ทำไมต้องใช้ Aerospace 3D Printing
ด้วยความสามารถในการผลิต และการออกแบบชิ้นส่วนที่ซับซ้อน มีน้ำหนักเบา และลดต้นทุนนั้นการผลิตจากเทคโนโลยี Aerospace 3D Printing มีข้อได้เปรียบมากมายสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อย่างไรก็ตาม ผู้ผลิตตัวการสำคัญ และผู้มีอำนาจรายหลักๆ ในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องบิน เช่น GE, Airbus, MOOG, Safran, GKN เป็นต้น บริษัทเหล่านี้ไม่เพียงแต่ใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยี Aerospace 3D Printing เท่านั้น แต่ยังพัฒนาให้ก้าวหน้าด้วยการวิจัยและทดสอบอย่างต่อเนื่องจนประสบความสำเร็จ ซึ่งได้รับประโยชน์จากการพิมพ์ 3 มิติหลายด้าน ได้แก่
(https://travelwopp.com/the-benefits-of-exploring-the-world/)
1. คุ้มค่ากับการผลิตในปริมาณน้อยๆ
2. ลดน้ำหนักได้ดี
น้ำหนักเป็นปัจจัยหลักของเครื่องบินในการวัดอัตราการใช้เชื้อเพลิง และสมรรถนะเครื่องยนต์ที่ยาวนาน น้ำหนักเป็นสิ่งที่ต้องพิจารณาเมื่อมีการออกแบบเครื่องบินเพื่อการผลิตในเชิงพาณิชย์ การลดน้ำหนักของเครื่องบิน (Weight reduction) อย่างมีนัยสำคัญต่อการลดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้เชื้อเพลิงและน้ำหนักบรรทุก รวมถึงเครื่องบินรบเพื่อติดตังขีปนาวุธ ระเบิด และจรวด สำหรับใช้ในการทำสงคราม สามารถบินได้เร็วกว่าและมีอ
3. วัสดุมีประสิทธิภาพ
4. ประกอบเข้ากับส่วนอื่นๆ ได้
แม้ว่าวัสดุที่นำมาใช้จะไม่ใช่ชนิดเดียวกันก็ตาม แต่หนึ่งในประโยชน์หลักของ Aerospace 3D Printing คือการสวมประกอบหรือรวมชิ้นส่วนหลายๆ ส่วนเข้าด้วยกันได้ หรือทำขึ้นมาเป็นชิ้นเดียวเลย การลดจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องการสามารถลดความซับซ้อนของกระบวนการประกอบและบำรุงรักษาได้อย่างมากโดยลดระยะเวลาที่ต้องใช้ในการประกอบ ยกตัวอย่างเช่น บริษัท GE ผลิตหัวฉีดเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์เจ็ท โดยใช้ AM การออกแบบสำหรับ AM ทำให้บริษัทสามารถนำจำนวนส่วนประกอบที่ต้องการจาก 20 เหลือเพียง 1 เท่านั้น
5. การบำรุงรักษาและซ่อมแซมได้ง่ายมากขึ้น
อายุเฉลี่ยของเครื่องบินสามารถใช้งานอยู่ในช่วงระหว่าง 20 ถึง 30 ปี ทำให้การบำรุงรักษาซ่อมแซมและยกเครื่อง (Maintenance and repair) เป็นหน้าที่สำคัญในอุตสาหกรรมการบิน ซึ่งเทคโนโลยีการพิมพ์โลหะ 3 มิติ เช่น Direct Energy Deposition มักใช้เพื่อซ่อมแซมอากาศยานและอุปกรณ์ทางทหาร ใบพัด กังหัน และอุปกรณ์อื่นๆ สามารถเปลี่ยนและซ่อมแซมได้ตามต้องการ
วัสดุที่ใช้กับ Aerospace 3D Printing
Material ; PEEK
(https://www.3dxtech.com/thermax-peek-gf20/)
Material ; PEKK
(https://www.3dxtech.com/thermax-pekk-a/)
การใช้กระบวนการผลิตจาก Aerospace 3D Printing มีความสัมพันธ์และสอดคล้องกับการเลือกใช้วัสดุ เพื่อความคุ้มค่ากับการผลิตและการนำไปใช้งานอย่างเต็มประสิทธิภาพ เพราะวัสดุมีคุณสมบัติความแตกต่างกันไปตั้งแต่เทอร์โมพลาสติกเกรดวิศวกรรม เช่น ULTEM 9085, ULTEM 1010, Nylon 12 FR เป็นต้น ไปจนถึงผงโลหะ ได้แก่ ไทเทเนียม, อลูมิเนียม, สแตนเลส, โลหะผสมต่างๆ เป็นต้น ล้วนส่งผลต่อวิธีการผลิตทั้งสิ้น แล้วแอปพลิเคชันของ Aerospace 3D printing ที่น่าสนใจมีอะไรบ้าง !!!
1. เครื่องมือ และชิ้นส่วนประกอบ
ธุรกิจการบินและอวกาศของ OEM และซัพพลายเออร์ได้รับการยอมรับให้ผลิตชิ้นส่วน อะไหล่ และเครื่องมือจากการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งเป็นอุปกรณ์กำหนดตำแหน่งการทำงานของชิ้นงาน เช่น ตำแหน่งการเจาะ, ตำแหน่งการเดินมีด, ตำแหน่งการประกอบชิ้นส่วน เป็นต้น รวมถึงอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อรองรับการทำงานซ้ำๆ บนชิ้นงานแบบเดียวกัน
กลุ่มเครื่องบิน Moog นำการพิมพ์แบบ Aerospace 3D Printing มาใช้เพื่อผลิตเครื่องมือที่จำเป็นอย่าง เครื่องวัด 3 มิติ หรือที่รู้จักกันโดยทั่วไปคือเครื่อง CMM (Coordinate Measuring Machine
(https://www.tctmagazine.com/3d-printing-news/moog-aircraft-group-3d-printing-cmm-fixtures/)
2. อะไหล่ และชิ้นส่วนของอะไหล่
ธุรกิจการบินในบางครั้งต้องสำรองอะไหล่ และชิ้นส่วนของอะไหล่ไว้เสมอ เพราะเตรียมไว้ใช้ในเวลาจำเป็นหรือในเวลาที่ต้องการ เนื่องจากความยากลำบากในการซื้อและการผลิต จึงควรเก็บไว้ในสต็อกเพื่อความพร้อมใช้งานได้ทันที ซึ่งความเสียหายของอะไหล่นั้นไม่สามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้เลย ดังนั้นการแก้ไขจุดด้อยสำหรับการสต็อกชิ้นส่วนอะไหล่ที่ง่ายที่สุด คือการผลิตได้เองเมื่อต้องการ โดยการพิมพ์ 3 มิติเป็นโซลูชั่นที่ดี และออกแบบมาสำหรับการผลิตอะไหล่และชิ้นส่วนทดแทน เนื่องจาก Aerospace 3D Printing สามารถผลิตได้ตามต้องการ ทำให้ลดต้นทุนและพื้นที่จัดเก็บชิ้นส่วนไว้เพื่อซ่อมบำรุงในอนาคต
3. ผู้ใช้งานจริง
บริษัทผู้ผลิตเกี่ยวกับอากาศยานเริ่มหันมาใช้กระบวนการ Aerospace 3D Printing เพิ่มมากขึ้น เพื่อผลิตชิ้นส่วนโครงสร้างอากาศยานต่างๆ ตั้งแต่ชิ้นส่วนภายในเครื่องบินไปจนถึงชิ้นส่วนเครื่องยนต์ที่ซับซ้อน และสามารถประกอบชิ้นส่วนจำนวนมากๆ ให้กลายเป็นชิ้นเดียวกันได้ ทำให้ End-use ทำงานได้ง่ายขึ้น ลดความผิดพลาดจากการประกอบได้ดี และช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านเครื่องมือ อีกทั้งยังประหยัดเวลาได้อย่างมาก
ธุรกิจการบินที่เปลี่ยนไปด้วย Aerospace 3D Printing
Aerospace 3D Printing เป็นความท้าทายให้กับธุรกิจการบินสำหรับผู้ประกอบการด้านการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องเผชิญเมื่อเปลี่ยนมาใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ คือ การรับรองและมาตรฐาน ซึ่งส่วนประกอบของเครื่องบินจะต้องเป็นไปตามข้อปฏิบัติและกฎระเบียบที่เข้มงวด เพราะเกี่ยวข้องในเรื่องของความปลอดภัย โดยมีหน่วยงานกำกับดูแลที่ทำหน้าที่รับรองว่าชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติจะมีความปลอดภัยเท่ากับชิ้นส่วนที่ผลิตโดยใช้วิธีการดั้งเดิม ส่งผลให้ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีมาตรฐานและข้อบังคับสำหรับการพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศให้ได้เห็นกันแล้ว และกำลังได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ทำให้ธุรกิจการบินเปลี่ยนไปจากเดิมค่อนข้างมาก ด้วยความคุ้มค่าโดยรวมที่ขึ้นกับเวลา และปัจจัยอย่างอื่น
(https://3dprinting.com/news/general-atomics-launch-first-3d-printed-metal-parts/)
Aerospace 3D Printing Market, by Application
(https://www.researchdive.com/76/aerospace-3d-printing-market)
ในปี 2018 สมาคมวิศวกรรมยานยนต์นานาชาติ หรือ SAE International (Society of Automotive Engineers) ได้เปิดตัวข้อกำหนดวัสดุการบินและอวกาศ (Aerospace Material Specifications, AMS) สำหรับวัสดุและกระบวนการทางโลหะที่ใช้ผลิตชิ้นส่วนที่สำคัญของเครื่องบินและยานอวกาศ โดยใช้มาตรฐาน ASTM International’s AM technologie (F42) ซึ่งจะช่วยให้ผู้ผลิตชิ้นส่วนอากาศยานปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยและประสิทธิภาพ มาตรฐานจะครอบคลุมวัสดุ คุณสมบัติชิ้นส่วนสำเร็จรูป ประสิทธิภาพของระบบ ความน่าเชื่อถือ และหลักการรับรองคุณสมบัติ เพื่อให้แน่ใจว่าสามารถสร้างชิ้นส่วนผ่านการรับรองจากการใช้การพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งอาจรวมถึงการใช้ซอฟต์แวร์การทำงาน เพื่อให้แน่ใจว่าขั้นตอนและกระบวนการทั้งหมดได้รับการบันทึก และสามารถตรวจสอบย้อนหลังได้อย่างเต็มรูปแบบในแต่ละขั้นตอนการผลิต
Aerospace 3D Printing Market, by End-Use
(https://www.researchdive.com/76/aerospace-3d-printing-market)
อนาคตของ Aerospace 3D Printing
Aerospace 3D Printing ยังคงได้รับการพัฒนาเพื่อการเติบโตในระดับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และเป็นเทคโนโลยีที่ให้การตอบสนองสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่เฉพาะเจาะจง หรือหาซื้อยาก ปัจจุบันมีการทำงานร่วมระหว่างองค์กันมากขึ้น ไม่ว่าจัเป็นหน่วยงานราชการ สถาบันการวิจัย บริษัทต่างๆ เพื่อเร่งให้กระบวน Aerospace 3D Printing ได้รับการรับรองเร็วขึ้น ส่งผลให้แนวโน้มภายในตลาดอากาศยานการผลิตชิ้นส่วนการพิมพ์ 3 มิติในอนาคตนั้นคาดว่าจะอยู่ที่ 3 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2024 ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติจะยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเห็นได้จากชิ้นส่วนโลหะและพอลิเมอร์พิมพ์ 3 มิติที่พิมพ์ส่วนต่างๆ ภายในเครื่องบินและยานอวกาศเพิ่มมากขึ้น
(https://www.jabil.com/blog/3d-printing-in-aerospace-and-defense-manufacturing.html)
