• sales
  • 064-931-9191
  • admin@sync-innovation.com
  • support
  • 095-778-1204
  • support@sync-innovation.com
  • mon-sat 8:00-19:00
Menu

5 วัสดุโลหะยอดนิยมสำหรับเครื่อง SLM 3D Printer

เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะด้วยเครื่อง SLM 3D Printer

เป็นสิ่งที่ได้รับความสนใจมากในรอบหลายปีที่ผ่านมากับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ ซึ่งสามารถที่จะเปลี่ยนแปลงการออกแบบผลิตภัณฑ์ ระยะเวลาการผลิต และต้นทุนได้มหาศาล แต่ทั้งนี้ราคาที่ต้องจ่ายให้กับเครื่อง SLM 3D Printer ก็อยู่ในระดับสูงมาก เหมือนเครื่องจักรราคาแพงเครื่องหนึ่ง ดังนั้นจึงมีแต่อุตสาหกรรมขนาดใหญ่ที่ลงทุนซื้อไว้ใช้งานได้ ในไทยเอง จำนวนเครื่องก็มีจำนวนไม่เยอะ เพราะบ้านเราเน้นผลิต OEM หรือผลิตจำนวนมาก ราคาเฉลี่ยไม่ได้สูงคุ้มค่าการลงทุน อย่างไรก็ตามในอีก 10-20 ปี ข้างหน้า ราคาเครื่องและวัสดุมีแนวโน้มที่จะถูกลงเรื่อยๆ จน SME สามารถที่จะลงทุนได้ หากนักธุรกิจท่านใดจับกระแส คำนวนต้นทุน-กำไร ถึงจุดเหมาะสมได้ก่อน ก็สามารถก้าวนำคู่แข่งไปได้ไม่ยาก ส่วนใครที่ยังไม่แน่ใจว่าตัวเองเหมาะกับเทคโนโลยีใดลองอ่านบทความนี้ครับ “ข้อมูลเทคโนโลยี 3D Printer” หรือใครที่กำลังสนใจงานพิมพ์โลหะลองเริ่มต้นจากบทความนี้ครับ “แนะนำเทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ

หลักการทำงานของเครื่อง SLM 3D Printer หรือ Selective Laser Melting นั้น ใช้แสงเลเซอร์พลังงานสูง ซึ่งมีทั้งแบบ CO2 หรือ Fiber ขึ้นอยู่กับยี่ห้อ (ปัจจุบันมีระบบ Blue Diode ที่ญี่ปุ่นพัฒนาขึ้นด้วย) ยิงไปที่ผงโลหะเพื่อให้เกิดการหลอมละลายติดกัน ซึ่งวัสดุแต่ละชนิดก็มีการตั้งค่าตัวแปรการทำงานที่แตกต่างกัน ทั้งนี้วัสดุหลักของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบโลหะ มีด้วยกัน 5 ชนิดคือ ข้อมูลจาก Grandviewresearch

    1. ไทเทเนียม (Titanium) วัสดุน้ำหนักเบา ความแข็งแรงสูง รองรับงานด้านการแพทย์
    2. กลุ่มนิกเกิล (Nickel) มักผสมกับโลหะอื่น เช่น นิกเกิล-โครเมียม (Inconel) เป็นโลหะที่ความแข็งแรงและทนความร้อนสูง
    3. กลุ่มสตีล (Steel) มักผสมกับโลหะอื่นเช่นเดียวกัน เช่น สแตนเลสสตีล 316L, 17PH-4 ซึ่งเป็นที่นิยมใช้
    4. อลูมิเนียม (Aluminium) น้ำหนักเบา ความแข็งแรงระดับกลางๆ นำไป Machine ต่อด้วย CNC หรือเครื่องจักรอื่นๆได้ง่าย
    5. โลหะอื่นๆ เช่น โคบอลต์โครเมี่ยม ทองเหลือง ทอง เป็นต้น

ทั้งนี้โลหะผสม หรือที่เรียกกันว่าอัลลอยด์นั้น (Alloy) จะมีราคาของวัสดุที่ค่อนสูง ดังนั้นจึงใช้ในงานที่จำเป็น และต้องการสมบัติที่แตกต่างจากวัสดุเดิม

EOS Metal 3D printer samp

1. ไทเทเนียม (Titanium)

เป็นวัสดุโลหะยอดนิยมที่มีความแข็งแรงสูง ทั้งการต้านต่อแรงดึง แรงดัด รวมถึงมีความหนาแน่นต่ำ ทำให้เป็นโลหะที่มีความแข็งแรง/น้ำหนักสูง จุดหลอมเหลวสูงถึง 1,600 องศาเซลเซียส  จึงมักนิยมนำวัสดุนี้ไปใช้งานด้านอากาศยาน หรืออวกาศเนื่องจากสมบัติดังกล่าว

ในส่วนของด้านการแพทย์ มักใช้ไปผลิตเป็นกระดูกเทียมที่ส่วนต่างๆของร่างกาย ทั้งขา เข่า หลัง หรือกระโหลก ซึ่งสามารถปลูกฝังในตัวคนไข้ได้ โดยไม่มีปฏิกิริยาต่อร่างกาย (อยู่ในร่างกายได้ตลอดไม่ต้องผ่าเอาออก) จึงจัดเป็นวัสดุชีวภาพยอดนิยมชนิดหนึ่ง (Bio Materials) ทั้งนี้ตัวไทเทเนียมจะมีการเติมโลหะหลากหลายชนิดเพื่อเสริมสมบัติต่างๆ เช่น โลหะทั่วไป ในส่วนของงาน 3D Printed เองที่นิยมใช้จะเป็น Titanium 6AI-4V ที่มีส่วนผสมของ Titanium (88-90%) Aluminum (5.50-6.5%) และ Vanadium (3.50-4.50%)  (ที่มา: Sculpteo) หรือวัสดุระดับสูงอย่าง Ti Grade 2 สำหรับงานด้านการแพทย์โดยเฉพาะ

 

ที่มา: sculpteo
Biopart from slm 3d printer
ที่มา: sculpteo

สำหรับเครื่อง 3D Printer วัสดุไทเทเนียมนั้น เครื่องส่วนใหญ่เกือบทุกยี่ห้อจะรองรับโลหะชนิดนี้อยู่แล้ว (อีกกลุ่มที่นิยมคือตระกูลนิกเกิล) การเลือกซื้อเครื่องจึงควรมุ่งเน้นไปที่วัสดุที่ผู้ผลิตมีเป็นมาตรฐานไว้ให้ ว่าเหมาะสมกับการนำไปใช้ในระดับไหน หรือต้องมีการปรับสูตร ส่วนผสมเพิ่มเติม ซึ่งจะมีค่าใช้จ่ายในระดับสูงอีกนอกจากตัวเครื่อง

2. กลุ่มนิกเกิล (Nickel)

ที่ใช้คำว่ากลุ่มเนื่องจากปกติจะไม่มีการพิมพ์นิกเกิลเพียงชนิดเดียว แต่มักมีการผสมเข้ากับโลหะอื่นๆ โดยตัวยอดนิยมคือการผสมเข้ากับโครเมียม (Chromium) ในปริมาณ 14-30 % โมลิบดินัม (Molybdenum) ในปริมาณ 8-10 % และเหล็ก (Ferrum) 3-10% กลุ่มนี้เรียกว่า “อินโคเนล (Inconel)” เป็นอีกวัสดุอีกชนิดที่นิยมใช้สำหรับการพิมพ์สามมิติ โดยเฉพาะ Inconel 620 625  718 และ 939 ส่วนใหญ่เครื่องตามท้องตลาดจะรองรับ หรือหากไม่มีก็สามารถปรับแก้พารามิเตอร์ในการพิมพ์เพื่อทดลองใช้ได้

สมบัติหลักๆของอินโคเนล คือการทนการกัดกร่อน และอุณหภูมิในระดับสูง บางเกรดสูงถึง 1400 องศาเซลเซียส โดยที่สมบัติความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งเป็นจุดเด่นเหนือโลหะชนิดอื่นๆ ดังนั้นการใช้งานหลักก็อยู่ในกลุ่มอุตสาหกรรมอากาศยานเป็นหลัก เช่น พวกเทอร์ไบน์ ชิ้นส่วนหลอมเหลวเหลวเผาไหม้ในเครื่องยนต์ หรือชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมปิโตรเลียมที่มีการกัดกร่อนทางเคมีสูง บางกลุ่มก็ไปผลิตเป็นฟิลเตอร์กรองสารเคมีชนิดต่างๆ

Turbine Blade
Turbine Blade ที่มา: Michigan Technological University
Airfoilsที่มา: Michigan Technological University

3. กลุ่มสตีล (Steel)

หากเป็นผู้ผลิตเครื่องบางครั้งจะจัดอยู่ในหมวด Tool และ Stainless Steel วัสดุหลักที่ใช้งานคือ แสตนเลสสตีล 316L 17P4-H และ  H13 กลุ่มนี้ สมบัติโลหะในกลุ่มนี้หลากหลายมากขึ้นอยู่กับว่าไปผสมกับโลหะชนิดใด ยกตัวอย่าง

กลุ่มย่อยแสตนเลสสตีล ที่มีการผสม โครเมียม นิกเกิล และโมลิบดินัมเข้าไป เพื่อให้ทนต่อการกัดกร่อน โดยเฉพาะสารกลุ่มคลอรีน และมีความแข็ง เหนียว เหมาะกับการใช้งานในอุตสาหกรรมเคมี อาหาร หรืออากาศยาน

กลุ่มย่อย Tool จะผสมโลหะเพื่อเสริมด้านความแข็ง ทนต่อแรงอัด และเหนียวให้มากขึ้นเหมาะกับการไปผลิตเป็น Jig&Fixture, อินเสิร์ต ใน Injection Mold ที่ไม่มีการกัดกร่อน สารเคมีในการใช้งาน

Injection mold cooling channel 3D Printed ที่มา: https://www.researchgate.net/publication/288725315_Direct_Rapid_Tooling
Jig slm 3d printer
Markforged H13 Application on Jix&Fixture ที่มา: https://www.metal-am.com

4. กลุ่มอลูมิเนียม (Aluminium)

อลูมิเนียมเป็นโลหะที่เน้นการใช้งาน ที่ต้องการความแข็งแรง/น้ำหนักสูง หรือทำเป็นส่วนของครีบระบายอากาศ (Fin) หรือสำหรับคนทั่วไปที่ต้องการใช้ชิ้นงานโลหะจาก 3D Printing ในการผลิตชิ้นส่วนใช้เอง จำหน่ายจำนวนน้อยๆ หรือทดแทนอะไหล่ที่หาไม่ได้แล้ว อลูมิเนียมก็เป็นวัสดุเริ่มต้นที่ดี เนื่องจากมีราคาถูกสุดในท้องตลาดปัจจุบัน สำหรับเกรดที่มีใช้ในปัจจุบันจะมี

  • AlSi10Mg สมบัติอยู่ในระดับกลางๆ  เป็นที่นิยมใช้
  • AlSi7Mg0.6 โดดเด่นด้านการนำความร้อน เหมาะกับการผลิตเป็น Fin หรือครีบระบายอากาศ
  • AlSi9Cu3 มีการใส่ทองแดง (Copper) เพิ่มเข้ามา ทำให้การใช้งานที่อุณหภูมิสูงดีขึ้น
Heat Exchangers slm 3d printer
3D Printed Heat Exchanger ที่มา: 3D Systems

5. โลหะอื่นๆ

กลุ่มทองแดง Copper

มีความโดดเด่นด้านการทนทานต่อเกลือดังนั้นจึงมักนำไปใช้ผลิตเป็น Housing หุ้มชิ้นส่วนอื่นในงานทางทะเลอีกต่อหนึ่ง หรืองานด้านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนก็ยังทำงานได้ดี (โดยปกติทองแดงนำความร้อนดีกว่าอลูมิเนียม)

Copper SLM 3D Printer
3D Printed Heat Exchanger ที่มา: 3D Systems

สรุปวัสดุโลหะสำหรับเครื่อง SLM 3D Printer

ในบทความเน้นไปที่วัสดุมาตรฐานที่หลายเครื่องพิมพ์รองรับอยู่แล้ว ในขณะที่ระดับอุตสาหกรรมจริง อาจจะต้องมีการพัฒนาสูตรหรือส่วนผสมโดยเฉพาะ ซึ่งสามารถทดลองได้จากข้อมูลของลวดเชื่อม ซึ่งมีแหล่งที่มาคล้ายผงโลหะของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อใช้ทดสอบ ศึกษาสมบัติ ก่อนที่จะขึ้นจริงได้ ข้อมูลในบทความนี้ก็จะอัพเดดมากขึ้นเรื่อยๆ ตามความก้าวหน้าเทคโนโลยี

แหล่งอ้างอิงด้านวัสดุจากผู้ผลิตและจำหน่ายเครื่อง

  1. Concept Laser
  2. SLM Solution
  3. 3D systems
  4. EOS
  5. Markforge
  6. Desktop Metal

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on pinterest
Pinterest

สนใจเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เรามีเครื่องที่ตอบโจทย์การใช้งานทุกประเภท ตั้งแต่บุคคลเริ่มต้นจนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ พร้อมให้คำแนะนำการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนมากที่สุด

ติดตามข่าวสารและบทความ

บทความน่าสนใจอื่นๆ

Injection molding with 3D model
3D Printing Technology

3D Printing กับ Injection molding

การพิมพ์ 3 มิติและการฉีดขึ้นรูปอาจเป็นกระบวนการที่แตกต่างกันอย่างมาก แต่ทั้งคู่ต่างก็มีส่วนสำคัญในการผลิต โดย

อ่านต่อ
Youtube logo
3D Printing Technology

แนะนำ Youtube Channel ที่น่าสนใจสำหรับ Maker สาย 3D Printing

สำหรับยุคนี้การสื่อสารผ่านช่องทางอย่าง Facebook Youtube ได้รับความนิยมมากกว่าการทำคอนเทนต์ที่เป็นตัวอักษรบนเวบไซต์อย่างเดียวไปแล้ว เนื่องจากเป็นการสื่อสารที่เห็นภาพ

อ่านต่อ