การผลิตและหล่องานจิวเวลรี (Jewelry Casting) โดยเครื่อง 3D Printer
ปัจจุบันการผลิตงานจิวเวลรีโดยใช้เครื่อง Resin 3D Printer ทั่วไป ในการทำงานต้นแบบ งาน Master เพื่อไปทำพิมพ์ และงานหล่อตรง (Direct Casting) มากขึ้นเรื่อยๆ สำหรับงานหล่อตรงหลายคนอาจพบปัญหาด้านคุณภาพในการหล่อ ทำให้เสียทั้งเวลา วัสดุ และต้นทุนจำนวนมาก โดยเฉพาะการหล่องานจาก Castable Resin และ Wax Resin ที่มาจากเครื่อง 3D Printer มักพบปัญหามากกว่าการหล่อจากเทียน (Real Wax) พอสมควร
จากประสบการณ์ที่คร่ำหวอดในอุตสาหกรรมนี้ ศาสตร์ของการหล่อโลหะมีปัจจัยที่เกี่ยวหลายตัวแปร ทุกๆ ขั้นตอนการทำงาน และทุกปัจจัยล้วนส่งผลต่อคุณภาพของงานทั้งสิ้น ดังนั้น การแก้ไขปัญหาให้ตรงจุด จำเป็นต้องใช้ข้อมูลที่ครบถ้วนในการวิเคราะห์ หากพบปัญหา การเตรียมข้อมูลเหล่านี้ให้พร้อมเป็นสิ่งสำคัญมาก
- ชนิดของ Wax Resin ที่ใช้ ขั้นตอนในการล้าง และสารเคมีที่ใช้ในการล้าง
- ขั้นตอนหลังล้างชิ้นงานเสร็จ
- ชนิดของปูน อัตราส่วนผสมของน้ำและตัวปูน
- ขั้นตอนการเตรียมปูนหล่อ การพักปูน
- การตั้งอุณหภูมิในการหล่อ
- ขนาดของเป้าหล่อ
- การดีไซน์ทางเข้าของน้ำโลหะ
- เครื่องหล่อแบบเหวี่ยง หรือแบบสุญญากาศ
ปัญหาที่มักเกิดขึ้นในการหล่องานจิวเวลรี (Defect in Jewelry Casting)
สำหรับการหล่องานโลหะ ข้อมูลที่ควรเตรียมพร้อมเพื่อใช้ในการวิเคราะห์และแก้ไขปัญหานอกจากขั้นตอนในการเตรียมชิ้นงานจากเครื่อง Resin 3D Printer แล้ว ยังมีเรื่องของชนิด Wax Resin ที่ใช้ ชนิดของปูนหล่อ (Investment, Powder) อัตราส่วนผสมของน้ำและปูนหล่อ รวมถึงการตั้งอุณหภูมิในการหล่อด้วย
ปัญหาจากการดีไซน์ทางเข้าของน้ำโลหะไม่เหมาะสม
- รูพรุนภายในชิ้นงาน
- เนื้องานภายในมีปัญหา ไม่เนียนเรียบ
- การหดตัวของโลหะ
ปัญหาจากการเตรียมปูนหล่อไม่เหมาะสม (Investment)
- มีครีบของโลหะโผล่ออกมาจากชิ้นงาน (Flash)
- ผิวชิ้นงานไม่เรียบ ขรุขระ บางส่วนหรือตลอดชิ้นงาน
- มีฟองอากาศภายในชิ้นงาน
- ปูนหล่อผุ พัง หรือแตกเสียหาย
ปัญหาจากการอุณหภูมิคลาดเคลื่อน
- อุณหภูมิหล่อไม่เหมาะสม (ส่วนมากอุณหภูมิน้อยเกินไป)
- ผิวชิ้นงานมีสีส้ม ส่วนที่หนา หรือส่วนบนของต้นเทียน (ปลายสุดของการหล่อ)
- การเกิดออกซิเดชั่นของน้ำโลหะมากเกินไป
ปัญหาจากการใช้โลหะซ้ำ
- มีส่วนแตกหัก หรือขาดหายไป
- มีตำหนิเฉพาะจุด หรือสีแตกต่างจากส่วนอื่น
ปัญหาจากการการตั้งอุณหภูมิตอนหล่อ
- รูพรุน หรือส่วนแตกหัก
- คุณภาพผิวไม่สม่ำเสมอทั้งชิ้นงาน
1. ปัญหาจากการดีไซน์ทางเข้าของน้ำโลหะไม่เหมาะสม (Sprue, Feed Design)
- “ทางเข้า” ในที่นี้จะใช้คำว่า “Sprue, Gate, Feeding”
- การออกแบบ Sprue ไม่เหมาะสม ทำให้การไหลของน้ำโลหะเพื่อเติมเต็มเบ้าชิ้นงานเป็นไปได้ยากขึ้น โดยปกติมักดีไซน์ให้มีขนาดประมาณ 25% ของพื้นที่หน้าตัดที่สัมผัส และมีความยาวอยู่ในช่วง 5-20 mm
- บริเวณจุดเชื่อมต่อระหว่างตัวทางเข้า (Sprue) ไม่สมบูรณ์ มีส่วนที่เป็นจุดแหลมยื่นออกมา ก่อให้เกิดการไหลไม่เหมาะสมและโพรงอากาศ (Void) ตามมา
- ปัญหาที่พบอีกกรณี คือ มีทางเข้าหลายทาง ทั้งนี้ แต่ละช่องทางไม่ควรใกล้กันมากเกินไป เพราะจะทำให้โลหะแต่ละส่วนไหลมาประสานกันได้ไม่ดีหรือเกิดโพรงอากาศขึ้น
- ในส่วนของจุดเชื่อมต่อ หากมีโพรงอากาศ หรือรอยแยก รอยต่อที่ไม่สมบูรณ์ เวลาเทน้ำโลหะไปแล้ว อาจมีโอกาสที่จุดนี้จะแตกหักได้ เนื่องจากอุณหภูมิที่สูงมาก
2. ปัญหาจากตัวปูนหล่อ (Investment)
- “ปูนหล่อ” ในที่นี้จะใช้คำว่า “Investment”
- ขั้นตอนการเตรียมปูนหล่อเป็นอีกขั้นตอนที่มักโดนมองข้าม และเป็นสาเหตุหลักของการหล่องานไม่ได้คุณภาพตามที่ต้องการ
- สิ่งสำคัญ คือ ปริมาณอัตราส่วนผสมของน้ำและตัวปูนต้องได้มาตรฐาน รวมถึงเวลาที่ใช้ในการผสมจนไปถึงขั้นตอนเทลงเบ้าหล่อ ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดของผู้ผลิต
- การผสมที่นานเกินไปจนปูนหนืด อาจทำให้มีปัญหาเรื่องความแข็งแรง ส่วนเร็วเกินไปอาจส่งผลให้ปูนผสมเข้ากันได้ไม่ดี
- โดยปกติ Bluecast จะแนะนำให้ผสมน้ำกลั่นกับปูนหล่อตามอัตราส่วนที่ 37:100 เช่น แบรนด์ Plasticast, Optima Prestige, SRS Classic หรือ X-Vest ที่ 38:100 จากนั้นพักตัวเบ้าหล่อไว้ 2 ชั่วโมง ก่อนเริ่มเข้าสู่กระบวนการหล่อ
3. ปัญหาจากอุณหภูมิในการหล่อ (Casting Temperature)
- อุณหภูมิการหล่อ คืออุณหภูมิสุดท้าย ก่อนที่จะเทน้ำโลหะเข้าไป
- โดยปกติ เมื่ออุณหภูมิในการหล่อสูงเกินไป มักจะสังเกตเห็นถึงผิวเปลือกส้ม (Orange Peel) มีลักษณะผิวขรุขระหรือโพรงอากาศร่วมอยู่ด้วย ซึ่งไม่ควรเกิดขึ้น เกิดจากสารเคมีบางตัวในปูนหล่อโดนอุณหภูมิจากน้ำโลหะที่สูงไป ทำให้เกิดปรากฎการณ์เปรียบได้กับการทอด (เวลาทำอาหาร)
- หากอุณหภูมิต่ำเกินไป มักทำให้โลหะไหลได้ไม่เต็มเบ้าพิมพ์ โดยเฉพาะส่วนที่มีรายละเอียดเล็กๆ ซึ่งต้องการสมบัติในการไหลที่ดี
- ดังนั้น การหล่อโลหะชนิดใดก็ตาม ควรเช็คการตั้งอุณหภูมิที่เหมาะสมจากทางผู้ผลิตโลหะนั้นๆ หรือสามารถดู Guide เบื้องต้นได้จากตารางด้านล่าง
| โลหะ (Alloy) | ความร้อนโลหะ (°C) | อุณหภูมิ flask (°C) |
|---|---|---|
| Silver 925 | 1020 | 580 |
| 18K Gold | 1080 | 600 |
| Brass | 1000 | 550 |
| Platinum | 1790 | 840 |
- นอกจากอุณหภูมิหล่อแล้ว ลำดับการเพิ่มอุณหภูมิในการหล่อ หรือ Casting Profile ก็มีความสำคัญเช่นเดียวกัน ซึ่งมักมี Guide หรือการตั้งค่าจากทางผู้ผลิต
- ตัวอย่าง X-Wax และ X-Wax Filigree จาก Bluecast
| Cycle | Stage | รายละเอียด |
|---|---|---|
| Recommended Burnout Cycle | Stage 1 | Ramp up from 0°C to 150°C / Hold at 150°C for 2 hours |
| Stage 2 | Ramp up from 150°C to 700°C / Hold at 700°C for 3 hours Then cool down to casting temperature | |
| Standard Burnout Cycle | Stage 1 | Ramp up from 0°C to 150°C / Hold at 150°C for 2 hours |
| Stage 2 | Ramp up from 150°C to 450°C / Hold at 450°C for 2 hours | |
| Stage 3 | Ramp up from 450°C to 700°C / Hold at 700°C for 3 hours Then cool down to casting temperature | |
| Fast Burnout Cycle | Stage 1 | Ramp up from 0°C to 720°C / Hold at 720°C for 2 hours Then cool down to casting temperature |
4. ปัญหาจากการใช้โลหะซ้ำๆ ในปริมาณที่สูงเกินไป
- การนำโลหะที่ผ่านการหล่อและหลอมเหลวมาแล้วกลับมาใช้ซ้ำ หรือผสมของใหม่ในปริมาณที่สูงเกิน มีโอกาสก่อให้เกิดตำหนิ เช่น งานเปราะ แตกหักง่าย สีไม่สม่ำเสมอ หรือมีการบิดเบี้ยวไม่เป็นไปตามแบบที่ต้องการ
- เงิน ทองคำ แพลตทินัม และพลาเลเดียมเป็นตระกูลโลหะมีค่า (noble metals) และเป็นพื้นฐานของอัลลอยที่เป็นที่รู้จักมากที่สุดในการทำเครื่องประดับ เช่น ทองคำ 18 กะรัต หรือเงิน 925 โดยทั่วไปแล้วจะมีปฏิกิริยาน้อยกว่าธาตุอื่นๆ การมีปฏิกิริยาที่ต่ำกว่านี้มาจากความเสถียรของการจัดเรียงอิเล็กตรอน ทำให้มีโอกาสเกิดปฏิกิริยาทางเคมีต่ำกว่าโลหะชนิดอื่นๆ
- โลหะอัลลอยด์ตระกูล ซิงค์ ทองแดง ดีบุก มักมีโอกาสเกิดออกซิเดชันง่ายจากเศษโลหะ ทำให้เปลี่ยนโครงสร้างทางเคมีบางส่วนไป
- โลหะที่ผ่านการหลอมเหลวแล้ว มักดูดแก๊สจากสิ่งแวดล้อมรอบข้าง ทำให้มีความพรุน เปราะ และแตกหักง่ายกว่า
- นอกจากนี้ ยังมีโอกาสที่สารเคมีบางตัวจะแปรสภาพไป ทำให้สีของโลหะเปลี่ยนตามไปด้วย
- ไม่ควรใช้โลหะรีไซเคิลเกิน 30% ในการหล่อ รวมถึงโลหะควรผ่านการหลอมเหลวและตรวจสอบความบริสุทธิ์ก่อนนำมาใช้
5. การเผาไหม้ Wax ที่ไม่สมบูรณ์ (Incomplete Investment)
ปัญหาการเผาไหม้ Wax ที่ไม่สมบูรณ์ มักเกิดจากสาเหตุ ดังต่อไปนี้
- อุณหภูมิต่ำเกินไป หรือระยะเวลาในการให้ความร้อนไม่เพียงพอ
- การระบายอากาศทำได้ไม่ดี หรือมีปริมาณออกซิเจนน้อยเกินไปในเตาเผา ซึ่งอาจแก้ไขได้ โดยการเปิดประตูเตาเผาหรือพลิกเบ้าหล่อช่วงเตรียมเทโลหะ อาจสามารถช่วยได้ส่วนหนึ่ง
โพรงอากาศที่เกิดขึ้นทั้งที่ผิวภายนอกและภายใน หรือแม้แต่จุดดำที่ชิ้นงาน สาเหตุส่วนหนึ่งมาจากการเซ็ตอุณหภูมิที่ไม่ตรงกับอุณหภูมิภายในเตาจริง ดังนั้น ควรตรวจสอบอุณหภูมิด้วยตัววัดเพื่อเช็คค่าที่ถูกต้องก่อน โดยเฉพาะเตาเผาขนาดใหญ่ที่อุณหภูมิแต่ละส่วนของเตา อาจทำอุณหภูมิได้ไม่ทั่วถึงเท่ากันทั้งเตา เช่น บริเวณด้านหลังและด้านบน ซึ่งมักมีอุณหภูมิสูงกว่าบริเวณด้านหน้าเสมอ
ที่มาของบทความนี้ (Problem in Jewelry Casting)
สนใจเรซินหล่อตรงของ Bluecast
