Ex-AM 255 เครื่องพิมพ์ 3 มิติหลายวัสดุและหลายกระบวนการ ลดต้นทุนได้ถึง 10 เท่า!!

การควบคุมระดับอุณหภูมิในแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการคุณภาพชิ้นงาน การออกแบบช่องทางหล่อเย็นในแม่พิมพ์จึงเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับประสิทธิภาพของการหล่อเย็น แต่เดิมการออกแบบช่องทางหล่อเย็นจะเป็นทางวิ่งผ่านเข้าและออกภายในแม่พิมพ์เฉพาะบางส่วน จึงทำให้มีประสิทธิภาพไม่มากนักและรอบเวลาในการผลิตยาวนาน แต่ในปัจจุบันมีการออกแบบช่องทางหล่อเย็นแบบใกล้เส้นขอบ (Near Contour) ซึ่งช่องทางการไหลครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ในแม่พิมพ์จนเกือบถึงเส้นขอบแม่พิมพ์ทำให้การหล่อเย็นมีประสิทธิภาพมากขึ้น การพิมพ์ 3 มิติช่วยเพิ่มอิสระในการออกแบบ ทำให้การผลิตสามารถเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว จากเดิมแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปโลหะใช้เวลานานถึง 8 สัปดาห์ สามารถลดลงมาเหลือ 5 วันด้วยการพิมพ์ 3 มิติ 

การพิมพ์ 3 มิตินั้นนอกจากให้อิสระในการออกแบบ ข้อดีอีกหนึ่งอย่าง คือ เทคนิคที่เรียกว่า ‘One Shot’ หรือ การพิมพ์ 3 มิติโดยที่พิมพ์ชิ้นส่วนเป็นชิ้นเดียวกัน (ปกติจะผลิตแยกเพื่อมาประกอบกัน) ทำให้ชิ้นงานมีความเรียบง่ายขึ้น ลดเวลาที่ต้องใช้ในการประกอบ

โครงการนี้เป็นความร่วมมือจากหลายภาคส่วนระหว่างภาควิชาการและบริษัทเอกชน ด้วยเงินสนับสนุนจากภาครัฐ มีจุดมุ่งหมายเพื่อเพิ่มศักยภาพการผลิตภายในประเทศ (เยอรมนี) และผลักดันให้การพิมพ์ 3 มิตินำมาใช้ในการผลิตจริงอย่างแพร่หลาย

ตัวอย่างช่องทางการหล่อเย็นแบบใกล้เส้นขอบ การหล่อเย็นทำได้อย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพมากขึ้นอีกทั้งยังสามารถลดรอบเวลาในการผลิต

(ที่มา: mdpi.com)

(ที่มา: ZETTERRER)

ความร่วมมือจากหลายภาคส่วนเพื่อการพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้งานได้จริง

ประธานของภาควิชา Microfluidics ที่มหาวิทยาลัย Rostock (LFM) ทำงานร่วมกันกับบริษัท Stenzel MIM Technik ในโครงการพิมพ์เครื่องมือสำหรับแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM – Metal Injection Mmoulding) 3 มิติ โดยใช้เทคโนโลยี CEM (Composite Extrusion Modelling หรือ การสร้างแบบจำลองด้วยการอัดรีดคอมโพสิต) ของบริษัท Aim 3D พร้อมกับระบบ Ex-AM 255 โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่ได้รับทุนสนับสนุนจากกระทรวงเศรษฐกิจและพลังงานแห่งสหพันธรัฐเยอรมนี (BMWi) ระยะเวลาของโครงการ คือ ตั้งแต่เดือนเมษายน 2021 ถึง เดือนตุลาคม 2023 โครงการนี้แสดงถึงความล้ำสมัยขั้นสุดของการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

เครื่องมือ 3 มิติสำหรับการฉีดขึ้นรูปโลหะที่ผลิตบน Ex-AM 255

(ที่มา: Aim 3D)

เครื่องมือ 3 มิติจากการหล่อเย็นใกล้เส้นขอบสำหรับแม่พิมพ์หล่อฉีดขึ้นรูปโลหะ (MIM-Metal Injection Moulding)

โครงการนี้มีเป้าหมาย คือ ใช้การพิมพ์ 3 มิติในการผลิตเครื่องมือสำหรับแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปโลหะที่มีช่องทางหล่อเย็นใกล้เส้นขอบ (Near Contour) ของแม่พิมพ์ การหล่อเย็นแบบนี้ทำให้ลดรอบเวลาลงได้อย่างมาก สามารถถอดออกจากแม่พิมพ์ได้เร็วขึ้น รูปทรงที่ซับซ้อนของช่องทางหล่อเย็นถูกออกแบบโดยใช้เทคโนโลยี CAD (Computer Aided Design) ในการสร้างแบบจำลองที่อิงตามความต้องการของส่วนประกอบ จากประสบการณ์ที่มีมาอย่างยาวนาน AIM3D แสดงให้เห็นว่ารอบเวลาลดลงประมาณ 20 เปอร์เซ็นต์ ขึ้นอยู่กับขนาดและความหนาของผนัง

การพิมพ์ 3 มิตินั้นยังมีอีกข้อได้เปรียบที่เรียกว่าเทคนิค One-Shot คือ การพิมพ์ชิ้นส่วนเป็นชิ้นเดียวกัน (ปกติจะผลิตแยกเพื่อมาประกอบกัน)  ทำให้ชิ้นงานมีความเรียบง่ายขึ้น ลดเวลาที่ต้องใช้ในการประกอบ

โมเดล 3 มิติของเครื่องมือที่ปรับให้เหมาะสมพัฒนาขึ้นโดยการจำลองด้วย CAD ข้อมูลนี้จะส่งผ่านไปยังระบบ CEM ‘Ex-AM 255’ พร้อมกับกระบวนการพารามิเตอร์ที่จำเป็น หลังจากนั้นชิ้นส่วนจะถูกพิมพ์ขึ้นจากการผสมวัสดุโลหะและวัสดุประสานที่เป็นพลาสติก และจะนำชิ้นส่วนเข้าเตาอบเพื่อกำจัดวัสดุประสาน ทำให้ระเหยออกมาเป็นไอและเกิดการเผาผนึก (Sintering) ชิ้นงานจะมีการสร้างเกรนของโลหะเพื่อให้ได้คุณสมบัติของวัสดุโลหะสุดท้ายด้วยความหนาแน่นวัสดุที่ 98 เปอร์เซ็นต์

คลิปวิดีโอด้านล่างเป็นการอธิบายกระบวนการขจัดวัสดุประสาน (Debinding) และการเผาผนึก (Sintering) 

Ex-AM 255 เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบหลายวัสดุ

AIM3D เสนอโซลูชันเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่สามารถใช้ได้กับหลากหลายวัสดุ เช่น โลหะ พลาสติก เซรามิก อีกทั้งยังหลากหลายกระบวนการ เช่น ส่วนประกอบแบบไฮบริด (ส่วนประกอบที่ใช้หลายกระบวนการในชิ้นเดียว)  เมื่อเปรียบเทียบกับกระบวนการแบบ Powder Bed หรือการพิมพ์ 3 มิติอื่น ๆ ที่ใช้วัสดุแบบเส้น (Filament) ระบบของกระบวนการ CEM นั้นทนต่อแรงดึงพอ ๆ กับการฉีดขึ้นรูปเทอร์โมพลาสติกแบบเดิม อีกทั้งยังประหยัดค่าใช้จ่ายได้ถึง 10 เท่า ด้วยการใช้เม็ดพลาสติก (Granule) ทั่วไปที่หาซื้อได้ตามท้องตลาด เป็นเม็ดพลาสติกเดียวกันกับที่ใช้ในกระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติกปกติทั่วไป

คุณผู้อ่านสามารถดูวิดีโอ การทำงานของเครื่อง Ex-AM 255 เพื่อความเข้าใจที่มากขึ้นได้จากลิงก์ด้านล่าง

‘EXAM 255’ เครื่องพิมพ์ 3 มิติหลากหลายวัสดุ จาก AIM3D

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

บทความที่น่าสนใจ

• ‘Method XL’ เครื่องพิมพ์ 3 มิติระดับวิศวกรรม รองรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่
• ‘Exam 255’ เครื่องพิมพ์ 3 มิติหลากหลายวัสดุ จาก AIM3D 
• New mid-range 3D printer | เครื่องพิมพ์ 3 มิติขนาดกลาง ใหม่จาก Stratasys
• ยกระดับการผลิตอวัยวะเทียมแบบกำหนดเองด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติล่าสุดจาก Eplus 3D

About The Author