เมื่อ Metal 3D Printing ปริ้นท์ได้เร็วขึ้น 100 เท่า แต่กลับถูกลงอีก 10 เท่า

AppliCAD Co., Ltd.Article - 3DPrinter Mi Article Mi Articlesเมื่อ Metal 3D Printing ปริ้นท์ได้เร็วขึ้น 100 เท่า แต่กลับถูกลงอีก 10 เท่า

Feb

20

2018

เมื่อ Metal 3D Printing ปริ้นท์ได้เร็วขึ้น 100 เท่า แต่กลับถูกลงอีก 10 เท่า

ขณะนี้ถือว่าเป็นปีที่ตลาด Metal 3D Printing (เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชนิดโลหะ) คึกคักกันมากเลยทีเดียว และในไม่ช้านี้เราจะเห็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชนิดโลหะในราคาที่ถูกลงมากอีกด้วย เนื่องจากมีการศึกษาวิจัย การลงทุนเพื่อผลักดันเทคโนโลยีนี้ให้สามารถผลิตชิ้นงานโลหะคุณภาพสูงในราคาที่เข้าถึงได้ ที่เห็นในตลาดตอนนี้ก็จะมี 2 แบรนด์หลักด้วยกัน     แบรนด์แรกจะเป็น Desktop Metal และ Markforged ซึ่งในบทความนี้เราจะมาทำความรู้จักกับ Desktop Metal กันนะครับ

Desktop Metal ซึ่งเป็นบริษัทจากรัฐแมสซาชูเซตส์ (Massachussetts) นี้ กำลังเตรียมสิ่งที่จะทำให้วงการอุตสาหกรรมต้องหันมามองด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชนิดโลหะ ซึ่งเป็นระบบที่เร็วกว่า ประหยัดกว่า และถูกกว่าระบบการผลิตในปัจจุบัน

เราได้ยินกันมาหลายปีแล้วว่า เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) กำลังเข้ามาปฏิวัติวงการอุตสาหกรรม แต่ก็เหมือนกับยังติดอะไรบางอย่างอยู่ ทั้งที่ตอนนี้มีดีไซน์สตูดิโอมากมาย หรือแม้กระทั่งผู้ใช้งานแบบ Home Use ก็มี 3D Printer แบบ Desktop ตั้งไว้ใช้งานแล้วด้วยซ้ำ ซึ่งวัสดุที่เขาสามารถจะใช้ หรือเข้าถึงได้ก็จะมีแต่พลาสติก ABS ในขณะที่องค์กรใหญ่ๆ อย่าง นาซ่า และโบอิ้ง เริ่มมีการเลิกใช้เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะด้วยแสงเลเซอร์ ซึ่งเป็นกระบวนการที่ช้ามาก และมีราคาที่สูง

บริษัทที่น่าสนใจแห่งหนึ่งนอกรัฐแมสซาชูเซตส์ นำโดยคนที่มีแนวความคิดด้านการผลิตจากการเพิ่มเนื้อ หรือที่เรียกว่า Additive Manufacture มาตั้งแต่แรก และเชื่อมั่นว่ามีเทคโนโลยีที่จะเร่งให้ 3D Printer กลับมายิ่งใหญ่ได้อีกครั้ง

Desktop Metal

Desktop Metal นั้นเป็น engineering-driven startup ซึ่งผู้เริ่มก่อตั้งประกอบด้วย ศาสตราจารย์จาก MIT และ Emanuel Sachs ผู้ถือสิทธิบัตร 3D Printing ตั้งแต่ปี 1989

บริษัทสามารถรวบรวมเงินมหาศาลด้วยเวลาไม่กี่เดือน รวมถึงเงิน 115 พันล้านเหรียญสหรัฐ ที่ได้มาจากการระดมทุนใน Series D Funding ซึ่งทำให้มูลค่าการลงทุนรวมทั้งหมดมากกว่า 210 พันล้านเหรียญสหรัฐ เงินต่างๆ นั้นถูกสนับสนุนมาจากบริษัทยักษ์ใหญ่รวมถึง Google Ventures ด้วย

หาก Hype cycle นั้นถูกต้อง และถ้า Desktop Metal นั้นทำตามได้อย่างที่พูดไว้ คือ การทำ Metal Printing ให้เร็วกว่า 100 เท่า แต่กลับถูกกว่าอีก 10 เท่า และวัสดุก็ถูกกว่า 20 เท่า เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีเลเซอร์ที่ใช้ในปัจจุบัน และการใช้งานของโลหะผสมที่หลากหลายจะทำให้เครื่องนี้เป็นจุดเปลี่ยนสำคัญสำหรับการขยายตัวของอุตสาหกรรมการผลิตแบบ 3 มิติ ที่จะสามารถพาไปสู่จุดสูงสุดของการใช้ 3D Printer ในการผลิตอย่างแพร่หลาย ซึ่งทางบริษัทกำลังจะนำเสนอ 2 ระบบสู่อุตสาหกรรมการผลิตแบบ Mass คือ

เครื่องแรกนั้นเรียกว่า Studio System ซึ่งจะเป็นเครื่องที่ขึ้นงานได้เร็ว และประหยัด สำหรับชิ้นงานตัวอย่างที่เป็นโลหะเหมาะสำหรับกลุ่มวิศวกร

เครื่องที่ 2 เรียกว่า Production System ซึ่งจะเป็นเครื่องที่ใช้ในการผลิตครั้งละมากๆ

 

Desktop Metal studio system

 

The Studio System: Rapid prototyping

เครื่อง Studio System มีราคาถูกกว่าระบบที่เป็นเลเซอร์ระดับเดียวกันถึง 10 เท่า โดยไม่ต้องใช้ผงโลหะที่เป็นอันตราย (และบางครั้งอาจระเบิดได้) หรือได้รับอันตรายจากแสงเลเซอร์ เราสามารถจะวางเครื่องที่ไหนก็ได้โดยที่ไม่จำเป็นต้องมีระบบระบายอากาศ หรือแม้กระทั่งคนที่จะต้องปฏิบัติงานร่วมกับเครื่องนี้ ก็ไม่จำเป็นต้องใส่หน้ากากช่วยหายใจเพื่อป้องกัน

จริงๆ แล้วการใช้ Studio System ก็เหมือนกับการใช้เครื่อง แบบ FDM (Fused Deposition Modeling) ตามปกติที่ขึ้นโมเดลด้วยพลาสติก ABS ซึ่งต่างกับการเครื่องพิมพ์โลหะอื่นๆ ซึ่งเครื่อง Studio System นั้นมีการบำรุงรักษาที่น้อยมาก และไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ หรือพนักงานคอยดูแลเป็นพิเศษ

โลหะมาในรูปแบบแท่งกับตัวประสานโพลิเมอร์และบรรจุในตลับ แต่มีตัวเลือกมากมายสำหรับโลหะ โดยทั่วไปที่คุณสามารถใช้อะไรก็ได้ที่ใช้กับระบบการฉีดเหล็กเข้าไปในแม่พิมพ์ หรือที่เรียกว่า  Metal Injection Molding (MIM) ไม่ว่าจะเป็นเหล็กกล้า 4140 chromoly, อลูมิเนียม, ทองแดง, บรอนซ์, เหล็กกล้าไร้สนิม, แม่เหล็ก Hiperco 50, ไททาเนียม และโลหะผสมอื่นๆ อีกกว่า 200 ชนิด

DM Studio System Cartridges

 

Bound metal rods, used in the Desktop Metal Studio system

 

 

เครื่อง Studio System นั้นทำงานโดยการพิมพ์โลหะที่ประสานการขึ้นเป็นชั้นๆ จากนั้นจึงนำชิ้นงานไปทำการล้างตัวประสานออกด้วยเครื่องล้างแล้วหลังจากนั้นจึงนำชิ้นงานไปเข้าเตาอบ Sintering

ตัวเตาอบนั้นถูกทำขึ้นมาโดยเฉพาะตามกระบวนการของ Desktop Metal ซึ่งเตาอบนี้เป็นการประสานตัวทำความร้อนจากฮีตเตอร์ (Heater) โดยทั่วไป และคลื่นไมโครเวฟ เพื่อที่จะนำความร้อนของชิ้นงานไปใกล้จุดหลอมเหลว ซึ่งจะทำให้ตัวประสานถูกเผาจนแห้งหายไป และผงโลหะก็จะประสานเป็นเนื้อเดียวกันจนเป็นโลหะซินเตอร์ในที่สุด

 

Sintering Pump Housing

 

High quality part after sintering

 

อุณหภูมิและเวลาที่ใช้จะถูกปรับแต่งโดยอัตโนมัติด้วยระบบ ขึ้นอยู่กับงานดีไซน์และชนิดโลหะที่เราใช้ ในระหว่างกระบวนการนี้ชิ้นงานจะหดตัวลงประมาณ 15 % ซึ่งทั้งหมดนี้ระบบจะทำการเผื่อหดให้อัตโนมัติ สิ่งที่จะต้องทำก็คือ เพียงแค่ป้อนงานออกแบบเข้าไปเท่านั้น

เมื่อสิ้นสุดกระบวนการเราสามารถจัดแยกชิ้นงานออกจากตัวซัพพอร์ต (Support) ได้ด้วยไขควง เพราะว่าตัวซัพพอร์ตกับตัวชิ้นงานนั้นจะไม่หลอมติดกัน ในหลายกรณีเราก็สามารถดึงมันออกได้ด้วยมือเปล่า

หลังจากนี้ก็ขึ้นอยู่กับความต้องการแล้วว่าอยากจะให้ผิวงานมีความสวยมากแค่ไหน สามารถใช้กระดาษทราย หรือการยิงทรายเพื่อปรับผิวของชิ้นงานที่มีลักษณะเป็นเลเยอร์ให้มีความเรียบมากขึ้นได้ และสิ่งที่ดีไปกว่า Prototype part ทั่วไปคือ เราสามารถผลิตชิ้นงานที่มีความรวดเร็วด้วยวัสดุเดียวกับการผลิต และพร้อมที่จะทดสอบ เพราะว่างานที่ได้นั้นมีความหนาแน่นถึง 99.8 % เมื่อเทียบกับวัสดุปกติ ซึ่งก็ถือว่าแข็งมากแล้ว

เครื่อง Studio System นั้นทำงานได้เร็ว และมีราคาที่เป็นไปได้ที่จะซื้อเพื่อนำมาใช้งาน เพราะใช้ง่ายและมีความปลอดภัยอีก ทั้งยังได้วัสดุที่มีคุณภาพสูงซึ่งสามารถนำไปทดสอบค่าต่างๆ ได้ ระบบรวมพร้อมซอฟต์แวร์ราคประมาณ 120,000 เหรียญสหรัฐ ในขณะที่ระบบเลเซอร์ระดับเดียวกันราคามากกว่า  1 ล้านเหรียญสหรัฐ ซึ่งยังไม่ได้รวมถึงอุปกรณ์ป้องกัน และค่าใช้จ่ายด้านวัสดุที่ระบบเลเซอร์ต้องการ

นี่คือ ก้าวใหญ่ของการทำงานต้นแบบ ซึ่ง Studio System เริ่มวางจำหน่ายในปี 2017 แต่ Production System จะเปิดตัวในปี 2018 นี้ ทั้งนี้จะถือว่าเป็นการปฏิวัติวงการอย่างแท้จริง

Desktop Metal production system

 

The Production System: Mass manufacture

สำหรับเครื่องแบบ Production System นั้นถูกสร้างขึ้นมาเพื่อความเร็วที่เราไม่เคยเห็นมาก่อน เร็วกว่าการทำ Machining, งานหล่อ, งาน Forging หรือจะเป็นวิธีการขึ้นรูปใดๆ ก็ตาม เครื่องพิมพ์ระดับ Production นั้นสามารถขึ้นรูปชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนขนาดใหญ่ถึง 500 cubic inches ภายใน 1 ชั่วโมง ซึ่งจะเร็วกว่า 100 เท่า เมื่อเทียบกับเครื่องแบบเลเซอร์ทั่วไป ความเร็วของมันนั้นยังเร็วกว่าเตาอบที่ใช้ หลังจากพิมพ์งานเสร็จแล้วหากเราต้องการให้เครื่องได้ทำงานแบบเต็มที่นั้นเราจะต้องใช้เตาอบซินเตอร์ถึง 4 เตา ต่อ 1 เครื่องปริ้นเตอร์

 

Desktop Metal Production System is about to take 3D printing into the mainstream

 

เครื่องแบบ Production System นั้นใช้กระบวนการที่แตกต่างไปเรียกว่า Pass Jetting แทนที่จะใช้วัสดุแบบเป็นแท่งแบบที่ Studio Printer ใช้ แต่เครื่อง Production Machine นั้นใช้วัสดุแบบเป็นผง ซึ่งจะทำให้เกิดการประสานกันระหว่างการพิมพ์โดยใช้สเปรย์พ่นตัวประสาน ซึ่งทั้งหมดนี้ใช้วัสดุแบบผงชนิดเดียวกับ MIM ซึ่งทำให้เกิดความได้เปรียบอย่างมหาศาลที่มีมากกว่าเครื่องแบบ Laser Machine ซึ่งต้องใช้วัสดุแบบผงราคาแพงที่มีความแม่นยำสูง ทำให้ต้นทุนวัสดุถูกลงเกือบ 20%

การที่ไม่ต้องเสียเวลากับการจัดเตรียมงานและเครื่องมือนี้ ทำให้การพิมพ์ 3 มิติ ชนิดโลหะนั้นมีราคาถูกกว่าการผลิตแบบเดิมๆ เป็นครั้งแรก

สำหรับกระบวนการที่เหลือ เช่น การกำจัดตัวประสาน (Debinding) และ Sintering ก็จะเหมือนกับ Studio System ส่วนความละเอียดนั้นทำได้ถึง 50 ไมครอน หรือราวๆ เส้นผมของคนเท่านั้น

ยากที่จะพูดถึงการพัฒนาก้าวกระโดดของ Desktop Metal System ที่เป็นความก้าวหน้าครั้งยิ่งใหญ่ การใช้วัสดุที่ถูกกว่าที่มีอยู่แล้วในเชิงพาณิชย์ ซึ่งต้องขอบคุณเทคโนโบลยีการฉีดขึ้นรูปโลหะ ตลอดจนตัวเครื่องพิมพ์เองก็ถูกกว่ามากด้วยเช่นกัน มันมีความปลอดภัยเรียบง่ายและมีประสิทธิภาพสูงและออกแบบมาเพื่อให้การพิมพ์แบบ 3 มิติ เป็นเรื่องที่คุ้มค่าเมื่อเทียบกับการผลิตแบบดั้งเดิม และครั้งนี้น่าจะเป็นจุดเปลี่ยนไปสู่การนำเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มาใช้กับการผลิตแบบ Mass Production

อ้างอิง : 100x faster, 10x cheaper: 3D metal printing is about to go mainstream

https://newatlas.com/desktop-metal-3d-printing/50654/

RELATED POST

บทความนี้เป็นประโยชน์ต่อท่านหรือไม่
(2 votes, average: 5.00 out of 5)
Loading...