การพิมพ์โลหะ 3D (FLM) กับการฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) ต่างกันอย่างไร

เป็นเวลาหลายปีแล้วที่เราสามารถผลิตชิ้นส่วนโลหะโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติที่แพร่หลายมากที่สุดคือ  Fused Layer Modeling (FLM) ได้ วันนี้นักวิจัยจากสถาบัน Fraunhofer IPA ของเยอรมนีจึงได้ทำการสำรวจข้อจำกัดและคุณลักษณะด้านคุณภาพของ FLM (หรือ FDM) เมื่อเทียบกับการฉีดขึ้นรูปโลหะ (Metal Injection Molding) หรือ MIM ไปหาคำตอบกัน

การฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM) ส่วนใหญ่มักใช้กันในกลุ่มอุตสาหกรรมยานยนต์และผู้ผลิตด้านเทคโนโลยีทางการแพทย์ และยังถูกปรับใช้ให้เหมาะกับการผลิตในปริมาณมาก ส่วนประกอบแต่ละชิ้นต้องใช้แม่พิมพ์เหมือน ๆ กันซึ่งมีราคาแพงและใช้เวลานานในการผลิต ผลของการฉีดขึ้นรูปโลหะ หรือ metal injection molding เป็นสิ่งที่เรียกว่า ชิ้นงานดิบ หรือ  green body ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์เบื้องต้นที่มีขนาดใหญ่กว่าขนาดจริงเล็กน้อย ซึ่งต่อมาจะหดตัวลงจนได้ตามขนาดที่ต้องการเมื่อผ่านกระบวนการกำจัดวัสดุประสาน (Debinding) และกระบวนการเผาผนึก (Sintering) ในขั้นตอนสุดท้าย อย่างไรก็ตาม กระบวนการ MIM นั้นไม่คุ้มค่าสำหรับการผลิตชุดเล็กแบบไม่ต่อเนื่อง (small batches production) และการผลิตชิ้นส่วนแบบชิ้นเดียว

---

*การฉีดขึ้นรูปโลหะ (Metal Injection Molding-MIM)

คือกระบวนการฉีดขึ้นรูปผง (Powder Injection Molding – PIM) ซึ่งเป็นวัสดุผสมระหว่างผงโลหะละเอียดกับตัวประสานเทอร์โมพลาสติก วัสดุผสมจะถูกอัดรีดและทำให้เป็นส่วนผสมเม็ด ซึ่งพร้อมที่จะป้อนเข้าเครื่องสำหรับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก ทำให้มีข้อได้เปรียบจากกระบวนการฉีด ประกอบด้วยเรื่องของจำนวนและความซับซ้อนของแบบชิ้นงาน
เมื่อชิ้นงานหลังจากการฉีดเย็นตัวและมีความแข็งระดับหนึ่ง ขั้นตอนต่อไปคือ การไล่ตัวประสานเทอร์โมพลาสติก หลังจากขั้นตอนนี้ชิ้นงานยังคงมีตัวประสานเหลืออยู่เล็กน้อย เพื่อคงรูปชิ้นงานก่อนเข้ากระบวนการเผาซินเทอร์

ความหนาแน่นที่ได้อาจสูงกว่า หรือเท่า 99.95 เปอร์เซ็นของวัสดุบริสุทธ์อัดแน่น
ทำให้คุณสมบัติของชิ้นงานจากการฉีดขึ้นรูปเทียบเท่าชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการผลิตด้วยแรงกล
กระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ เพิ่มความสามารถในการแข่งขันด้านต้นทุน เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการผลิตแบบตัดเฉือน เช่น การกัด การเจาะ การเจียรไน เป็นต้น
ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดของกระบวนการฉีดขึ้นรูปโลหะ: ตัวเรือนนาฬิกาสแตนเลส ชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุตสาหกรรมสิ่งทอ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอื่น ๆ อีกมากมาย (เครดิต: www.plexpert.ca)

---

• METAL ADDITIVES – สารเติมแต่งโลหะสำหรับตลาดพลาสติกวิศวกรรมที่กำลังเติบโต
• TECH FOCUS | จับตานวัตกรรมพลิกโลก AM โลหะ 9 บริษัทสตาร์ทอัพ
• DMG MORI LASERTEC 30 DUAL SLM | เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติเลเซอร์พลังงานสูง
• TECH FOCUS: METAL AM ในอุตสาหกรรมแม่พิมพ์วันนี้ไปได้แค่ไหน
• 3D PRINTING กับการทดสอบความทนทานในวัสดุแบบต่างๆ

---

อีกทางเลือกของกระบวนการ FLM โดยใช้เส้นใยโลหะ

นักวิจัยจาก Center for Additive Production ที่ Fraunhofer ร่วมกับ ML3D GmbH จึงได้ผลิตและตรวจสอบการใช้งานของชิ้นส่วนประกอบสแตนเลสสตีลที่ใช้เทคโนโลยี Fused Layer Modeling (FLM) ทั้งนี้ ในกระบวนการ FLM ชิ้นงานดิบ (green body) จะผลิตขึ้นจากส่วนผสมของผงโลหะและสารยึดเกาะพอลีเมอร์โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติราคาประหยัด ส่วนประกอบพลาสติกจะถูกตัดเฉือนออกไปในกระบวนการตัดชิ้นส่วนในภายหลัง ส่วนสารตกค้างจากโพลีเมอร์ที่เหลืออยู่จะระเหยออกไปที่เตาเผาเท่านั้นจากนั้นอนุภาคผงโลหะที่เหลือก็จะถูกเผา

ผลการตรวจสอบชิ้นส่วนประกอบโลหะที่ผลิตด้วยกระบวนการ FLM พบว่า:

• ขนาดและความซับซ้อนของชิ้นส่วนโลหะที่ผลิตด้วย FLM อยู่ภายใต้ขีดจำกัด เช่นเดียวกับชิ้นส่วนที่ผลิตจากพลาสติก
• ข้อจำกัดของกระบวนการ MIM นั้นมีความคล้ายคลึงกัน โดยทั้งสองกระบวนการผลิตอาจมีรอยแตกเกิดขึ้นได้หลังการใช้ความร้อนหากผนังของชิ้นงานหนามากกว่า 10 มม.
• การหดตัวของ green body ในเตาเผาสำหรับกระบวนการกำจัดวัสดุประสาน (Debinding) และการเผาผนึก (Sintering) จะใกล้เคียงกับกระบวนการ MIM แต่การหดตัวบน build-up side จะสูงกว่า
• ความหนาแน่นที่ได้หลังจากการเผาผนึกจะค่อนข้างต่ำกว่าเมื่อเทียบกับ MIM
• ความต้านทานแรงดึง โดยเฉพาะใน build-up direction จะต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ
• สำหรับการผลิตแบทช์ขนาดใหญ่ กระบวนการ MIM จะมีต้นทุนต่อหน่วยที่ค่อนข้างต่ำ สำหรับแบทช์ขนาดเล็กกระบวนการ FLM คุ้มกว่า เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตอื่น ๆ เช่น การหลอมด้วยเลเซอร์พลังสูง (Selective Laser Melting – SLM) FLM เป็นหนึ่งในวิธีที่ประหยัดที่สุดเนื่องจากต้นทุนวัสดุและอุปกรณ์ต่ำ

ศักยภาพเชิงเศรษฐกิจสูงสุด

ต้นทุนที่สามารถจัดการได้ การใช้วัสดุที่ไม่เป็นอันตรายและกระบวนการที่ค่อนข้างง่าย ทำให้วิธีการ FLM มีศักยภาพในการใช้งานในเชิงเศรษฐกิจได้ดีเมื่อเทียบกับวิธีการพิมพ์สามมิติแบบอื่น

---

อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/comparison-of-fused-layer-modeling-flm-with-metal-injection-molding-mim-a-1000784/

บทความที่เกี่ยวข้อง:

การขึ้นรูปโลหะด้วยกรรมวิธีผง (Powder Metallurgy) คืออะไร ?

Sintered iron ในการผลิตแม่พิมพ์โลหะ – ตัวเลือกที่ใช่

Metal additives – สารเติมแต่งโลหะสำหรับตลาดพลาสติกวิศวกรรมที่กำลังเติบโต

About The Author