Article - 3DPrinter Mi

Alternative Tooling

ทางเลือกใหม่ในการสร้าง Tooling เปลี่ยนวิธีการทำงานแบบเดิมๆ สู่นวัตกรรมการสร้าง Tooling ด้วยเทคโนโลยี Additive Manufacturing เพื่อการผลิตยุคอุตสาหกรรม 4.0

การปฏิวัติอุตสาหกรรม (Industrial Revolution) คือ ช่วงเวลาตั้งแต่ ค.ศ. 1750 – 1850 เมื่อการเปลี่ยนแปลงในภาคเกษตรกรรม, การผลิต, การทำเหมืองแร่, การคมนาคมขนส่ง และเทคโนโลยี ส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อสภาพสังคม, เศรษฐกิจ และวัฒนธรรมในขณะนั้น ซึ่งเป็นจุดเปลี่ยนครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์โลก โดยส่งผลกระทบในเกือบทุกแง่มุมของชีวิตประจำวันไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง และนับจากอดีตเมื่อเริ่มมีการปฏิวัติอุตสาหกรรมยุคแรกๆ เรื่อยมาจนถึงปัจจุบันนี้ที่เรากำลังเผชิญความท้าทายครั้งใหม่ ในการเข้าสู่อุตสาหกรรมในยุค 4.0 (Industry 4.0) เทคโนโลยีการผลิตได้พัฒนาไปอย่างมาก จนเรียกได้ว่าก้าวล้ำอนาคตเข้าไปทุกวัน และหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่ได้เข้ามามีบทบาทอย่างมาก แน่นอนเรากำลังพูดถึงเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ หรือ 3D Printing นั่นเอง แล้วเราจะได้ประโยชน์จากการใช้งานเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3 มิติ นี้ได้อย่างไร และเจ้าสิ่งนี้จะช่วยเราได้มากน้อยสักแค่ไหนในโลกของการผลิตยุคใหม่ ตามมาดูกันเลยดีกว่า

เชื่อว่าหลายๆ ท่านในวงการอุตสาหกรรมคงจะเคยได้ยินคำว่า Rapid Prototyping กันมานานแล้ว แม้ว่าปัจจุบันนี้จะเปลี่ยนชื่อใหม่เป็น 3D Printing หรือเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ กับกระแสที่เรียกว่าแรงดีไม่มีตกอยู่ทุกวันนี้ จริงๆ แล้วไม่ว่าจะชื่อไหนก็มาจากหลักการเดียวกันก็คือ Additive Manufacturing (AM) หรือการผลิตแบบเพิ่มเนื้อนั่นเอง และแตกต่างโดยสิ้นเชิงกับการผลิตแบบเดิมที่เราใช้กันโดยแพร่หลายซึ่งเรียกว่า Subtractive Manufacturing หรือการผลิตแบบตัดเนื้อออก ตัวอย่างเช่น เครื่องจักร CNC เป็นต้น ซึ่งแต่เดิมเทคโนโลยี 3D Printing มักถูกใช้เพียงเพื่อสร้างวัตถุต้นแบบจากโมเดล 3 มิติ หรือ Prototype แต่ในปัจจุบันได้มีการประยุกต์ใช้เพื่อเข้ามาช่วยงานในหลายๆ ด้าน และนำไปใช้งานจริงๆ กันแล้ว

  • Functional parts 29%
  • Patterns and tooling 26%
  • Functional prototypes 5%
  • Concept Model 4%
  • Education 1%
  • Other 2%

article_rp_01

แต่ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจความแตกต่างของกรรมวิธีการผลิตทั้ง 2 แบบ ก่อนซึ่งจะเป็นประโยชน์อย่างมากในการเลือกใช้ เพราะแต่ละวิธีต่างมีจุดเด่นกันคนละด้าน และเราคงไม่สามารถปฏิเสธเทคโนโลยีเดิมได้ แล้วเทคโนโลยี Subtractive Manufacturing มีข้อจำกัดอะไรในการผลิตบ้างล่ะ

  • มีข้อจำกัดเรื่องรูปทรง ความซับซ้อนของงาน เช่น ต้องไม่มี Undercut
  • มีของเสียในกระบวนการทำงานเยอะ
  • ไม่เอื้อต่อการผลิตจำนวนน้อย เพราะราคาจะสูงมาก
  • มีความยุ่งยากในกระบวนการทำงานและมีขั้นตอนเยอะ
  • ต้องอาศัยทักษะและแรงงานของมนุษย์ในเกือบทุกขั้นตอนการทำงาน
  • ต้องจัดทำเอกสารข้อมูล เพื่อใช้ในการสั่งงาน กระจายงาน
  • บ่อยครั้งต้องมีการว่าจ้างผู้ผลิตภายนอก หรือ Outsource

หลายๆ ข้อจำกัดที่กล่าวไปนั้น เป็นอุปสรรคต่อการทำงานในอุตสาหกรรมในยุค 4.0 ที่เน้นการเชื่อมโยงข้อมูลแบบอัตโนมัติและเป็นระบบที่ใช้คนน้อยมากๆ เพราะเครื่องจักรและอุปกรณ์ต่างๆ จะสามารถประสานงานกันได้เองผ่าน Internet หรือที่เรียกกันว่า Internet of Thing (IOT)

แล้วอะไรคือ Alternative Tooling หรือ Tooling ทางเลือกล่ะ จริงๆ แล้วต้องยอมรับว่าเทคโนโลยีเข้ามามีส่วนในโลกของการผลิตในแทบจะทุกจุด แต่ความน่าสนใจก็คือ ใครมองเห็นโอกาสก่อนกัน และเห็นมุมที่จะใช้เทคโนโลยีได้มากกว่ากัน ซึ่งทุกๆ โอกาสที่ผู้ผลิตต่างมองหาคงหนีไม่พ้นว่าจะทำอย่างไรถึงจะผลิตของได้คุณภาพดีขึ้น ราคาต้นทุนต่างๆ ลดลงเพื่อแข่งขันได้ และเวลาที่เร็วขึ้นในทุกๆ ขั้นตอนนั่นเอง โจทย์ใหญ่ตรงนี้เกือบทุกครั้งเทคโนโลยีเข้ามาช่วยเสมอ

article_rp_02

Design for Machining 

(เน้นผลิตง่าย แล้วมาประกอบเข้าด้วยกัน)   

article_rp_03

Design for Additive Manufacturing (AM)

(ออกแบบได้ตรงวัตถุประสงค์ และยังผลิตง่ายขึ้นด้วย)

การสร้าง Tooling ทางเลือกใหม่ก็เพียงการดึงเอาจุดเด่นของการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ Additive Manufacturing (AM) มาใช้นั่นเอง ทั้งเรื่องของรูปทรงของงานที่เกือบจะเรียกได้ว่าไม่มีข้อจำกัด เราจึงจะได้เห็นรูปร่างหน้าตาที่เปลี่ยนไป แต่เปลี่ยนไปในลักษณะของการออกแบบได้ตรงตามความต้องการใช้งานมากขึ้น งานประกอบก็น้อยลง ซึ่งหมายถึงค่า Error ต่างๆ ก็ลดลงไปด้วย

ลองจินตนาการถึงการผลิตที่ไร้ข้อจำกัด ทั้งด้านค่าใช้จ่าย และเวลาในการใช้เครื่องมือต่างๆ ก่อให้เกิดความเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ไม่ว่าจะในขั้นตอนใดของวงจรการผลิตสามารถสร้างงานประกอบจับยึดชิ้นงาน Jig & Fixture ในจำนวน Low Volume ได้โดยตรงจากสร้างไฟล์ 3D CAD สามารถสร้าง Tool ที่เหมาะสมกับงานได้เอง ไม่ต้องจ้าง ไม่ต้องรอ เพิ่มความเร็วในการผลิตได้ถึง 83% อย่างเช่น กรณีของ Genesis ที่ผลิตแขนกลอัจฉริยะเพื่อช่วยใช้ยึดจับชิ้นงานในระยะเวลาอันสั้น และในราคาที่ถูกกว่าราคาปกติมาก

ด้วยกระบวนการพิมพ์ที่ง่าย เสถียร รวดเร็ว สามารถออกแบบ และผลิต Tooling, Jig & Fixture รวมถึงชิ้นงานจริงได้ทันที ช่วยผลิตงานที่ตรงตามความต้องการได้ ทำให้ลดเวลา และขั้นตอนในกระบวนการผลิต ทำให้ผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้อย่างรวดเร็วถึง 80%  มีคุณภาพ ดังเช่น Ducati ที่สามารถลดระยะเวลาในการออกแบบลงได้ถึง 20 เดือน สำหรับการออกแบบเครื่องยนต์

ด้านของเสียในกระบวนการผลิตก็ลดลง เพราะไม่ต้องมีส่วนของเนื้อวัสดุที่ถูกตัดออกไป ทำให้สามารถประหยัดต้นทุนได้ หรือลดค่าใช้จ่ายอันเนื่องมาจากความผิดพลาดต่างๆ ได้ด้วย ซึ่ง University of Texas, Dallas สามารถลดต้นทุนในการผลิตต้นแบบของระบบเซนเซอร์สำหรับนักกีฬาในมหาวิทยาลัยเทคซัสได้ถึง 75%

ส่วนประโยชน์ด้านอื่นๆ เช่น ลดในส่วนของการทำแบบ หรือ Drawing และงานเอกสาร งานจัดซื้อจัดจ้าง งานที่ใช้เครื่องจักรหลายๆ ตัวมาช่วยกันทำ Tooling จนถึงงาน Outsource ก็ลดลง เพราะเราสามารถทำเองได้ด้วยเครื่อง 3D Printer เพียงเครื่องเดียว แถมยังใช้คนเพียงคนเดียวก็สามารถทำงานทั้งหมดนี้ได้อีกด้วย

image

นอกจากความสามารถของ Alternative Tooling ที่กล่าวมาแล้วนั้น ด้วยเทคโนโลยีรูปแบบนี้ทำให้เหมาะที่จะรองรับความต้องการสั่งผลิตในลักษณะ Mass Customization ของอุตสาหกรรมในยุค 4.0 ที่พฤติกรรมผู้บริโภคและโลกการผลิตเปลี่ยนไป เพราะมีต้นทุนการผลิตต่อชิ้นที่ต่ำมาก และมีรอบการเปลี่ยนแบบได้บ่อยๆ ซึ่งตัว Tooling นั้นต้องปรับตามไปด้วย

แล้วตอนนี้มีใครที่นำ Alternative Tooling ไปใช้งานบ้าง เรื่องนี้ไม่ใช่เรื่องใหม่สำหรับวงการผลิตแล้วนะครับ โดยเฉพาะในต่างประเทศเริ่มนำมาใช้กันสักระยะหนึ่งแล้ว และได้มีการปรับปรุงพัฒนากันมาอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เหมาะสมกับงานและกระบวนการผลิตในต่างละสาขา และแน่นอนว่ามีหลายๆ บริษัทในประเทศไทยของเราที่ได้นำเทคโนโลยีนี้เข้ามาช่วยงานด้วยเช่นกัน

สำหรับเครื่อง 3D Printer ซึ่งเป็นหัวใจหลักของ Alternative Tooling นั้น บริษัท Stratasys ก็เป็นผู้บุกเบิกที่สำคัญในการนำเอาเทคโนโลยี Additive Manufacturing (AM) นี้มาใช้ในงานสายการผลิต เพราะผลิตภัณฑ์ของบริษัทมีจุดเด่นในเรื่องคุณภาพงานและวัสดุที่ผลิตด้วยเครื่อง 3D Printer ของ Stratasys มีให้เลือกใช้ตรงตามความต้องการของ Tooling ที่เรากำหนด

นอกจากนี้ยังได้มีการเก็บรวบรวมข้อมูลและ Case Study งานที่ได้ร่วมกันทำและเรื่องราวความสำเร็จจากบริษัทชั้นนำทั่วโลกถึงประสิทธิภาพและประโยชน์ของ Alternative Tooling ซึ่งรวมถึงอุตสาหกรรมการผลิตของไทยเราด้วยเช่นกัน

article_rp_05 article_rp_06

การผสมผสานที่ลงตัว

อย่างที่ทราบว่าทั้ง 2 เทคโนโลยีต่างมีข้อดีกันคนละแบบ ในบางครั้งเราก็สามารถทำงานแบบผสมผสานเข้าด้วยกันได้เลย เช่น บางจุดที่เราต้องการควมคุมค่า Accuracy ให้ได้ในระดับพรีซิชั่นสูงๆ ก็สามารถใช้การกัดด้วยเครื่อง CNC เฉพาะจุดหรือบริเวณนั้นๆ ได้ รวมถึงการเจาะ และการต๊าปเกลียวต่างๆ นอกจากนั้นยังสามารถใช้การประกอบงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer เป็นชุดย่อยเข้ากับแผ่นฐานที่เป็นโครงสร้างหลักของ Jig & Fixture เพื่อให้งานแข็งแรง หรือสำหรับงานใหญ่ๆ ได้

article_rp_07

ภาพงาน Jig & Fixture ขนาดใหญ่ที่ใช้การประกอบร่วมกันของ 2 เทคโนโลยี

                หวังว่าท่านคงจะได้ความรู้และไอเดียในการนำเทคโนโลยี Additive Manufacturing (AM) มาใช้งานสร้าง Tooling เพื่อการผลิตได้บ้างไม่มากก็น้อย สำคัญคือ ไม่ได้เน้นการใช้แทนเทคโนโลยีเดิมได้ทั้งหมด แต่เป็นการเติมเต็มจุดด้อยและข้อจำกัด เพื่อให้ได้งานที่ตอบโจทย์กับโลกอุตสาหกรรมยุคใหม่ ที่ต้องเร็ว ต้องแข่งขันด้านราคากับคู่แข่งได้ และยังต้องตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของตลาดอยู่เสมอ เพราะเทคโนโลยีเปลี่ยนเร็ว การรู้จักและเรียนรู้แต่เนิ่นๆ ล้วนสร้างความได้เปรียบแก่เรา และ บริษัท แอพพลิแคด จำกัด ก็พร้อมจะเป็นส่วนหนึ่งที่จะดูแลและเดินไปข้างหน้าพร้อมกับเพื่อนๆ ผู้ประกอบการทุกท่าน เพื่อก้าวเข้าสู่การเป็นประเทศไทย 4.0 (Thailand 4.0) ตามนโยบายของรัฐบาล และก้าวไปสู่โลกของการผลิตในยุคอุตสาหกรรม 4.0 (Industry 4.0) เพื่อที่จะสามารถแข่งขันในตลาดโลกได้อย่างยั่งยืน

alternative-tooling


Photo of author
WRITTEN BY

Frozen Whale

ยังมีอีกหลายอย่างที่รอเราเข้าไปค้นหา สิ่งที่ไม่เคยเห็นไม่ได้แปลว่าไม่มี อย่าหยุดที่จะก้าว แต่จงก้าวต่อไปในทุกๆ วินาที เรียนรู้และอัปเดตอะไรใหม่ๆ อยู่เสมอ