การขึ้นรูปโลหะด้วยกรรมวิธีผง (Powder Metallurgy) คืออะไร ?

วันนี้ Toolmakers พาคุณมาทำความรู้จักกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานแบบดั้งเดิมที่เรียกว่า Powder Metallurgy หรือ PM ซึ่งเป็นกรรมวิธี ที่ปัจจุบันสามารถนำไปผสานกับเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ หรือ AM ได้ เกิดเป็นวัตกรรมใหม่ เช่น เทคโนโลยี Layered Powder Metallurgy” (LPM ™) จาก Stratasys เป็นต้น เรามาสำรวจกันว่า PM มีข้อดีข้อเสียอย่างไรสำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานโลหะ และที่สำคัญ PM เหมาะกับผลิตภัณฑ์แบบใดในอุตสาหกรรมการผลิต

กรรมวิธีผง (Powder Metallurgy) เป็นกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานโดยมีวัสดุตั้งต้นเป็นผง นํามาอัด ให้ได้รูปทรงที่ต้องการแล้วนําไปให้ความร้อน แบบ sintering (ให้ความร้อนโดยไม่มีการหลอมเหลว) เพื่อให้ผงและส่วนผสมอื่นประสานติดกันเป็นชิ้นงานของแข็ง

• ในประวัติศาสตร์พบว่า กระบวนการนี้ใช้เป็นครั้งแรกโดยชาวอียิปต์ในสมัย 3000 B.C. ในการผลิตเครื่องมือ เครื่องใช้ที่ทําจากเหล็ก พบในเครื่องประดับของเผ่าต่าง ๆ ในสมัยโบราณ
• ในช่วงต้น ค.ศ.1900 มีการนําเทคนิคนี้ไปใช้ในการทําไส้หลอดไฟที่ทําจากทังสเตน (tungsten filament) ในหลอดไฟ ในปัจจุบันมีการนําเทคนิคนี้ไปใช้อย่างแพร่หลาย เนื่องจากสามารถผสมผงโลหะหลายชนิดเข้าด้วยกัน จึงสามารถทําการปรับแต่งคุณสมบัติได้ดี และชิ้นงานที่ออกมามีความถูกต้องและมีพิกัดความเผื่อที่ดีได้ชิ้นงานแบบ near-net shape
• ในปัจจุบันประมาณ 70% ของชิ้นงานที่ผลิตจากกรรมวิธีผงจะอยูในชิ้นส่วนของรถยนต์ เช่น piston rings, connecting rod, เกียร์, และอื่น ๆ นอกจากนี้ยังพบมากในเม็ดมีด ดอกกัด ได ชิ้นส่วน แม่เหล็ก ชิ้นส่วนของเครื่องบิน เช่น landing gear, ชิ้นส่วนในเครื่องยนต์ของเครื่องบิน และ ชิ้นส่วนทางอิเล็กทรอนิกส์มากมาย
• ข้อเด่นอย่างหนึ่งของ Powder Metallurgy คือ ความสามารถในการผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อน ได้อย่างมีความเที่ยงตรงสูง
• วัสดุที่นิยมนํามาขึ้นรูปแบบกรรมวิธีผงคือ เหล็ก ทองแดง อะลูมินัม ดีบุก นิเกิล ไทเทเนียม และ โลหะทนความความร้อน (ไนโอเบียม ทังสเตน แทนทาลัม)

ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากกรรมวิธีผง

• ผลิตภัณฑ์ที่มีความพรุน เช่น bearing ตัวควบคุมการไหล (flow regulators) สามารถทําให้ชิ้นงาน มีความพรุนได้ โดยทั่วไปจนรูพรุนมีขนาดเล็กที่สุดที่ประมาณ 0.0025 mm
• ผลิตภัณฑ์ที่มีรูปทรงซับซ้อน ซึ่งต้องใช้กระบวนการหลายขั้นตอนในกรรมวิธีการผลิตอื่นๆ ทั้งนี้ พิกัดความเผื่อยังอยู่ในระดับตํ่ากว่า 0.1 mmได้
• ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากวัสดุที่ยากในแปรรูปโดยการตัด หรือ ขึ้นรูปแบบอื่น วัสดุที่มีจุดหลอมเหลวสูง เช่น ไส้หลอดไฟที่ทําจากทังสเตน หรือ เม็ดมีดที่ใช้ในการกลึง กัด ที่ทํามาจากทังสเตนคาร์ไบด์
• ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการรวมกันของโลหะตัั้งแต่สองชนิดขึ้นไป เช่น ทองแดงรวมกบแกรไฟต์เพื่อใช้ในชิ้นส่วนของมอร์เตอร์ (ทองแดงนําไฟฟ้าดีส่วนแกรไฟต์เป็นสารหล่อลื่นที่ดี)
• ผลิตภัณฑ์ที่ผลิตโดย PM แล้วมีคุณสมบัติดีเลิศกว่ากรรมวิธีอื่น ๆ เช่น ทําแม่เหล็กคุณภาพสูง Fe₁₄Nb₂B
• ผลิตภัณฑ์ที่สามารถผลิตได้คุ้มค่ากว่าวิธีการผลิตอื่น ๆ

---

• THE ART OF MICRO-MACHINING | ศิลปะของการขึ้นรูปงานขนาดจิ๋ว
• TECH FOCUS | การขึ้นรูปเหล็กหล่อด้วย LOGIQ (PART: 1)
• TECH FOCUS | การขึ้นรูปเหล็กหล่อด้วย LOGIQ (2)
• TECH FOCUS | MICRO MOULDING การขึ้นรูปชิ้นงานขนาดเล็กแม่นยำได้ด้วย IOT

---

ตลาดของ powder metallurgy components

ตลาดชิ้นส่วนประกอบจากกรรมวิธีผง หรือ powder metallurgy components มีอยู่ 2 ส่วน แบ่งออกเป็น ผลิตภัณฑ์ (product) และการใช้งาน (application) ในส่วนของผลิตภัณฑ์ แยกออกเป็นโลหะเหล็ก (steel and iron) และกลุ่มโลหะที่ไม่ใช่เหล็ก (non-ferrous metals) เช่น ทังสเตน ทองแดง อลูมิเนียม และอื่น ๆ โลหะเหล็กมีส่วนแบ่งสูงสุดในตลาดโลกในปี 2018 และคาดว่าจะรักษาความเป็นผู้นำไว้ได้ในปีต่อๆ ไป ซึ่งอาจเป็นผลมาจากการใช้โลหะเหล็กที่เพิ่มขึ้นในอุตสาหกรรมยานยนต์ และการบินและอวกาศ

ส่วนตลาด powder metallurgy components ที่แบ่งตามการใช้งาน หรือแอปพลิเคชันต่าง ๆ ได้แก่ ตลาดผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์, ยานยนต์, การแพทย์, การบินและอวกาศ, อุตสาหกรรมและอื่น ๆ โดยตลาดยานยนต์มีส่วนแบ่งที่ใหญ่ที่สุดในตลาดชิ้นส่วนจากผงโลหะทั่วโลกในปี 2018 จากการใช้งานชิ้นส่วนประกอบจากผงโลหะในอุตสาหกรรมยานยนต์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทั่วโลก รวมทั้งความต้องการที่เพิ่มขึ้นสำหรับยานพาหนะไฟฟ้าด้วย

---

อ้างอิง:

Powder Metallurgy ดร.วสวัชร นาคเขียว ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์มหาวิทยาลัยเชียงใหม่

zionmarketresearch.com

บทความที่เกี่ยวข้อง:

Sintered iron ในการผลิตแม่พิมพ์โลหะ – ตัวเลือกที่ใช่

ทำความรู้จัก “Layered Powder Metallurgy” (LPM ™) นวัตกรรมใหม่ของ Stratasys

About The Author