DED เพิ่มสัมผัสสุดท้ายให้พื้นผิวชิ้นส่วน

  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

การพิมพ์ 3 มิติมีหลายกระบวนการ หนึ่งในนั้น คือ กระบวนการ Direct energy deposition (DED – การให้พลังงานวัสดุโดยตรงเพื่อหลอมวัสดุให้เกาะตัวเป็นชิ้นงาน)

บทความนี้จะเล่าถึงการตัดสินใจลงทุนของบริษัทแห่งหนึ่งในเครื่องจักร DED รุ่นใหม่ เพื่อขยายขีดความสามารถการผลิตของบริษัท บริษัทนี้มีความคาดหวังใดบ้างกับกระบวนการ DED นี้ สำหรับการเปิดโอกาสใหม่ ๆ และมุมมองความคุ้มค่าของบริษัทต่อการลงทุนนี้

กระบวนการ Direct energy deposition ไม่เพียงแต่สามารถผลิตแบบเติมวัสดุได้เท่านั้น แต่ยังเหมาะสำหรับการเคลือบชิ้นส่วนที่ผลิตแบบธรรมดาได้อีกด้วย (ที่มา: Beam)

บริษัท Listemann มีความมุ่งมั่นในเครื่อง DED ที่ทำงานแบบ 5 แกน เครื่องแรกของบริษัท ผู้ให้บริการจากประเทศลิกเตนสไตน์แห่งนี้มีความเชี่ยวชาญในด้านการตกแต่งพื้นผิว การปรับวัสดุให้เหมาะสมที่สุด (Optimization) และการรวมหลายวัสดุ โดยในปีนี้บริษัทวางแผนที่จะเพิ่มกระบวนการ DED ด้วย เครื่อง Modulo 400 จาก Beam โดยทางบริษัทต้องการที่จะนำมาใช้ในการเคลือบพื้นผิว และจึงจะผลิตด้วยวิธีการผลิตแบบเติมวัสดุทั้งชิ้นต่อไป

กระบวนการ DED ทำงานอย่างไร?

ในกระบวนการ DED เลเซอร์จะสร้างแอ่งหลอม (melt pool) ในขณะเดียวกันกับที่ผงโลหะหรือลวด ป้อนเข้าไปและหลอมละลาย Modulo 400 ทำงานกับผงโลหะที่มาถึงหัวฉีดแอปพลิเคชันผ่านทางสายพานผงโลหะ Beam ใช้รุ่นที่ 2 ของตัวป้อนแบบสั่น Medicoat เป็นสายพาน ซึ่งลำเลียงทั้งสองหัวฉีดแอปพลิเคชันที่พัฒนาขึ้นเอง แกนเคลื่อนที่พร้อมกันทั้งห้าทำให้แน่ใจว่าชิ้นส่วนสามารถผลิตขึ้นได้จากหลายมุมที่ต่างกันระหว่างกระบวนการ

การตัดสินใจเลือกระหว่าง DED vs Power bed

บริษัท Listemann เคยมีประสบการณ์ใน selective laser melting (SLM) ในบริษัทย่อย IQ Temp ผ่านความร่วมมือกับ บ. Reneshaw แต่ด้วยเหตุผลบางประการ บริษัทก็ยังคงใหม่กับการผลิตแบบเติมวัสดุ สำหรับ Listemann แล้ว กระบวนการผลิตแบบ powder bed และ DED ต่างกันอย่างสิ้นเชิง สำหรับ power bed งานของพวกเขาถูกจำกัดด้วยพื้นที่ติดตั้งที่เล็กของเครื่อง  “เราตัดสินใจเลือกกระบวนการ DED เพราะความยืดหยุ่นและสมรรถนะการผลิต” Dr Manfred Boretius ซีอีโอของ Listemann กล่าว นอกจากนี้บรรยากาศก๊าซเฉื่อยยังสามารถหาซื้อได้จาก Beam โดยก๊าซเฉื่อยนี้ ทำให้การดำเนินการโลหะที่เกิดปฏิกิริยาอย่างไทเทเนียม หรือการทำงานด้วยความจุที่สูงขึ้นมีความเป็นไปได้ ประเด็นสำคัญอีกอย่าง คือ Listemann สามารถใช้กระบวนการ DED ไม่เพียงแค่การผลิตส่วนประกอบด้วยวิธีเติมวัสดุ แต่ยังสามารถทำการซ่อมแซมชิ้นส่วนที่มีอยู่หรือดัดแปลงเพิ่มเติมบนชิ้นส่วนเดิมได้ ต.ย. Listemann สามารถเชื่อมลูกเบี้ยวบนท่อในเรขาคณิตและขนาดใดก็ได้ แต่ Listemann จะเริ่มด้วยการเคลือบเป็นงานแรก ก่อนที่จะขยายเป็นการผลิตทั้งชิ้นส่วน

ทักษะการเขียนโปรแกรมและประสบการณ์การเชื่อม

ทักษะการเขียนโปรแกรม – ในการใช้งานเครื่อง Modulo 400 ที่เป็นกระบวนการ DED ถือเป็นเรื่องใหม่สำหรับ Listemann พวกเขาจำเป็นต้องสร้างทักษะการออกแบบ DED และการเขียนโปรแกรมเครื่องจักร 5 แกน ซึ่งทางผู้ผลิตให้ความมั่นใจว่า การเขียนโปรแกรม DED แทบไม่มีความแตกต่างใดกับ การเขียนโปรแกรมเครื่องกัด NC 5 แกน เพราะการออกแบบของ Modulo 400 สอดคล้องกับเครื่อง 5 แกนมาตรฐาน เพียงแต่ในการผลิตแบบ DED เป็นการผลิตแบบเติมวัสดุ ในขณะที่ NC เป็นการผลิตแบบตัดวัสดุออก 

ประสบการณ์การเชื่อม – เนื่องจากกระบวนการ DED มีความคล้ายการเชื่อม ประสบการณ์ในการเชื่อมก็เป็นพื้นฐานที่ดีสำหรับการทำงานกับเครื่อง DED เพราะตรงจุดนี้จำเป็นต้องใช้ความรู้ด้านการเชื่อมแบบดั้งเดิม วัสดุไหนที่ไปด้วยกัน? ต้องใส่วัสดุมากแค่ไหนใช้ผสมกับวัสดุฐาน? ต้องหยุดเพื่อระบายความร้อนที่ไหนเพื่อที่การบิดตัวจะไม่เกิดขึ้น? 

การลงทุนได้ผลคุ้มค่าผ่านการเคลือบคุณภาพสูง 

เครื่องมีราคาสูงถึง 3 เท่าของเครื่องกัด 5 แกนที่ทันสมัย แต่เนื่องจากขนาดเม็ดผงโลหะมีขนาดระหว่าง 45 ถึง 100 ไมโครเมตร โดยปกติมีราคาถูกกว่าของกระบวนการ powder bed และยังไม่แทรกซึมปอดเท่า จึงเพิ่มความปลอดภัยให้แก่พนักงาน และ Boretius ยังมีท่าทีผ่อนคลายกับการลงทุนที่สูง โดยกล่าวว่า “ถ้าผมเคลือบวัสดุฐานที่มีราคาถูกด้วยวัสดุคุณภาพสูงและสามารถเพิ่มอายุการใช้งานได้ 10 เท่า มันจะคุ้มค่าเร็วมาก” นอกจากนี้ ชั้นของการเคลือบไม่ได้หนาแค่ 2-3 ไมโครเมตร แบบที่เครื่องมือทั่วไปทำ แต่หนาระหว่าง 1 ถึง 10 มม. “ถ้าเราเคลือบหนา 3 มม. ลูกค้าสามารถขัดกระดาษทรายได้ 3 รอบ โดยที่ไม่ต้องเคลือบใหม่” Oster ผู้จัดการลูกค้าประจำประเทศเยอรมันีและออสเตรีย ของ บ.บีม กล่าวเสริม 

Listemann ไม่ต้องการจับตลาด mass พวกเขาเน้นที่ตลาด niche และต้องการให้บริการกับลูกค้าที่กำลังมองหาการออกแบบวัสดุที่เฉพาะเจาะจง คุณภาพสูงสุดและ โซลูชันวัสดุที่มีนวัตกรรม

การพัฒนาโลหะผสมใหม่ระหว่างกระบวนการพิมพ์ 

บริษัท Beam กำลังอยู่ในกระบวนการพัฒนาเหล็กกล้าไร้สนิมและเหล็กกล้าเครื่องมือที่ใช้กันทั่วไป โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการทำแม่พิมพ์และผลิตเครื่องมือ สี่ชนิดและมีมากกว่านี้ใน pipeline ทุกคนควรค้นหาวัสดุที่เหมาะสมสำหรับการใช้งาน “มันอาจไม่ตรงเป๊ะกันกับวัสดุที่คุณใช้ในกระบวนการธรรมดา เพราะมันยากมากที่จะเตรียมให้เป็นผงสำหรับการผลิตแบบเติมวัสดุ แต่จะมีตัวที่เหมาะสม เทียบเท่าได้” Oster อธิบาย วัสดุมีตามความแข็ง จากแข็ง (Hard) ไปถึง เหนียว (Tough) โดยผู้ใช้สามารถขยายพอร์ตโฟลิโอวัสดุของตนเอง เพราะหนึ่งในข้อได้เปรียบของกระบวนการ DED คือ การพัฒนาวัสดุโลหะผสมใหม่ในกระบวนการพิมพ์ ซึ่งทาง Boretius เองก็รอคอยสิ่งนี้: “เราสามารถที่จะนำสายพานโลหะหลายชนิด ผสมผงโลหะนั้นด้วยองค์ประกอบที่แตกต่างกัน ป้อนมันเข้าไปในกระบวนการ และด้วยเหตุนี้จึงสร้างวัสดุ customized หรือเปลี่ยนจากวัสดุ A ไปเป็นวัสดุ B” ผงโลหะมารวมกันที่หัวเลเซอร์และหลอมรวมกับส่วนประกอบในลำแสงเลเซอร์ 


ปรับปรุงเครื่องมือด้วยการเปลี่ยนแปลงวัสดุ 

การเปลี่ยนแปลงวัสดุเป็นประโยชน์สำหรับมีดตัดเจาะ ตัวอย่างเช่น ตรงมุมสำหรับตัดควรจะแข็งเพื่อที่จะสามารถผ่านวัสดุไปได้ง่ายและไม่สึกหรอไปหลังเพียง 1000 รอบ แต่ถ้าคุณทำให้มันแข็งมากจนการสึกหรอต่ำ มีความเสี่ยงที่มันจะแตกหัก ดังนั้นปัจจุบันใช้การประนีประนอมระหว่างความแข็งและความเหนียว “ด้วย DED เราสามารถสร้างวัสดุที่นุ่มหรือเหนียว บางทีดูดซับแรงกระแทกได้ด้วย และใช้วัสดุที่แข็งพิเศษเฉพาะตรงปลาย 5 หรือ 10 มม. สิ่งนี้จะยืดอายุเครื่องมือในการผลิตได้อย่างมีนัยสำคัญ” Oster กล่าว แล้วผงโลหะที่เหลือล่ะ? ตามที่ Oster กล่าว ผงโลหะที่เหลือจะน้อยมากเพราะวัสดุได้ถูกใช้โดยตรงกับจุดที่เกี่ยวข้องและไม่กระจายไปทั่วพื้นที่ขนาดใหญ่ 

กระบวนการที่ต้องทำหลังการพิมพ์สามมิติ น้อยที่สุด

การเคลื่อนที่แบบ 5 แกนระหว่างการประกอบ หมายถึง โครงสร้างสนับสนุนไม่จำเป็นต้องมี งานที่พิมพ์ออกมามีความใกล้เคียงมากแล้วในรูปทรงเรขาคณิตและรูปร่าง กับขนาดสุดท้ายของชิ้นส่วนที่ต้องการ 

สำหรับวันนี้ท่านผู้อ่านคงพอได้ทำความรู้จักและถึงประโยชน์ต่าง ๆ ของ DED มากขึ้นแล้วนะครับ ว่าไม่เพียงแต่ทำได้เพียงการพิมพ์สามมิติเท่านั้น แต่ยังใช้ได้ กับงานเคลือบผิว งานซ่อม และงานดัดแปลงอีกด้วยครับ ไม่แน่ว่า DED อาจเป็นหนึ่งในทางเลือกสำหรับคุณผู้อ่านในการพิจารณาในอนาคตครับ สำหรับท่านที่อ่านมาถึงตอนนี้แล้ว ยังไม่เห็นภาพว่า DED ทำงานอย่างไร แนะนำให้ชมคลิปวีดีโอข้างล่างครับ กระบวนการ DED ได้ที่ https://www.youtube.com/watch?v=oL7bMhPTtDI (ที่มา: Beam)

ที่มา: https://www.etmm-online.com