สร้างโมเดลต้นแบบได้อย่างรวดเร็วด้วยการผลิตแบบเติมวัสดุ (AM)
เทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมและเข้ามามีบทบาทอย่างมากในด้านการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์และต้นแบบผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมทั่วโลก และมีแนวโน้มที่จะเติบโตขึ้นอย่างต่อเนื่อง คงหนีไม่พ้น เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ หรือ การผลิตแบบเติมวัสดุ นั่นเอง
เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing) หรือที่เรียกว่า การผลิตแบบเติมวัสดุ (Additive Manufacturing หรือ AM) คือ การขึ้นรูปชิ้นงานโดยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้น ๆ จนได้ออกมาเป็นรูปทรงสามมิติตามต้องการ อีกทั้งยังเป็นการช่วยลดขั้นตอน ต้นทุน ระยะเวลา และวัสดุสิ้นเปลือง
การทำงานของการผลิตแบบเติมวัสดุโดยอันดับแรกเครื่องจักรจำเป็นต้องมีสเปคแบบ 3 มิติ (CAD 3 มิติ) ของชิ้นส่วนที่จะผลิต ชุดข้อมูลเฉพาะนี้ประกอบด้วยข้อมูลโครงร่าง (ความยาว x, ความสูง y), จำนวนชั้น (z) และความหนาของชั้น (dz) โปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ตรงกันจะแบ่งโมเดลออกเป็นชั้น (Layers) ต่าง ๆ ที่เหมาะสม จากนั้น
ซอฟต์แวร์ จะส่งชุดข้อมูลของเครื่องจักรในรูปแบบของคำสั่งในการผลิตไปยังเครื่องพิมพ์
การผลิตแบบเติมวัสดุใช้แท่นผงวัสดุ (Powder Bed) โดยวัสดุผงจะถูกป้อนเข้าไปในแท่นเพื่อดำเนินการต่อ ยกตัวอย่างเช่น การพิมพ์โลหะ 3 มิติ โลหะ 1 ชนิดหรือมากกว่า จะถูกทำให้เป็นผงก่อนป้อนเข้าไปแล้วสร้างขึ้นมาใหม่ ซึ่งการผลิตชั้นจากผงวัสดุโดยทั่วไปมี 4 วิธี ดังนี้
1. Selective Laser Sintering (SLS) การเผาผนึก ทำให้วัสดุร้อนแต่ไม่ถึงจุดหลอมเหลว
เทคโนโลยีเลเซอร์ ทำให้สร้างเรขาคณิต 3 มิติโดยการใช้ Undercut (ร่องหรือบ่าที่ป้องกันไม่ให้ชิ้นงานหลุดออกจากแม่พิมพ์) ซึ่งจะใช้เลเซอร์ CO2 หรือเลเซอร์ไฟเบอร์ในการทำ
2. Selective Laser Melting (SLM) ผงวัสดุถูกทำให้ร้อนโดยเลเซอร์ไฟเบอร์พลังงานสูง จากนั้นทำให้เย็นลง รูปทรงของส่วนประกอบถูกสร้างขึ้นโดยการหักเหของลำแสงเลเซอร์แบบมีเป้าหมาย วิธี SLM วัตถุจะมีความแข็งแรงสูงกว่า ทนทานกว่า SLS กระบวนการนี้มักใช้สำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ
3. Electronic Beam Melting (EMD/ EBM) โดยหลักการแล้ววิธีนี้เหมือนกับ SLM แต่ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนแทนลำแสงเลเซอร์ของ SLM กระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นในสุญญากาศ โดย EMD มีความเร็วมากกว่า SLM แต่มีความแม่นยำน้อยกว่า และปริมาณพิมพ์สูงสุดที่ต่ำกว่า เครื่อง EMD มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 350 มม. ความสูง 380 มม. ส่วนเครื่อง SLM มีขนาดใหญ่กว่า EMD 2 เท่า เหมาะกับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กในปริมาณมาก กระบวนการนี้มักใช้ในการพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วยเช่นกัน
4. Binder Jetting ผงวัสดุถูกเลือกเติมสารยึดเกาะที่เป็นของเหลวเพื่อก่อชั้นต่าง ๆ ข้อดี คือ ทำให้การก่อมีความเรียบง่ายอย่างมากในสีที่แตกต่างกัน
แอปพลิเคชันของกระบวนการผลิตแบบเติมวัสดุ แบ่งเป็น 3 ประเภท ดังนี้1. การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว (Rapid Prototyping) ในระยะแรกของการพัฒนาผลิตภัณฑ์ หากมีการสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็วจะทำให้ผลิตภัณฑ์นั้นมีความน่าเชื่อถือมากขึ้น
2. การทำเครื่องมืออย่างรวดเร็ว (Rapid Tooling) ในการหล่อฉีดขึ้นรูปและการหล่อโลหะนั้น สามารถผลิตเครื่องมือชุดขนาดเล็กด้วยการพิมพ์โลหะ 3 มิติมาใช้ได้
3. การผลิตอย่างรวดเร็ว (Rapid Manufacturing) สามารถผลิตวัตถุหรือส่วนประกอบที่ไม่ใช่โมเดลต้นแบบมาใช้งานจริงได้เลย
ข้อดีของการผลิตแบบเติมวัสดุ (AM) การทำให้เป็นแบบเฉพาะตัว (Individualisation)
อิสระในการออกแบบที่มากขึ้น ปรับแต่งได้ตามต้องการ
ความรวดเร็ว ใช้เวลาการผลิตไม่นาน
ไม่จำเป็นต้องมีเครื่องมือหรือแม่พิมพ์
ข้อเสียของการผลิตแบบเติมวัสดุ (AM)
อาจต้องมีการตกแต่งพื้นผิว
ไม่เหมาะสมที่จะผลิตในปริมาณมากเชิงอุตสาหกรรม
ปัจจุบัน ราคาของเครื่องผลิตแบบเติมวัสดุ มีตั้งแต่ 15 ยูโรถึงมากกว่า 100,000 ยูโร ถือว่าไม่แพงเมื่อเทียบกับเครื่องจักรอื่น ๆ ยิ่งถ้ารวมค่าบำรุงรักษาเข้าไปด้วย การผลิตแบบเติมวัสดุจะประหยัดต้นทุนได้มาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในเทคโนโลยีทางการแพทย์ ส่วนในการใช้งานอุตสาหกรรมที่มีการผลิตจำนวนมากนั้น การพิมพ์ 3 มิติน่าจะเป็นตัวเสริมเติมเต็มให้กับระบบการผลิตแบบดั้งเดิมมากกว่า ผู้ผลิตไม่สามารถทดแทนระบบการผลิตแบบเดิมได้ทั้งหมด ดังนั้น ผู้ประกอบการจึงต้องประเมินความคุ้มค่าของการลงทุนจากหลาย ๆ ปัจจัย ไม่ว่าจะเป็นคุณภาพและการประหยัดที่จะได้รับจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และต้นทุนที่จะต้องมีเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน
ขอบคุณที่มาโดย Kasiwoot Teepprakasit จาก TOOLMAKERS
ขอบคุณภาพโดย Metalurgiamontemar0 on Pixabay
บทความน่าสนใจ : เรื่อง Basic สำหรับ 3D Printing ที่คุณต้องรู้!!
อ่านบทความเพิ่มเติม >> คลิกที่นี่
