3D Printer กับการผลิตในปัจจุบัน
เป็นที่ทราบกันดีว่าในปัจจุบัน การที่จะหาซื้อเครื่อง 3D Printer หรือใช้บริการพิมพ์ 3 มิติ ไม่ใช่เรื่องยากเลย ในประเทศไทยเองก็มีผู้จำหน่ายอยู่จำนวนมาก มีเครื่องหลายรุ่นให้เลือกใช้ ดังนั้นการที่จะผลิตชิ้นส่วนใด ชิ้นส่วนหนึ่งมาใช้งาน ทดแทน หรือซ่อมบำรุงเครื่องจักรไม่ใช้เรื่องลำบาก โดยเฉพาะผู้ที่คุ้นเคยกับการใช้เครื่องมือขึ้นรูปพลาสติกในอุตสาหกรรม เช่น เครื่องฉีดขึ้นรูป (Injection molding) เครื่องอัดขึ้นรูป (Compression molding) หรือเป่าขึ้นรูป (Blow molding) พบว่าการใช้เครื่อง 3D Printer เป็นอะไรที่ง่าย และลงทุนต่ำมากในการผลิตชิ้นส่วน 1 ชิ้นส่วน อย่างไรก็ตามคำถามที่คนในภาคอุตสาหกรรมสงสัยคือ เราสามารถใช้ชิ้นส่วนที่ได้จากการพิมพ์ 3 มิติ แทนชิ้นส่วนปัจจุบันได้เลยมั้ย ? บทความนี้มีคำตอบครับ คนที่อยากทราบผลเลื่อนไปล่างสุดได้เลย
ในอดีตจนถึงปัจจุบัน กระบวนการผลิตชิ้นส่วนที่เป็นพลาสติกนิยมใช้เครื่องฉีดขึ้นรูป โดยมีหลักการใช้สกรูและชุดให้ความร้อน ดันพลาสติกหลอมเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์ ที่มีส่วนเว้าที่เรียกกันว่า “เบ้าพิมพ์” (Cavity) เป็นรูปร่างของชิ้นส่วนที่ให้เนื้อพลาสติกเติมเข้าไป และกลายเป็นชิ้นงานเมื่อเย็นตัว หรืออีกกระบวนการที่ใช้กันเยอะและคุ้นเคยคือ การเป่าขึ้นรูป ที่ใช้แรงดันลมอัดพลาสติกให้พองติดแม่พิมพ์กลายเป็นขวดน้ำดื่มที่เราใช้กัน
เครื่องฉีดขึ้นรูป
เครื่องเป่าขึ้นรูป
มองจากกระบวนการแล้ว การผลิตของ 1 ชิ้น มีต้นทุนที่สูงมาก ทั้งราคาเครื่องจักร ค่าแม่พิมพ์ ค่าจ้างแรงงาน ค่าไฟ อื่นๆอีกมากมาย ดังนั้นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ หรือเครื่อง 3D Printer สามารถช่วยลดต้นทุนได้อย่างมาก แต่ถ้าจำเป็นต้องผลิตเป็น 10,000 ชิ้น การผลิตแบบดั้งเดิมยังตอบสนองได้ดีกว่า
เริ่มต้นการทดสอบ
สิ่งที่น่าสนใจและเป็นคำถามคือ ความแข็งแรง ความทนทานของชิ้นส่วนจากเครื่อง 3D Printer ใช้แทนชิ้นส่วนจากเครื่องฉีดขึ้นรูป โดยใช้วัสดุเดียวกันได้มั้ย บทความนี้จึงได้ทดสอบโดยอ้างอิงการทดสอบมาตรฐานของวัสดุที่ใช้กันทั่วไป คือ มาตรฐาน ASTM D638 ซึ่งทดสอบความต้านทานแรงดึงของชิ้นงาน ถ้าอธิบายให้เข้าใจง่ายๆคือ วัสดุจะทนแรงดึงได้กี่กิโลกัรมก่อนที่จะฉีกขาด หรือผู้ชายที่โดนกิ๊ก 2 คน ดึงแขนคนละข้าง จะแขนขาดตอนดึงแรงแค่ไหน
การทดสอบใช้เครื่อง 3D Printer ตระกูล Reprap ทั่วไปตามบ้าน โดยวัสดุเป็น ABS ที่ทำเป็นเส้นเอง จากเม็ดพลาสติก ขึ้นรูปโดยใช้ infill 100% ความสูงชั้น 0.5 มิลลิเมตร ขณะที่เครื่องฉีดเป็นเครื่องฉีดขนาดเล็กแรงดัน 50 ตัน
พิมพ์ชิ้นงานทดสอบ ASTM D638
ผลการทดสอบ
ผลทดสอบแรงเรื่องความหนาแน่น (Density) ของชิ้นงาน พบว่าชิ้นงานทดสอบที่ได้จากการฉีดมีค่าประมาณ 1.052 g/cm³ ขณะที่ชิ้นงานจาก 3D Print มีค่า 1.036 หรือต่างกันประมาณ 1.5% แล้วมันสำคัญอย่างไร ?? จากผลดังกล่าวบอกได้ว่าชิ้นงานจากการฉีดเนื้อแน่นกว่า ความแข็งแรงก็น่าจะดีกว่า สาเหตุมาจากเวลาฉีดขึ้นรูปจนชิ้นงานเย็นตัวสนิทระหว่างนั้นจะมีการดันเนื้อพลาสติกเติมเข้าไปเพื่อชดเชยการหดตัวตลอด หรือภาษาช่างเรียกว่าแรงดันย้ำ (Holding pressure) ในขณะที่ 3D Printer ไม่สามารถทำได้
ผลต่อมาเป็นการทดสอบความแข็งแรงเมื่อจับไปดึง ซึ่งก็พบว่าชิ้นงานจากการฉีดแข็งแรงกว่าชิ้นงานจากเครื่อง 3D Printer อยู่ประมาณ 9% ถือว่าพอยอมรับได้ในระดับหนึ่ง อย่างไรก็ตามการทดสอบนี้ใช้ปริมาณ infill ที่ 100% แล้วความสูงชั้นตั้ง 0.5 มิลลิเมตร ซึ่งมากกว่าที่คนทั่วไปใช้พิมพ์งาน ซึ่งยังมีปัจจัยอีกหลายตัวที่เกี่ยวข้อง ในบทความถัดไปจะนำมาเสนอครับ
ที่มา: mechanical behaviour of ABS: an experimental study using FDM and injection moulding techniques
