3D Printing is Transforming the Aerospace Industry หลายยคนคงเคยได้ผ่านตากันมาบ้าง ใช่แล้ว!!! นี่คือการเปลี่ยนแปลงของอุตสาหกรรมการบินรวมถึงการใช้งานเชิงพาณิชย์ในอุตสาหกรรม และทางการทหาร ประกอบด้วยแผนกที่ออกแบบผลิต ดำเนินงาน และบำรุงรักษาเครื่องบินหรือยานอวกาศ ตัวแปรหลักที่กำลังทำให้การเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการบินและอวกาศก็คือ การพิมพ์ 3 มิติ
เทคโนโลยีได้รับการพัฒนาอย่างรวดเร็ว ทำให้การเดินทางระหว่างประเทศและการสำรวจอวกาศเป็นจริง การผลิตสารเติมแต่ง additive manufacturing (AM) หรือที่รู้จักกันดีในนามการพิมพ์ 3 มิติมีบทบาทสำคัญในการปฏิวัติครั้งนี้เป็นอย่างมาก โดยการลดน้ำหนักวัสดุ เสริมความแข็งแรง และการออกแบบที่เพรียวลมในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
3D Printer มีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรมในปีที่ผ่านมา ไม่ว่าจะเป็นทางการแพทย์ การศึกษา การบินและอวกาศ โดยในบรรดาผู้สนับสนุนการพิมพ์ 3 มิติครั้งแรกในอุตสาหกรรมการบินเป็นแรงผลักดันให้เกิดวิวัฒนาการของเทคโนโลยีนี้เพิ่มขึ้น สำหรับการผลิตชิ้นส่วนสิ้นเปลืองและต้นแบบ สายการบินหลายแห่งพึ่งพาการพิมพ์ 3 มิติเพื่อลดข้อจำกัดต่างๆ เช่น supply chain constraints เป็นห่วงโซ่อุปทานที่เริ่มจากจัดหาวัตถุดิบและสิ้นสุดเมื่อสินค้าถึงมือลูกค้า, พื้นที่คลังสินค้า, ลดวัสดุที่สูญเปล่าจากกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม เป็นต้น การผลิตชิ้นส่วนอากาศยานตามความต้องการอย่างรวดเร็วสามารถช่วยประหยัดพื้นที่ เวลา และเงินจำนวนมหาศาล
3D Printing in Aerospace
3D Printing for Commercial Aircrafts
ตามที่ Apex หนึ่งในผู้นำด้านอุตสาหกรรมการบินของแอร์บัส เปิดเผยว่ามีจำนวนชิ้นส่วนที่มาจากการพิมพ์ 3 มิติในเครื่องบิน A350 XWB มากกว่า 1,000 ชิ้น มีความร่วมมือกันกับ Stratasys ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้ได้อย่างรวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และสามารถรับน้ำหนักได้ดี โดยใช้วัสดุประสิทธิภาพสูงอย่าง ULTEM 9085 ด้วยระบบการพิมพ์แบบ FDM ซึ่งวัสดุในการผลิตนี้เป็นเทอร์โมพลาสติกเกรดวิศวกรรม ทำให้วัสดุแข็งแกร่ง และมีประสิทธิภาพที่ดีในด้านการติดไฟและไหม้ไฟ การปล่อยความร้อน ควันและสารพิษ
3D Printing for Industrial Spacecrafts
บทความของ Robert Dehue ก็อธิบายว่า NASA ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ของ Stratasys เพื่อพัฒนาและทดสอบ Space rover มีลักษณะเป็นรถแลนด์โรเวอร์ โดยใช้ชื่อว่า Hummer พร้อมห้องโดยสารที่มีแรงดันเพื่อช่วยชีวิตบนดาวอังคาร และในปัจจุบันมีชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยระบบ FDM 3D มากกว่า 70 ชิ้น ชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3 มิติบนรถแลนด์โรเวอร์ของ NASA ประกอบด้วยช่องระบายอากาศ และตัวเรือนที่ทนไฟ มีตัวยึดกล้องและประตู ส่วนใหญ่ที่ทำหน้าที่เป็นกันชนหน้าและอุปกรณ์ติดตั้งแบบกำหนดได้เองอื่นๆ อีกมากมาย
การพิมพ์แบบ FDM จะได้ชิ้นส่วนที่ซับซ้อนพร้อมเวลาอันรวดเร็ว ซึ่งทีม RATS สร้างตัวเรือนแบบกำหนดเองสำหรับชุดประกอบอิเล็กทรอนิกส์ที่ซับซ้อน ซึ่งจำเป็นต่อการบรรลุเป้าหมาย ด้วยค่าประมาณ 10,000 เหรียญสหรัฐต่อปอนด์ของวัสดุที่ส่งไปยังอวกาศ จึงไม่น่าแปลกใจว่าทำไม NASA จึงโน้มเอียงไปสู่กระบวนการการพิมพ์ 3 มิติ
Materials Used for Aerospace Industry
วัสดุ ULTEM ได้รับความนิยมอย่างสูงในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ เนื่องจากความต้านทานต่อความร้อนและสารเคมีได้ดี ทนอุณหภูมิความร้อนประมาณ 153 องศาเซลเซียส การใช้ ULTEM ในสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดเป็นเรื่องแปลก แต่หลังจากการทดสอบอย่างละเอียดภายใต้อุณหภูมิที่รุนแรงและความเค้นจำลองที่เกี่ยวข้องกับการปล่อยจรวด ULTEM สามารถทรงคุณภาพให้เป็นไปตามที่หวัง
นอกจากนี้ยังมี PEKK และ composites โดยการใช้วัสดุคอมโพสิตยังเป็นแอพพลิเคชั่นมาตรฐานเดียวในการพิมพ์ 3 มิติ กระบวนการทางอ้อมในการใช้เครื่อง 3D Printer ซึ่ง PEKK และ composites เหล่านี้จะถูกนำไปใช้และพัฒนาต่อไป
วัสดุอีกกลุ่มหนึ่งที่ใช้ในอุตสาหกรรม aerospace ได้แก่ titanium, steel และ niobium ซึ่งแสดงให้เห็นบางส่วนที่กำลังผลิตส่วนใหญ่เป็นโลหะไททาเนียม คือส่วนหนึ่งของการบินและอวกาศที่สามารถทำหน้าที่เป็นโลหะทนไฟ และหัวฉีด โดย Boeing เป็นบริษัทการบินและอวกาศที่ใหญ่ที่สุดในโลกได้ลงนามในข้อตกลงความร่วมมือกับกลุ่มเทคโนโลยีและวิศวกรรม Oerlikon ของประเทศสวิตเซอร์แลนด์ เพื่อพัฒนากระบวนการและวัสดุมาตรฐานสำหรับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ (metal 3D printing) ทั้งสองบริษัทจะใช้ข้อมูลที่ได้จากข้อตกลงของนักวิจัย เพื่อสนับสนุนการสร้างกระบวนการพิมพ์ไทเทเนียม 3 มิติ (titanium 3D printer) ตามมาตรฐาน นอกเหนือจากคุณสมบัติของ additive manufacturing (AM) ที่จะผลิตชิ้นส่วนโลหะด้วยวัสดุและเครื่องจักรที่หลากหลาย งานวิจัยจะมุ่งเน้นไปที่การหลอมรวมกันของไทเทเนียมแบบอุตสาหกรรมเป็นครั้งแรก รวมถึงการทำให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนใดๆ ที่ทำด้วยกระบวนการนี้ จะตรงตามข้อกำหนดการบินที่สำคัญของกระทรวงกลาโหม
อีกวิธีที่น่าสนใจมากในแง่ของวัสดุที่กำหนดเองมาจากบริษัท Voestalpine ที่ตั้งอยู่ในประเทศออสเตรียได้ลงทุนอย่างมีนัยสำคัญในการสร้างกรอบการทำงานเฉพาะของ AM โดยผลิตวัสดุโลหะแบบ atomized ที่กำหนดเองโดยเฉพาะสำหรับการใช้งาน AM วัสดุที่ผลิตขึ้นของ Voestalpine ส่วนใหญ่เป็นโลหะผสมเหล็ก ซึ่งในขณะที่วัสดุเหล่านี้อาจดูไม่น่าดึงดูดเท่ากับไทเทเนียมและโลหะทนไฟ แต่ยังคงเป็นพื้นฐานสำหรับการใช้งาน AM ส่วนใหญ่ทั่วโลก ซึ่งเป็นโลหะผสมเหล็กสองชนิดที่พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับความต้องการของ AM อย่างแรกคือมีผงเหล็กผสมต่ำสำหรับพิมพ์ง่าย ประการที่สองคือเกรดเหล็กประสิทธิภาพสูง เมื่อรวมความสามารถในการพิมพ์ของเหล็กกล้ามาราจิง (Maraging steel) ทำให้ความต้านทานการกัดกร่อนของค่า pH อยู่ในช่วง 4-17
The Future of 3D Printing in Aerospace
ปัจจุบันองค์กรขนาดใหญ่หันมาใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อแก้ปัญหาทางวิศวกรรมที่ซับซ้อนและสร้างชิ้นส่วนพิเศษ แต่สิ่งที่จะเกิดขึ้นต่อไปบนท้องฟ้าและอวกาศสำหรับการพิมพ์ 3 มิตินั้นมีความเป็นได้อย่างมาก ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีในการพิมพ์โลหะ 3D จึงมีการคาดการณ์ว่าในอนาคตอันใกล้นี้ส่วนประกอบสำคัญต่างๆ ของเครื่องบินภายในประเทศและยานอวกาศ จะใช้วิธีการผลิตแบบ additive manufacturing โดยใช้โลหะผสมที่กำหนดเองและเทอร์โมพลาสติกน้ำหนักเบาคุณภาพสูง บริษัทชื่อดังอย่าง Boeing ลงทุนในบริษัท Desktop Metal เพื่อการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ด้วยความหวังที่จะใช้เทคโนโลยีใหม่เหล่านี้เพื่อการวิจัยและพัฒนารวมถึงการใช้ชิ้นส่วนที่สำคัญสำหรับเครื่องบิน ด้วยความสามารถที่เพิ่มมากขึ้นของการพิมพ์ 3 มิติจะเป็นทางออกที่เป็นประโยชน์ยิ่งสำหรับการผลิตอากาศยาน
