จ่ายน้ำมันหล่อเย็นอย่างมีประสิทธิภาพ ด้วยเครื่องมือกัดที่ออกแบบและผลิตแบบเติมวัสดุ

ทุกปัจจัยในการผลิตเป็นต้นทุน โดยเฉพาะอย่างยิ่งการผลิตในปัจจุบันที่ต้องการบรรลุหลาย ๆ อย่างพร้อมกัน ทั้งประสิทธิภาพ ความยั่งยืน รวมถึงประสิทธิผลต้นทุน นอกจากปริมาณวัสดุที่ใช้ เปอร์เซ็นต์ของเสีย และปริมาณพลังงานที่ใช้ในการผลิต วัสดุสิ้นเปลืองต่าง ๆ ในโรงงานก็เป็นอีกหนึ่งต้นทุนที่สามารถประหยัดได้ บทความนี้จะกล่าวเฉพาะเจาะจงถึง น้ำมันหล่อเย็น (Cooling Fluid) ที่ใช้ยืดอายุการใช้งานของเครื่องมือตัด ด้วยเทคโนโลยีและงานวิจัยด้านการผลิตในปัจจุบัน รวมถึงการออกแบบและการผลิตแบบเติมวัสดุที่ช่วยทำให้รูปทรงของเครื่องมือตัดและหัวฉีดโฟกัสที่ไปที่ขอบคมตัดมากขึ้น เกิดการสูญเสียน้อยลง อีกทั้งยังมีการจำลองทางคอมพิวเตอร์เพื่อดูลักษณะการฉีดก่อนทดสอบจริง การผลิตเครื่องมือตัดพร้อมหัวฉีดในตัวด้วยกระบวนการแบบปกติมีข้อจำกัดและทำได้ในระดับหนึ่ง ในขณะที่การผลิตแบบเติมวัสดุที่ใช้คอมพิวเตอร์ออกแบบและพิมพ์ออกมาตรงตามแบบนั้นไม่มีข้อจำกัด ให้อิสระในการออกแบบอย่างเต็มที่ ตัวอย่างของงานวิจัยเกี่ยวกับหัวฉีดน้ำมันหล่อเย็นนี้ เป็นความร่วมมือของหลายสถาบัน มีเป้าหมายที่ชัดเจนว่าจะสำรวจอะไร เพื่อนำมาใช้ประโยชน์อย่างไร สิ่งที่ค้นพบจะนำมาสร้างเป็นแนวทางการออกแบบให้ธุรกิจขนาดเล็กและขนาดกลาง สามารถนำไปใช้งานได้จริง ไม่ขึ้นหิ้ง

เครื่องมือสาธิตแบบหลายแถวพร้อมหัวฉีดในตัว สำหรับจ่ายน้ำมันหล่อเย็นแบบสูญเสียน้อย และเน้นสำหรับใช้ผลิตส่วนประกอบเชิงโครงสร้างในการบินและอวกาศที่ทำจากโลหะผสมไทเทเนียม  

(ที่มา: สถาบัน Fraunhofer ILT, Walte, WZL ของมหาวิทยาลัย RWTH Aachen)

ความร่วมมือจากหลายสถาบัน ไปสู่การพัฒนาที่ใช้ประโยชน์ได้จริง

โครงการ Tacoma ที่ห้องปฏิบัติการสำหรับเครื่องมือกลและวิศวกรรมการผลิต (WZL) ของมหาวิทยาลัย RWTH Aachen ได้สำรวจความเป็นไปได้และข้อจำกัดต่าง ๆ ในการออกแบบหัวฉีดสำหรับการจ่ายน้ำมันหล่อเย็นในเครื่องมือตัดแบบถอดเปลี่ยนได้ โดยเครื่องมือตัดเป็นแบบช่องใส่ใบมีดแนวเดียวกับเส้นขอบ (ตามรูปภาพด้านบน) มีหัวฉีดน้ำมันหล่อเย็นในตัว เป็นเครื่องมือตัดแบบเติมเนื้อวัสดุโดยกระบวนการ LPBF (Laser Powder Bed Fusion หรือ การหลอมผงวัสดุโลหะทีละชั้นด้วยเลเซอร์) เป้าหมาย คือ เพิ่มอายุการใช้งานของเครื่องมือและความน่าเชื่อถือได้ของกระบวนการ โครงการนี้ใช้เวลา 3 ปีและเพิ่งสิ้นสุดเมื่อเดือนมีนาคมที่ผ่านมา ด้วยความร่วมมือกับ Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT และกลุ่มบริษัทในแวดวงของการผลิตเครื่องมือเครื่องจักร แอปพลิเคชัน และอุปกรณ์ต่อกับน้ำมันหล่อเย็น นอกจากนี้ผลจากการศึกษาจะนำไปใช้ทำเป็นคู่มือแนะแนวการออกแบบและข้อแนะนำให้กับอุตสาหกรรมเอสเอ็มอี (ในประเทศเยอรมนี) ให้สามารถนำไปปรับใช้ได้อีกด้วย 

หลังผ่านการรับรองคุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ผลิตโดยกระบวนการ LPBF แล้ว มีการระบุรูปทรงของหัวฉีดและช่องทางการไหลที่เหมาะสมในการตรวจสอบของไหลเชิงกล ซึ่งการออกแบบรูปทรงสามารถทำได้อย่างอิสระ เป็นการช่วยลดการสูญเสียปริมาตรของไหลได้มากถึง 21 เปอร์เซ็นต์ และยังสามารถปรับรูปทรงหัวฉีดให้การพ่นน้ำมันหล่อเย็นมีลักษณะที่โฟกัสมากขึ้น

ระบบการจ่ายของเหลวแบบดัดแปลงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและความยั่งยืน (ประหยัดน้ำมันหล่อเย็น)

การออกแบบได้รับการสนับสนุนโดยการจำลอง CFD (Computational Fluid Dynamics) เชิงตัวเลข เพื่อให้สามารถระบุข้อมูลเกี่ยวกับความสามารถในการปฏิบัติงานได้ก่อนที่จะทดลองเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง มีการทดสอบรูปแบบการจ่ายที่ซับซ้อนและมีรูปทรงที่ความหลากหลายจนได้รูปแบบที่มีความเหมาะสมที่สุดที่สามารถจ่ายน้ำมันหล่อเย็นโดยเน้นไปที่คมตัดและให้เกิดการสูญเสียน้อย ผลลัพธ์ที่ได้ คือ อายุของเครื่องมือเพิ่มขึ้น 70 เปอร์เซ็นต์เมื่อเปรียบเทียบกับเครื่องมืออ้างอิง ในขณะที่ปริมาตรการไหลลดลงเกือบครึ่งหนึ่ง ช่วยให้ประหยัดน้ำมันหล่อเย็นและลดปริมาณการใช้พลังงานไฟฟ้าของเครื่องจักรลงได้อย่างมาก

อย่างไรก็ตาม ต้นทุนทางเศรษฐกิจและระบบนิเวศที่เพิ่มขึ้นที่ในกระบวนการผลิตเครื่องมือตัดด้วยวิธีเติมวัสดุสามารถชดเชยด้วยการปฏิบัติงานและประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างจากการคำนวณต้นทุนพบว่า เครื่องมือที่ผลิตแบบเติมวัสดุมีต้นทุนการผลิตที่สูงกว่า แต่ให้ต้นทุนการดำเนินการและการปล่อยคาร์บอนฟุตพรินต์ตลอดอายุการใช้งานที่ต่ำกว่า

– เครื่องมือที่ผลิตแบบเติมวัสดุมีต้นทุนมากกว่าเครื่องมืออ้างอิงที่ผลิตทั่วไปเกือบ 50 เปอร์เซ็นต์ 

– หากพิจารณาถึงอายุการใช้งานทั้งหมดของเครื่องมือ ต้นทุนการดำเนินงานของเครื่องมือที่ผลิตด้วยกระบวนการ LPBF ต่ำกว่าต้นทุนที่คำนวณสำหรับเครื่องมือที่ทันสมัยถึง 39 เปอร์เซ็นต์ 

– ผลการประเมินวงจรชีวิตตาม DIN EN ISO 14040/44 ยังแสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการลดผลกระทบของสิ่งแวดล้อมระหว่างการใช้เครื่องมืออีกด้วย คาร์บอนฟุตพรินต์ที่คำนวณสำหรับอายุการใช้งานของเครื่องมือลดลง 20 เปอร์เซ็นต์จากการใช้น้ำมันหล่อเย็นอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและอายุการใช้งานของมีดตัดที่เพิ่มขึ้น

การใช้งานเครื่องมือตัดแบบถอดเปลี่ยนได้ที่ผลิตด้วยกระบวนการ LPBF ถูกสาธิตบนเครื่องมือสาธิตแบบหลายแถว มีดกัดเกลียว 16 ร่อง (Flute) ที่มีการจ่ายน้ำมันหล่อเย็นในการตัดแบบสูญเสียน้อยและเน้นเฉพาะการทดสอบในสภาพแวดล้อมการผลิตของซัพพลายเออร์ผู้ผลิตเครื่องบิน Premium Aerotec สำหรับการกัดหยาบวัสดุ Ti-6Al-4V เปรียบเทียบกับแคตตาล็อกเครื่องมือที่ผลิตทั่วไป อัตราการไหลลดลง 25 เปอร์เซ็นต์ การสึกหรอของเครื่องมือลดลง 27 เปอร์เซ็นต์ ปริมาณชิปลดลง 25 เปอร์เซ็นต์ การกำจัดเศษมีการปรับปรุงให้ดีขึ้น ด้วยฟังก์ชันการทำงานที่ดีขึ้น เครื่องมือกัดที่ผลิตแบบเติมวัสดุที่ปรับการจ่ายน้ำมันหล่อเย็นจึงเป็นตัวเลือกหนึ่งของเครื่องมือสมัยใหม่

บทความอ้างอิง: https://www.etmm-online.com/

บทความที่น่าสนใจ

• 4 เหตุผล ทำไมต้องเลือกปั๊มลมแบบสกรู? เพื่อใช้ในโรงงานอุตฯ [SuperSource]
• Bofa Americas เปิดตัวเทคโนโลยีการกรองอากาศจากการพิมพ์ 3 มิติในงาน Formnext Forum 2023
• ยืดอายุการใช้งานเฟอร์นิเจอร์ในสวนด้วยอะไหล่พิมพ์ 3 มิติ ลดของเสีย เพิ่มความยั่งยืน
• ผลิตวัสดุโลหะทรงกลมสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้เองด้วยเครื่อง ATO Lab+ จาก 3D Lab

About The Author