tools

Application ของ AM ในการผลิตแม่พิมพ์และเครื่องมือ

ไม่ บทความชิ้นนี้ขึ้นต้นด้วยคำว่า ไม่ เพราะมันกำลังจะบอกเราว่า การผลิตด้วยวิธีเพิ่มเนื้อวัสดุ: additive manufacturing หรือ AM จะไม่เข้ามาแทนที่กระบวนการผลิตจำนวนมาก (mass production) ในเร็ว ๆ นี้อย่างแน่นอน อย่างไรก็ตาม ในฐานะที่เป็นเทคโนโลยีสนับสนุน (supporting technology) AM สามารถปรับปรุงกระบวนการผลิตแม่พิมพ์ด้วยการยกระดับประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมากมายมหาศาล

เป็นเวลาหลายปีแล้วที่ได้มีการกล่าวถึงนวัตกรรมและเทคโนโลยีที่สร้างความพลิกผัน (Disruptive innovations and technologies) มากมาย แนวโน้มจำนวนหนึ่งถึงกับระบุว่า มันสามารถเปลี่ยนอุตสาหกรรมการผลิตไปตลอดกาล การผลิตอัจฉริยะ (smart manufacturing), การแปลงเป็นดิจิทัล (digitization), อุตสาหกรรม 4.0 และเมื่อเร็ว ๆ นี้ 5G ทั้งหมดนี้ล้วนเกิดขึ้นมาเพื่อปั่นป่วน (disrupt) กระบวนการทำงานของเราโดยแท้ ทั้งหมดทั้งมวลที่ว่ามาแปลว่า หากเทคโนโลยีประสบความสำเร็จ มันก็จะเปลี่ยนและแปลงโฉมหน้าของตลาดที่มีอยู่และ Value networks โดยสิ้นเชิง ปัญหาก็คือ (ยัง) ไม่มีใครสามารถพูดได้เต็มปากว่าเทคโนโลยีประสบความสำเร็จหรือไม่

ในปี 1996 โนเกียได้นำเสนอสมาร์ทโฟนตัวแรกสู่โลกในขณะที่เวลานั้นยังไม่มีใครพร้อมสำหรับมัน หรือว่าอาจเป็นเพราะทีมการตลาดของโนเกียไม่สามารถโน้มน้าวชาวโลกในเวลานั้นให้เห็น ว่าสมาร์ทโฟนมีความจำเป็นต่อชีวิตได้ และแน่นอนว่า บริษัทที่ประสบความสำเร็จอย่างสวยหรูทำให้สมาร์ทโฟนได้เกิดสมใจก็คือ Apple แต่นั่นก็อีก 9 ปีต่อมา นวัตกรรมจำนวนมากล้มเหลวในเรื่อง the test of time หรือ บทพิสูจน์เรื่องกาลเวลา อีกตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดก็คือ Google Glass ที่ (ถึงกับ) เคยได้รับการยกย่องว่าเป็นก้าวกระโดดต่อไปของเทคโนโลยีเพื่อผู้บริโภค แต่แล้วก็ได้เลิกผลิตสินค้าไปในปี 2015 (แต่ก็ยังมี Enterprise Edition สำหรับเกื้อหนุนสภาพแวดล้อมในการทำงานอยู่)

มีเรื่องราวนับไม่ถ้วนเช่นนี้ในโลกของเทคโนโลยี โดยเฉพาะเรื่องของผลิตภัณฑ์ที่ล้มเหลวเกือบจะในทันที สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับเรื่องราวของ Google Glass ก็คือมันได้รับความนิยมอย่างล้นเหลือและในที่สุดก็ต้องยอมแพ้ต่อความกังวลที่แท้จริงที่ว่า ผู้คนไม่ต้องการถูกแอบบันทึก นั่นคือผลิตภัณฑ์ที่มาพร้อมกับ Disruptive technology มันอาจสร้างการค้นพบใหม่ๆ หรืออาจเป็นนวัตกรรม แต่มันจะพลิกผันหรือปั่นป่วนตลาดได้ก็ต่อเมื่อ มันสามารถเปลี่ยนหรือเข้ามาแทนที่ตลาดเดิมที่มีอยู่ได้ในที่สุด

ADDITIONAL INFORMATION

Additive manufacturing: การสิ้นสุดของ mass production?

คำมั่นสัญญาอันยิ่งใหญ่ของ AM ก็คือว่า ด้วยผลิตภัณฑ์เฉพาะบุคคล หรือ ผลิตภัณฑ์เชิงปัจเจก เราไม่ต้องการ mass production อีกต่อไป ความจริงก็คือเราอาศัยอยู่ในโลกที่มีความหลากหลายและมีความเป็นปัจเจกในขณะเดียวกัน เป็นเรื่องปกติที่รถทุกรุ่นที่ปรากฏมีรูปร่างที่แตกต่างกันมากมาย ตั้งแต่การออกแบบและเครื่องยนต์ ไปจนถึงระบบด้านความปลอดภัยและสาระบันเทิง (Infotainment system) เมื่อฟังนักการตลาดพูดถึง AM เราไม่อาจหลีกเลี่ยงแต่ก็สันนิษฐานได้ว่า ทุกสิ่งอย่างรอบตัวเราควรจะเป็นและต้องถูกทำให้เป็นปัจเจก/หนึ่งเดียว/เฉพาะตนในอนาคตอย่างแน่แท้  นั่นก็คือผลิตภัณฑ์จะถูกปรับแต่งให้เหมาะสมอย่างยิ่งกับความต้องการส่วนบุคคลและความพึงพอใจของเรา

แม้ว่าจะเป็นเรื่องที่สมเหตุสมผลสำหรับรถยนต์และอวัยวะเทียม แต่ก็ไม่เป็นจริงเสมอไปสำหรับทุกสิ่งที่เป็น mass produced ในปัจจุบัน ตัวอย่างเช่น ในแต่ละปียังมีขวดพลาสติกถูกใช้บรรจุน้ำดื่มประมาณ 89,000 ล้านลิตร ผลกระทบที่ AM อาจมีต่อ mass production ก็คือ ทำให้เกิดความยืดหยุ่นมากขึ้นต่อกระบวนการ mass production ระยะเวลาในการพัฒนาผลิตภัณฑ์อาจสั้นลงและนำไปสู่การปรับปรุงหรือแก้ไขผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่

Additive manufacturing and the hype

AM ได้รับการยกย่องมากมายหลายเพลาในฐานะ ตัวเปลี่ยนเกมสำหรับห่วงโซ่อุปทาน หรือ supply chain กล่าวกันว่าการพิมพ์แบบ 3 มิติจะนำไปสู่การผลิตสินค้าในครัวเรือน ซึ่งจะเป็นการผลิตกันเองในท้องถิ่นมากขึ้นแทนที่การผลิตจากโรงงานส่วนกลาง หนึ่งในหัวข้อข่าวที่ซึ่งเป็นที่นิยมกันมากก็คือ “การพิมพ์ 3 มิติจะเปลี่ยนโลก” ตามด้วยข้อความที่ระบุว่า “ชีวิตบนโลกจะเปลี่ยนไปอย่างสิ้นเชิง” และ “แทนที่จะเป็นลูกค้าตอนนี้เราเป็นผู้สร้างแล้ว”

พาดหัวข่าวเหล่านั้นมีอายุมากกว่าห้าปีแล้วและดูเหมือนว่าโลกยังคงสดสวยอยู่เหมือนเดิม โฆษณาชวนเชื่อมักพูดเกินจริง โดยเฉพาะเรื่องที่ว่า การพิมพ์ 3 มิติจะเข้ามามีอิทธิพลในชีวิตส่วนตัวของเรา อย่างไรก็ตาม แอเรียของการพิมพ์แบบ 3 มิติได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางในฐานะเทคโนโลยีที่สำคัญ แต่มันยังไม่ถึงจุดที่จะเข้ามาแทนที่ตลาดที่มีอยู่ แต่กลับช่วยขยายฐานการตลาด สาเหตุหนึ่งที่ทำให้ AM ยังไม่ใช่เรื่องปกตินักเท่าที่เราคิด มีหลายสาเหตุดังนี้

AM จำเป็นต้องมีฐานความรู้ที่กว้างขึ้น: ในหลาย ๆ กรณี ความรู้เกี่ยวกับเทคโนโลยีต่างๆ รวมถึงข้อดีและข้อเสียที่สัมพันธ์กัน และการใช้งานอันหลากหลายมักไม่ปรากฎ เนื่องจากเทคโนโลยีเหล่านี้ไม่ได้อยู่ในตลาดมานานหลายทศวรรษ จึงต้องใช้เวลาสักระยะหนึ่งก่อนที่ความรู้จะแพร่กระจายไป ยกตัวอย่างเช่น มีมหาวิทยาลัยเพียงไม่กี่แห่งที่มีความเชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยี AM จริงๆ

 AM ต้องการการออกแบบใหม่: เป็นสิ่งสำคัญมากที่ต้องทำความคุ้นเคยกับกระบวนการนี้ ก่อนที่จะผลิตจริง มีการคิดค้น ซึ่งเป็นข้อแตกต่างอย่างชัดเจนจากวิธีการ subtractive แบบดั้งเดิม ความแตกต่างกันมากของวิธีการผลิตดังกล่าวก็ทำให้กระบวนการออกแบบมีลักษณะแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง สิ่งนี้เริ่มต้นด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า โครงสร้างสนับสนุนจะต้องถูกรวมอยู่ในขั้นตอนการวางแผนและดำเนินต่อไปด้วยข้อเท็จจริงที่ว่า บริษัทใช้ธรรมชาติเป็นตัวแบบและเลียนแบบโครงสร้างไบโอนิคที่ถูกลบออกจากรูปแบบปกติ 

Post-processing: It doen’t stop with printing: Building Block อีกอันหนึ่งคือความรู้เกี่ยวกับกระบวนการนี้ เช่น ขั้นตอนการก่อสร้าง ขั้นตอนการผลิตและหลังการผลิตต้องใช้เวลานานแค่ไหน คุณจะได้รับสินค้าที่สมบูรณ์แล้วเร็วเพียงใด ต้องใช้เวลานานเท่าใดเพื่อให้พื้นผิวงานเสร็จสมบูรณ์

AM ในการสร้างแม่พิมพ์และเครื่องมือ

ในสายงาน toolmaking AM สามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้ในขั้นตอนต่างๆ ของกระบวนการผลิต

Rapid Prototyping: Rapid Prototyping ใช้ในการสร้างแบบจำลองทางกายภาพเพื่อทบทวนและตรวจสอบการออกแบบ เป็นโปรแกรมประยุกต์ทั่วไปสำหรับ AM เทคโนโลยี เนื่องจากวิธีการอื่น ๆ มีค่าใช้จ่ายมากกว่า ข้อดีของการใช้ AM ในที่นี้ก็คือ การออกแบบและฟังก์ชันการทำงานของโมเดลสามารถตรวจสอบได้อย่างรวดเร็วซึ่งช่วยลดช่วงเวลาระหว่างการวางแผนงานกับการผลิต (Lead times)

Rapid Tooling: Rapid Tooling เป็นวิธีในการผลิตเครื่องมือโดยใช้ AM เป็นประโยชน์อย่างยิ่งเมื่อใช้เครื่องมือในการผลิตชุดเล็ก เครื่องมือที่ผลิตแบบดั้งเดิมมักมีค่าใช้จ่ายมากเกินไป หากผลิตเครื่องมือด้วย AM ก็มีข้อดีเช่นเดียวกับใน rapid prototyping ก็คือการเปลี่ยนแปลงการออกแบบสามารถนำมาใช้ได้อย่างรวดเร็ว

Rapid Manufacturing: วิธีการผลิตนี้หมายถึงวิธีที่รวดเร็วและยืดหยุ่นในการผลิตชิ้นส่วนโดยไม่ใช้เครื่องมือ อย่างไรก็ตาม มันก็มักต้องเกี่ยวข้องกับ AM การผลิตอย่างรวดเร็วทำให้รู้สึก ว่าชิ้นส่วนชิ้นหนึ่งไม่เพียงต้องผลิตอย่างรวดเร็วแต่ยังมีรูปทรงที่ยากเกินกว่าจะทำได้ด้วยวิธีการแบบเดิมอีกด้วย

การใช้เครื่องมืออื่น ๆ: โดยเฉพาะอย่างยิ่งใน toolmaking มีแอพพลิเคชันที่เป็นไปได้อีกมากมายของ AM แม้ว่าแอพพลิเคชั่นดังกล่าวจะกล่าวถึงการผลิตโดยตรงของชิ้นส่วนสำเร็จรูปหรือเครื่องมือสำเร็จรูป (ต้นแบบ) AM ยังสามารถใช้กับการผลิตส่วนประกอบหรือชิ้นส่วนอะไหล่ได้ ซึ่งอาจรวมถึงการผลิตแม่พิมพ์หรือแม้แต่อุปกรณ์ที่จำเป็นในการเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการผลิต

อีกหนึ่งแอพพลิเคชันทั่วไปคือการเพิ่มประสิทธิภาพของแม่พิมพ์ ทั้งนี้ ความเร็วไม่ได้เป็นปัจจัยชี้ขาดแต่เพิ่มความเป็นไปได้ที่ AM มี ด้วย AM สามารถเพิ่มช่องระบายความร้อนลงในแม่พิมพ์ฉีด (injection moulds) ซึ่งไม่สามารถผลิตด้วยวิธีดั้งเดิม เช่นการกัด (milling) และ การเจาะ (drilling) การใช้ช่องระบายความร้อนที่ผลิตด้วย AM ในเครื่องมือแม้ในพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึง เช่น ที่อยู่รอบ ๆ ตัวพ่นและตัวเลื่อนก็สามารถระบายความร้อนได้ตามต้องการ วัฏจักรของกระบวนการฉีดขึ้นรูปสามารถทำงานได้เร็วกว่าเมื่อก่อน เป็นผลให้รอบเวลาในรฉีดขึ้นรูปสามารถลดลงได้ถึง 40% หากโปรไฟล์อุณหภูมิ homogenized พร้อมกัน

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •