วัสดุทองแดงหรือ Copper คืออะไร
ทองแดงเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีการนำมาใช้งานมากและนานที่สุด มีสมบัติเด่นหลายอย่าง อาทิเช่น
- มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ราคา การผลิตไม่สูงมาก เมื่อเปรียบเทียบกับทอง
- ขึ้นรูปทรงต่างๆตามต้องการได้ง่าย
- สามารถผสมโลหะชนิดอื่น เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและสมบัติอื่นๆได้ไม่ยาก
- ทนต่อการกัดกร่อนสูง
- สามารถฆ่าเชื้อโรค หรือสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กๆได้
การขึ้นรูปทองแดง
ทองแดงเป็นโละชนิดหนึ่งที่ขึ้นรูปได้หลากหลายวิธี ได้แก่
1. Stamping หรือการปั้มขึ้นรูป สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อนมากนัก มีลักษณะเป็นแผ่นมีความหนาใกล้เคียงกันทั้งหน้าตัด โดยใช้เครื่องกดผ่านหัวขึ้นรูป (Die) ซึ่งมีทั้งแบบทีละชิ้น และแบบต่อเนื่อง (Continuous) ตามอัตราการผลิตที่ต้องการ
2. Forging หรือการตีขึ้นรูป มีลักษณะคล้ายกระบวนการ Stamping แต่ชิ้นงานมักมีรูปร่างที่ซับซ้อน ความหนาที่มากกว่า ใช้อุณหภูมิขึ้นรูปสูง ดังนั้นชิ้นจึงสามารถเข้ารูปร่างตามหัวขึ้นรูป (Die ) ได้ดีกว่า
3. Extrusion หรืออัดรีดขึ้นรูป สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความยาว และพื้นที่หน้าตัดเหมือนกันตลอดแนว หลักการคือใช้แรงดันให้โลหะหลอมเหลวไหลผ่านหัวขึ้นรูป ตัวอย่างผลิตภัณฑ์เช่น อลูมิเนียมโปรไฟล์ เมทัลชีท หรือท่อทองแดงต่างๆในระบบระบายความร้อน
4. Casting หรือการหล่อขึ้นรูป
เป็นกระบวนการทั่วไปที่สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนได้ดีที่สุด มีการแยกย่อยลงไปอีกว่าใช้อะไรเป็นแม่พิมพ์ เช่น แม่พิมพ์ทราย (Sand Casting) Shell Mold หรือเทคนิค Centrifugal
Copper กับข้อดีจากเทคโนโลยี 3D Printing
ในปัจจุบันเทรนด์การออกแบบผลิตภัณฑ์ในอุตสาหกรรมมีแนวโน้มที่ซับซ้อนมากยิ่งขึ้น ซึ่งการผลิตทั่วไปที่กล่าวมาข้างต้นไม่สามารถทำได้ อาทิเช่นระบบ Comfort Cooling ในอุตสาหกรรม หรือครีบระบายอากาศขนาดเล็ก ซับซ้อน ที่มีประสิทธิภาพดีขึ้นอย่างเห็นได้ชัด (แต่ก็ต้องแลกกับต้นทุนการผลิตที่สูงขึ้นจากปกติ)
- ลดเวลาการ Cooling ชิ้นงานในการผลิต
- Cycle Time สั้นลง อัตราการผลิตสูงขึ้น
- ประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนดีขึ้น ทำให้ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ทำงานมีประสิทธิภาพมากขึ้น
- อุปกรณ์การแพทย์ที่ป้องกันเชื้อโรคขนาดจิ๋ว
เทคโนโลยี 3D Printing ที่ใช้ผลิต Copper ในปัจจุบัน
- เทคโนโลยีแรกคือ เทคโนโลยีที่คนทั่วไปมีโอกาสสามารถเข้าถึงได้มากที่สุด คือ Metal Filament/Rod โดยเทคนิคเหมือนเครื่องฉีดเส้นปกติ (Fused Deposition Modelling) ทั้งนี้ตัววัสดุจะประกอบไปด้วยทองแดง และตัวประสาน (Binder) ซึ่งหลังจากพิมพ์เสร็จต้องเข้ากระบวนการ Debinding และ Sintering อีกทีหนึ่ง ข้อด
- ข้อดีคือมีต้นทุนต่ำที่สุด ใช้งานไม่ยาก มีผู้ผลิตวัสดุ 3rd Party ให้เลือกใช้ และมีแนวโน้มถูกลง
- ข้อเสียคือ หลายขั้นตอน มีการหดตัวของชิ้นงานสูง คุณภาพของพื้นผิว โครงสร้างภายใน ที่อาจจำเป็นต้องมี Process หลังจากอบแล้วพอสมควร
2. เทคโนโลยีที่สอง เป็นที่นิยมมากที่สุดในการพิมพ์วัสดุโลหะอยู่แล้วคือ Selective Laser Melting (SLM) โดยใช้ผงทองแดง หรือทองแดงผสม (Alloy) เป็นวัตถุดิบในการขึ้นรูป และฉายแสงเลซอร์ ซึ่งอาจจะเป็น CO2 หรือ Fiber Laser หลังงานสูงเพื่อหลอมเหลวผงดังกล่าวให้หลอมติดกัน
3. เทคโนโลยีที่ 3 คือ Direct Energy Deposition (DED) ที่ให้อัตราการผลิตสูงที่สุด เหมาะกับงานขนาดใหญ่ หลักการของเทคโนโลยีใช้พลังงานในการทำให้วัสดุที่ป้อนมาหลอมละลาย และยึดติดกับวัสดุก่อนหน้า ทั้งนี้อาจจะเป็นลักษณะผงขนาดเล็กที่พ่นออกมา หรือแบบเป็นเส้นลวดเชื่อม ทั้งนี้วัสดุทองแดงไม่นิยมใช้กระบวนการนี้
แนวโน้มการใช้งานในอนาคต
- เทคโนโลยียานยนต์และอากาศยานที่ต้องการประสิทธิภาพในการถ่ายเทความร้อนสูง ต้องการระบบระบายความร้อนที่ดีกว่าปัจจุบัน มีรูปร่างซับซ้อน ต้องขึ้นรูปด้วยเครื่อง 3D Printer เท่านั้น
- กระบวนการผลิตจำนวนมาก เช่น การฉีด การหล่อ ที่ต้องมีระบบหล่อเย็น เพื่อลดรอบการผลิตให้มากที่สุด
- การพัฒนาวัสดุอัลลอยด์ หรือทองแดงผสม สำหรับเครื่อง 3D Printer ที่มีความแข็งแรงสูง และยังมีประสิทธิภาพการถ่ายเทมวลสารที่ดี
- อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีส่วนผสมของทองแดง เพื่อฆ่าเชื้อโรคอัตโนมัติ
