Additive manufacturing กับนวัตกรรมการพิมพ์

กล่าวอย่างสั้น Additive Manufacturing หรือ AM คือการปฏิวัติวิศวกรรมเครื่องจักรกล ส่งแรงสั่นสะเทือนครั้งใหญ่ต่อเครื่องมือ IT ทั้งหลาย ตั้งแต่การออกแบบไปจนถึงระบบการดำเนินการผลิต (manufacturing execution systems)

หัวข้อเกี่ยวกับ “additive manufacturing” กำลังครอบงำอุตสาหกรรมการผลิตเช่นเดียวกับอุตสาหกรรมแขนงอื่น ๆ ทั้งนี้ โดยมีการพิมพ์แบบสามมิติ หรือ 3D Printing เปิดโอกาสด้านศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงโดยสิ้นเชิงในโลกของการผลิต แสดงให้เห็นถึงการเติบโตที่มีความแข็งแกร่งมาก Gartner ประเมินว่าในปีที่ผ่านมามีการจำหน่ายเครื่องพิมพ์แบบสามมิติ (3D Printer) มากกว่า 490,000 เครื่อง ขณะที่ตลาดวัสดุขึ้นรูปทั้งพลาสติกและโลหะซึ่งถูกใช้ในกระบวนการพิมพ์ก็ดูเหมือนจะมีการเติบโตอย่างมากไปพร้อมๆ กัน

ตัวอย่างเช่น ระบบการพิมพ์สามมิติสามารถลดความซับซ้อนของหัวฉีดน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์รุ่นหนึ่งจากที่มีชิ้นส่วนถึง 20 ชิ้นได้ ด้วยการพิมพ์แบบสามมิติที่ช่วยสร้างหัวฉีดที่สมบูรณ์แบบให้เป็นชิ้นเดียว ดังนั้น การผลิตจึงทำได้รวดเร็วและมีราคาถูกกว่า ในขณะเดียวกัน Siemens Power and Gas ได้เปิดตัวหัวเผาไหม้ใหม่สำหรับกังหันแก๊สขนาดใหญ่ (combustion head for large gas turbines) ที่ผลิตขึ้นด้วยเครื่องพิมพ์ สามมิติ มีช่องระบายความร้อนสูงเพื่อเพิ่มความเย็นของหัวเผาและลดอุณหภูมิลงได้มาก ช่วยยืดอายุการใช้งาน ในขณะเดียวกันก็ช่วยลดต้นทุนการบำรุงรักษาลงด้วย

การพิมพ์แบบสามมิติยังเป็นการเริ่มต้นการปรับเปลี่ยนกระบวนทัศน์ในแอเรียของกระบวนการหล่อด้วย เช่น ในการออกแบบและผลิตเครื่องยนต์ เนื่องจาก additive manufacturing ช่วยเพิ่มพื้นที่ความเย็นของ unit ด้วยวิธีดังกล่าวสามารถออกแบบชิ้นส่วนให้มีขนาดเล็กลงและน้ำหนักเบาลงได้ นอกจากนี้ แม้แต่ซีรีย์ขนาดเล็กก็สามารถผลิตได้ด้วยวิธีที่ประหยัดค่าใช้จ่ายได้มาก แรงผลักที่สำคัญอีกประการหนึ่งสำหรับ additive manufacturing ก็คือการพิมพ์แบบสามมิติ “on demand” โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่ ทั้งหมดทั้งมวลนี้ สิ่งสำคัญอย่างยิ่งสำหรับบริษัทต่างๆ ก็คือเพื่อให้สามารถเปลี่ยนชิ้นส่วนที่บกพร่องเสียหายได้อย่างรวดเร็วและง่ายดาย เหนือสิ่งอื่นใด พวกเขาก็ต้องการลดต้นทุนที่สูงขึ้นในการจัดเก็บอะไหล่ด้วย นั่นเป็นเหตุผลที่ Siemens Mobility มีแผนกของตนเองในการผลิตชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับรถไฟ “on demand” โดยใช้การพิมพ์สามมิติ

สำหรับ General Electrics หรือ GE การพิมพ์ 3 มิติเป็นตัวเลือกที่น่าสนใจในกรณีที่ต้องมีการจัดส่งชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เช่น แพลตฟอร์มน้ำมัน (oil platforms) หรือในกรณีที่หัวเจาะแตก การใช้เครื่องพิมพ์แบบสามมิติหรือ 3D Printer ก็ช่วยลดซับซ้อนรวมถึงลดค่าใช้จ่ายสำหรับผู้ประกอบการโรงงานในการผลิตชิ้นส่วนใหม่ ข้อควรพิจารณาเช่นนี้เอง ทำให้กองทัพเรือสหรัฐฯใช้เครื่องพิมพ์สามมิติบนเรือบางลำ ทำให้พวกเขาสามารถผลิตชิ้นส่วนอะไหล่ในทะเลได้ ทั้งหมดนี้รวมถึงการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติอื่น ๆ อีกมากมายเป็นเพียงจุดเริ่มต้นของการปฏิวัติที่เกิดขึ้นในวงกว้าง ราคาที่ถูกลงสำหรับเครื่องพิมพ์รวมกับความเร็วในการพิมพ์ที่สูงขึ้นน่าจะช่วยให้มั่นใจได้ว่า การเปลี่ยนแปลงรูปแบบของการผลิตครั้งสำคัญนี้จะได้รับแรงผลักดันมากขึ้นในปีต่อ ๆ ไป

New IT tools in demand

ด้วยการเปลี่ยนไปใช้ additive manufacturing ระบบ IT ต้องมีหน้าที่และ applications ใหม่โดยสิ้นเชิง สำหรับผู้ผลิตระบบ PLM ต้องมีการปรับเปลี่ยนในทุกด้าน: ด้านการออกแบบด้วยระบบ CAD, ด้านวิศวกรรมด้วย Computer Aided Engineering (CAE), Computer Aided Manufacturing, Manufacturing Operations Management (MOM) และ Manufacturing Execution System (MES)

ในอนาคต เครื่องมือด้านการออกแบบจะต้องเปลี่ยนไปสู่รูปทรงเฉพาะของโมเดลสามมิติ (โครงสร้างด้านข้าง) และแบบจำลองไฮบริด (hybrid modelling) เครื่องมือเหล่านี้ควรจะสามารถสร้างและแสดงภาพโครงสร้างที่เหมาะสมกับน้ำหนักหรือ grids และเพื่อใช้งานร่วมกับวัสดุที่แตกต่างกัน ในกระบวนการผลิต การเติมเนื้อวัสดุ ในกรณีการพิมพ์แบบสามมิติต้องถูกแสดงผลในเครื่องมือ IT ในทางตรงกันข้ามสำหรับ CAE สิ่งสำคัญไม่เพียงแต่รักษาการออกแบบชิ้นส่วน final ไว้เท่านั้น แต่ยังเป็นขั้นตอนพิเศษในการ applying วัสดุแบบ layer by layer การตรวจสอบด้านความร้อนและองค์ประกอบของโครงสร้างก็มีความเกี่ยวเนื่องสัมพันธ์กันมากกว่าการผลิตทั่วไป

ในการพิมพ์แบบสามมิติ ความสัมพันธ์ระหว่างการออกแบบ การผลิต และ CAE กำลังจะกลายเป็นสิ่งที่มีความสำคัญมากขึ้น โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับการเชื่อมต่ออย่างใกล้ชิดระหว่าง CAE และ CAM ทั้งนี้ เทคโนโลยี CAE น่าจะมีบทบาทที่สำคัญที่สุด ในฐานะที่เป็นตัวสร้างความแตกต่างในกระบวนการแบบ end-to-endผู้ให้บริการ PLM (Product Lifecycle Management) หรือ การบริหารจัดการผลิตภัณฑ์แบบครบวงจร ที่มีประสบการณ์ด้าน hybrid manufacturing จะมีความได้เปรียบในการแข่งขันเมื่อพวกเขาตัดสินใจที่จะรวมการพิมพ์สามมิติเข้ากับกระบวนการผลิตของตน

The production of the future

Additive manufacturing ได้ถูกนำไปประยุกต์ใช้อยู่แล้วในหลาย ๆ แอเรีย บริษัทจำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ กำลังค้นพบความเป็นไปได้ที่แทบจะไร้ขีดจำกัดของเทคโนโลยีประเภทนี้ นอกจากนี้ ข้อได้เปรียบต่างๆ ก็ได้ขยายข้ามไปในแอเรียต่างๆ มากขึ้น จากการพัฒนาผลิตภัณฑ์ผ่านการออกแบบและการผลิตไปจนถึงกระบวนการทางธุรกิจ ในขณะเดียวกัน additive manufacturing จะสร้างแรงบันดาลใจให้กับการออกแบบที่ยังไม่อาจคาดคิดได้ในวันนี้อย่างแน่นอน

นอกจากนี้ บริษัทต่างๆ จะทำให้กระบวนการผลิตของตนง่ายขึ้นและเรียกคืนพื้นที่แต่ละส่วนของการผลิตด้วยการ insourcing ซึ่งจะช่วยให้มีโอกาสในการปรับปรุงการควบคุมคุณภาพและลดปริมาณการจัดเก็บของในคลังสินค้าลง ผลก็คือเครื่องพิมพ์แบบสามมิติจะกลายเป็นอุปกรณ์มาตรฐานในภาคการผลิตภายในไม่กี่ปีข้างหน้า

About The Author