一期的更为巨大。

 

对于MIM的挑战在于以下数点：

• 大件、大体积且重的MIM高尔夫球头的脱脂与烧结空间，必须考虑成本效益，可能一炉摆不下几个，比起3C产品的零配件MIM制品差异很大；

• 注射、脱脂、烧结的参数也有重大改变，必须经过多次验证和测试；

• 尤其在摆排生坯开始热制程，由于受到重力和摩擦力的影响，陶瓷治具的设计经验占有很重要因素，并不是摆得越多越好，而是要考虑烧结良率的提升；

• 对于注射坯黑痕的掌握一定要有对策，因为外观可能需要抛光、标牌直接制作在表面，过度的缺陷会导致二次加工的成本提高，甚至报废烧结产品；

• 业务订单的来源尽量找到品牌方，当然也可制作标准品给白牌高尔夫球具厂商，取决于价格问题；

• 注意外形的专利，接收图纸必须签订免责权以免碰触专利仿冒等问题。

 

Part VI.小结

对于高尔夫球具而言，MIM工艺并不需要针对薄件特征结构，但是厚件、装饰性外观与功能性表面对于业者是新的挑战，失败率或许会令人心惊，因为一个球头制品很有可能超过数百克重，但是MIM工艺在取代高尔夫球头传统工艺显然是无庸置疑，大中华地区的MIM优势可结合全球最大高尔夫球具制造地（台湾75%+大陆15%），或许是MIM在后智能手机时代的另一个明灯产业，我们一起关心并迈步向前。

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文章摘录自ACMT技术月刊23/8月

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