Additive manufacturing ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือ
ไม่เพียงแต่อุตสาหกรรมเท่านั้น ยังคงรวมถึงห่วงโซ่อุปทานการต่อเรือที่ได้รับประโยชน์อย่างมากจากการบูรณาการด้วยการพิมพ์ 3 มิติที่รู้จักกันในชื่อ “additive manufacturing” (AM) โครงสร้างที่ซับซ้อนและส่วนประกอบทำจากวัสดุพลาสติก โลหะ หรือเซรามิก สามารถพิมพ์ขึ้นรูปได้เร็วขึ้น คุ้มค่า และมีประสิทธิภาพ แทนที่จะทำการตัดหรือเชื่อมโลหะและโลหะผสมต่าง ๆ ชิ้นส่วนอะไหล่และส่วนประกอบต่างๆ จะผลิตเป็นชิ้นๆ ได้ตามความต้องการ
สำหรับในอุตสาหกรรมการต่อเรือจะใช้เทคโนโลยการผลิต additive manufacturing เพื่อ
- ผลิตตัวเรือ ตัวยึด อะไหล่สำรอง
- ผลิตส่วนประกอบของเรือขนาดเล็ก และขนาดใหญ่
- ผลิตเพลาขนาดใหญ่ที่ใช้ในเรือ เนื่องจากเกิดการสึกหรอได้อย่างง่ายดาย
- ผลิตกระบอกสูบ
- และอื่นๆ
วัสดุที่นิยมใช้กับอุตสาหกรรมการต่อเรือด้วยวิธีการนี้ ได้แก่ พอลิเมอร์ โลหะ เป็นต้น ซึ่งระบบ metal additive manufacturing system ถูกใช้กับชิ้นส่วนที่ทำหน้าที่เป็นส่วนประกอบให้กับเครื่องจักรในการขับเคลื่อนของเรือ ส่วน polymer additive manufacturing นำมาสร้างเป็นองค์ประกอบภายนอกของเรือเป็นหลัก แต่อะไหล่เครื่องของเรือบางชิ้นก็ผลิตจากพอลิเมอร์ด้วยเหมือนกัน
3D Printing แบบนำมาประกอบต่อ
เมื่อก่อนการพิมพ์ชิ้นส่วนขนาดใหญ่จาก 3D Printer มักใช้การพิมพ์ออกมาเป็นส่วนๆ แล้วนำมาประกอบกันเป็นชิ้นเดียวกัน แต่ปัจจุบัน Additive manufacturing ได้รับการพัฒนาไปอย่างรวดเร็ว จนมาถึงอุตสาหกรรม Ship building เป็นแอพพลิเคชั่นการพิมพ์ 3 มิติให้กับเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ คือการสร้างเรือเดินทะเลได้อย่างสมบูรณ์แบบสำหรับการสร้างเป็นต้นแบบอย่างรวดเร็ว ด้วยการพิมพ์เพียงครั้งเดียวเท่านั้น
ในอดีตบริษัท Thermwood ได้ใช้กระบวนการ Large Scale Additive Manufacturing (LSAM) ออกแบบและใช้ในอุตสาหกรรมการต่อเรือเป็นครั้งแรก เครื่องพิมพ์ 3 มิติมีความสามารถในการพิมพ์ที่ใหญ่มาก มีขนาดถึง 20 x 100 ฟุต ซึ่งทำให้เป็นหนึ่งในเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในการใช้งานนี้ นอกจากนี้เครื่องยังมีหัวพิมพ์ที่สามารถเปลี่ยนจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็น 5-axis CNC
การทำแบบ CNC ทำให้บริษัทมีข้อได้เปรียบที่แตกต่างในด้านคุณภาพและความแม่นยำของตัวเรือต้นแบบ แต่การใช้เทคโนโลยี 3D Printing ช่วยให้สามารถพิมพ์ต้นแบบโดยใช้ ABS เสริมด้วยคาร์บอนไฟเบอร์ (carbon fiber reinforced ABS) รูปร่างสุดท้ายมีความแม่นยำในระดับที่สูงขึ้น เพราะการทำตัวเรือหรือลำเรือต้องอาศัยความแม่นยำจากต้นแบบเป็นแม่พิมพ์บวกกับการขึ้นรูปไฟเบอร์กลาสในภายหลังของการผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย
ในการทำแม่พิมพ์ตัวเรือนั้มีขั้นตอนที่สำคัญๆ ดังต่อไปนี้
- การแบบและขึ้นรูปด้วย 3D Printing
- CNC เพื่อสร้างรูปร่างของตัวเรือที่พิมพ์ 3 มิติให้มีความสวยงามยิ่งขึ้น
- ตกแต่งและทาเคลือบสีให้เรียบ
- ขึ้นโครงและโมลไฟเบอร์กลาส
Thermwood ยังใช้เครื่องนี้ในการสร้างต้นแบบตัวเรือดำน้ำ, ปีกเฮลิคอปเตอร์ และ speed boat ให้กับกองทัพสหรัฐอเมริกา เนื่องจากขนาด ความซับซ้อน และแอปพลิเคชั่นที่ไม่ซ้ำใครในอุตสาหกรรมการต่อเรือ ซึ่งผลิตภัณฑ์นั้นมีไว้สำหรับลูกค้าในโรงงานอุตสาหกรรม
3D Printer แบบเสร็จในครั้งเดียว
เครื่องพิมพ์พอลิเมอร์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในโลก สามารถพิมพ์เรือ 3 มิติที่มีขนาดการพิมพ์ใหญ่ที่สุดในโลก ให้สำเร็จได้ โดยไม่ต้องใช้การเชื่อมต่อใดๆ เลย โดยทีมผู้สร้างชื่อเสียงครั้งนี้ คือ University of Maine กำลังนำไปใช้เพื่อทำลายสถิติแล้ว ซึ่งทาง University’s Advanced Structures and Composites Center ได้สร้างเรือจากการพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในโลก ขนาดของ ship building ยาว 100 ฟุต กว้าง 22 ฟุต และสูง 10 ฟุต ด้วยการผสมผสานระหว่างเส้นใยเซลลูโลสระดับนาโนและไมโคร (cellulosic nano and micro fibers) กับวัสดุเทอร์โมพลาสติก
การออกแบบเรือและความร่วมมือของพันธมิตรทางอุตสาหกรรมของ UMaine Composites Center แสดงถึงการใช้พลาสติกที่ทำจากไม้ 50% แม่พิมพ์และส่วนประกอบของเรือนั้นผลิตได้รวดเร็ว ราคาประหยัด เมื่อเทียบกับวิธีการแบบดั้งเดิม
นวัตกรรมที่แตกต่างไปจากเดิมนี้ได้ทำลายสถิติ Guinness World Records หลายแห่งและเป็นที่ยอรับจากเจ้าหน้าที่ของรัฐ นักวิจัย และบุคลากรทางทหาร โดยทาง University’s Advanced Structures and Composites Center ได้ทำลายสถิติใน 3 เรื่องที่แตกจากของเดิมในวันที่ 10 ตุลาคม 2019 ได้แก่
- การพิมพ์เพียงครั้งเดียว
- เป็นเครื่องพิมพ์ 3D พอลิเมอร์ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
- วัตถุที่พิมพ์เป็นของแข็ง 3 มิติที่ใหญ่ที่สุด และเรือจากการพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุด
ในอนาคตการวิจัยในเรื่องวัสดุอย่าง cellulose nano fiber (CNF) เพื่อการใช้งานและการผสมกับเทอร์โมพลาสติก และสร้างระบบวัสดุรีไซเคิลที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ สามารถพัฒนาได้ด้วยคุณสมบัติที่อาจเทียบเคียงกับวัสดุแบบดั้งเดิมซึ่งอาจรวมถึงโลหะด้วย
