เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ การพิมพ์สามมิติ ผลิตชิ้นสวนยานยนต์ ลดต้นทุน

เยอรมัน เผยผลวิจัย “เทคโนโลยี AM ผลิตชิ้นส่วน ลดต้นทุน 50%”

อัปเดตล่าสุด 10 ก.พ. 2565

แม้ว่าในไทยจะใช้เทคโนโลยี Additive Manufacturing (AM) เพียงเพื่อทำชิ้นงานต้นแบบ(Rapid Prototyping) เป็นหลัก แต่สถาบันวิจัยในเยอรมนียังคงค้นหาศักยภาพของ เทคโนโลยี AM จนประสบความสำเร็จในการลดต้นทุนการผลิตแบบ mass production

“ เทคโนโลยี Additive Manufacturing คือ การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ซึ่งใช้กระบวนการพิมพ์ 3 มิติ กระบวนการนี้สร้างชิ้นส่วนด้วยการเพิ่มเนื้อวัสดุทีละชั้นตามข้อมูลจากไฟลออกแบบ 3D ดังนั้น Additive Manufacturing จึงถูกเรียกขานว่า การพิมพ์ 3 มิติ (3D printing)

อย่างไรก็ตาม “การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ” สะท้อนถึงกระบวนการผลิตแบบมืออาชีพ ซึ่งแตกต่างอย่างมากจากวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม ซึ่งเป็นวิธีการผลิตแบบตัดเฉือนเนื้อวัสดุทิ้ง (Substractive Manufacturing)

ตัวอย่างเช่น แทนที่จะกัดชิ้นงานจากเหล็กทั้งก้อน การผลิตแบบเพิ่มเนื้อจะสร้างชิ้นงานขึ้นทีละชั้นจากวัสดุที่เป็นผงละเอียด หรือของเหลว สามารถใช้โลหะ พลาสติก และวัสดุคอมโพสิตได้หลายชนิด ”

Advertisement

สถาบันฟรอนโฮเฟอร์ (Fraunhofer Institute) ประเทศเยอรมนี ได้ทำการวิจัยการผลิตชิ้นส่วนบานพับประตูรถสปอร์ตแบบ mass production โดยใช้เครื่องพิมพ์สามมิติ (3D Printer) เพื่อทดลองว่าจะสามารถลดต้นทุนการผลิตได้จริงหรือไม่ ผ่านความร่วมมือจากผู้เชี่ยวชาญด้านซอฟต์แวร์จาก 3D Spark

‘รถอีวี’ กระทบ ‘การผลิตชิ้นส่วนยานยนต์’ อย่างไร?

ในช่วงต้นของการออกแบบ ผู้เชี่ยวชาญได้มุ่งไปที่การกำหนดทิศทางการผลิตผ่านกระบวนการ 3D Printing โดยให้ความสำคัญกับต้นทุนเป็นหลัก และทำการออกแบบชิ้นงานใหม่มีความเหมาะสมด้วยวิธีต่าง ๆ เช่น ลดจำนวน Support Structure เพื่อให้การพิมพ์ชิ้นงานแต่ละครั้งใช้พื้นที่ของเครื่องพิมพ์ได้อย่างคุ้มค่า กระบวนการทั้งหมดนี้ทำให้การพิมพ์แต่ละครั้งสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนได้มากชึ้น และลดต้นทุนได้ถึง 15%

ขั้นถัดมาคือโครงสร้างของชิ้นงาน โดยใช้คุณสมบัติด้านความอิสระในการออกแบบรูปทรงของเทคโนโลยี Additive Manufacturing ให้เป็นประโยชน์ ได้เป็นชิ้นส่วนที่มีวัสดุที่จำเป็นตามแนวแรงกระทำของแบบจำลอง ซึ่งลดน้ำหนักชิ้นงานได้ 35% นอกจากนี้ การใช้วัสดุน้อยลงแล้ว ยังช่วยให้การพิมพ์ชิ้นงานรวดเร็วขึ้นกว่าการพิมพ์โดยไม่ปรับแต่งโครงสร้างถึง 20%

ทางสถาบันยังพบว่า การลดจำนวนโครงสร้าง Support Structure ลง ทำให้ช่วยประหยัดเวลาในการกำจัดโครงสร้างส่วนเกินออก ซึ่งช่วยลดต้นทุนในการผลิตเป็นอย่างมาก อีกทั้งยังช่วยให้ประหยัดวัสดุที่ใช้ผลิตชิ้นงานได้มากขึ้น ทำให้ต้นทุนการผลิตลดลงอีก 10% และการเลือกใช้ผงโลหะที่มีคุณภาพเหมาะสมกับชิ้นงาน ก็ช่วยลดต้นทุนได้อีก 10% เช่นเดียวกัน

นอกจากนี้ ทางสถาบันยังมีการปรับพารามิเตอร์อื่น ๆ เพื่อลดต้นทุนการผลิตอีก เช่น ลดความหนาของการพิมพ์แต่ละชั้น ปรับตั้งต่าของลำแสงเลเซฮร์ที่ใช้ ซึ่งผลที่ได้คือ บานพับประตูยานยนต์ที่มีประสิทธิภาพลดลงเล็กน้อย แต่ประสิทธิภาพยังสูงกว่าบานพับที่ผลิตจากการหล่อโลหะ ช่วยลดต้นทุนการพิมพ์ชิ้นส่วนลงได้ 15% และหากจำเป็นก็สามารถซ้อนขิ้นงานบนพื้นที่เครื่องพิมพ์เพื่อลดต้นทุนได้อีก 10%

ผลลัพธ์ที่ได้จากการออกแบบชิ้นงานตามหลักการออกแบบเพื่อต้นทุน (Design to Cost) คือ สถาบันฟรอนโฮเฟอร์ประสบความสำเร็จในการผลิตบานพับประตูยานยนต์ที่มีต้นทุนต่ำกว่าการผลิตจาก 3D Printer ทั่วไปถึง 80% แบ่งเป็นลดต้นทุนจากการออกแบบโครงสร้าง 45% และลดต้นทุนจากการใช้วัสดุและปรับพารามิเตอร์อื่น ๆ อีก 35%

นอกจากนี้ ทางสถาบันพบว่า Additive Manufacturing มีความเป็นไปได้จริงในการนำมาลดต้นทุนการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์ อีกทั้งช่วยให้ยานยนต์มีประสิทธิภาพสูงขึ้นจากการลดน้ำหนักชิ้นส่วน และการค้นพบที่สำคัญที่สุดคือ ชิ้นส่วนบานพับประตูยานยนต์นี้มีต้นทุนการผลิตต่ำกว่าการกัดชิ้นงานทั่วไปถึง 50%

ผลการศึกษาในครั้งนี้แสดงให้เห็นว่า เทคโนโลยี Additive Manufacturing สามารถนำไปต่อยอดสู่การลดต้นทุนการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์อย่างเป็นระบบ โดยสามารถลดต้นทุนการผลิตชิ้นส่วนจำนวนมากถึง 5,000 ชิ้น