jump to navigation

Direct-metal manufacturing อีกหนึ่งเทคโนโลยีการผลิตแบบ mass customization November 16, 2009

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

กระบวนการขึ้นรูปแบบ Additive manufacturing ที่รู้จักกันดีก็ได้แก่กระบวนการหล่อ และการเชื่อม หากแต่ยังมีอีกกระบวนการขึ้นรูปหนึ่งที่กำลังถูกศึกษาและพัฒนาอย่างต่อเนื่องในรอบสิบกว่าปีที่ผ่านมา นั่นก็คือกระบวนการสร้างต้นแบบเร็ว หรือ rapid prototyping

กระบวนการขึ้นรูปแบบ RP มีอยู่หลากหลายวิธีด้วยกัน แต่กระบวนการที่มีความเป็นไปได้ในลักษณะ rapid manufacturing สำหรับงานโลหะ ก็เห็นจะเป็น direct-metal manufacturing ซึ่งอาศัยการ sintering วัสดุผงด้วย laser แบบ layer-by-layer

MMS_1109_directmetal_1A
Turbine blade ชิ้นทางขวาแสดงให้เห็นช่องต่างๆ ภายในชิ้นงาน

ในการขึ้นรูป ข้อมูลจะส่งตรงจาก CAD model สู่เครื่อง RP สำหรับทำการผลิตชิ้นงานทีละชั้น ชิ้นงานที่ได้มีขนาดรูปร่างและขนาดแบบ near-net shape ซึ่งถือว่ามีคุณภาพดีกว่าง่านหล่อทั่วไป เนื่องจากชิ้นส่วนต่างๆ ถูกขึ้นรูปแบบเฉพาะส่วน ขนาดที่ได้มีความถูกต้อง แม่นยำสูงด้วย laser และความซับซ้อนของชิ้นงานที่งานหล่อและงาน machining ไม่อาจทำได้อย่างมีคุณภาพในเวลาจำกัด direct-metal manufacturing จึงเป็นวิธีที่น่าสนใจไม่น้อย

อย่างไรก็ตาม ชิ้นงานขึ้นรูปมาจากการ sintering ผงโลหะเข้าด้วยกัน มีความจำเป็นที่ต้องทำ heat treatment และ surface finishing เพื่อให้ให้โครงสร้างวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกล และมีพื้นผิวที่เรียบตามต้องการ

MMS_1109_directmetal_0A
Laser sintering

จากแนวคิดการสร้างต้นแบบไปสู่การใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตเป็น rapid manufacturing ถือเป็นอีกขั้นการของพัฒนาเทคโนโลยีแบบ additive manufacturing

ลักษณะงานที่เหมาะแก่การนำเอา RP แบบนี้ไปใช้คือ งานทันตกรรม เครื่องมือแพทย์ การผลิตเครื่องประดับ อวัยวะเทียม อุตสาหกรรมแม่พิมพ์ และการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์ gas turbine ซึ่งจะเห็นได้ว่า งานเหล่านี้มีความเฉพาะตัว เน้นรายละเอียด และมีความต้องการสูง อาจเรียกได้ว่าเป็น mass customization

ตัวอย่างที่ชัดเจนคือการทำระบบช่องทางไหลอันซับซ้อนสำหรับสารหล่อเย็นในแม่พิมพ์ ด้วยกระบวนการหล่อและการ machining นั้นอาจมีข้อจำกัดในการผลิตอันเนื่องมาจากส่วน undercut ทั้งหลายในแม่พิมพ์ที่มีความซับซ้อนมากๆ ด้วยการใช้ direct-metal manufacturing ปัญหาในการผลิตก็ไม่ใช่เรื่องยากอีกต่อไป

ref: http://www.mmsonline.com/articles/is-direct-metal-manufacturing-ready-for-production.aspx


Tags: , , ,

Related posts:

พื้นฐานแบบย่นย่อของ เทคโนโลยีเลเซอร์ Laser ในงาน machining September 1, 2009

Posted by viboon in : Manufacturing technologies , add a comment

9139fd4f0e

Laser มาจาก Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation แปลแบบคร่าวๆ ว่า การเพิ่มความเข้มของแสงด้วยการแผ่รังสีโดยการกระตุ้น หลักการคร่าวๆ คือการให้พลังงานเข้าไปกระตุ้นสารตัวกลางที่มีสมบัติการปล่อยพลังงานในรูปของโฟตอนหรือแสง โดยสารตัวกลางนี้ต้องมีความสามารถในการทำให้เกิดปรากฏการณ์ประชากรผกผัน หรือ population inversion

โดยปกติ อิเล็กตรอนที่ได้รับพลังงานและไปอยู่ในชั้นที่มีความไม่เสถียรจะคายพลังงานออกมากลับเข้าสู่สถานะพื้น หรือ ground state เราเรียกว่า Spontaneous emission คำนวณได้จากสมการของไอสไตน์ คือ E=hv อย่างไร���็ตาม ในระบบ laser นั้น จะมีการใส่พลังงานเข้าไปอีก เพื่อกระตุ้นในเกิดการคายพลังงานกลับสู่สถานะพื้น เราเรียกว่า Stimulated emission (จึงเป็นเหตุผลว่าทำไม laSER ต้อง Stimulated Emission of Radiation) ผลจากการกระตุ้นนี้ ทำให้เกิด population inversion ขึ้นภายในเนื้อสารตัวกลาง โดยผลรวมของพลังงานที่ได้สามารถคำนวณได้จาก พลังงานที่ใส่เข้าไปกระตุ้น และพลังงานที่ได้จากการคายพลังงานของอิเล็กตรอน

ประเด็นที่สำคัญอยู่ที่ Stimulated emission นี่แหละครับ เพราะคุณสมบัติของพลังงานที่ได้ ซึ่งอยู่ในรูปของแสง ทำให้ laser ต่างไปจากแสงโดยทั่วไป นั่นคือ collimated beam, coherent และ monochromatic คือมีเฟสและทิศทางเดียวกัน มีความยาวคลื่นเดียวกัน ซึ่งจะขึ้นอยู่กับชนิดของสารตัวกลางที่เราใช้ เช่น CO2 ให้ความยาวคลื่น 10600 nm Nd:YAG ให้ 1064 nm เป็นต้น แต่การที่ได้แสงที่มีคุณสมบัติเหล่านี้มา ไม่เพียงพอต่อการนำไปใช้งานในด้านการตัดวัสดุ ลำแสงต้องถูก focus เป็น จุดเล็กๆ เพื่อให้พลังงานต่อพื้นที่มีมากกว่าระดับพลังงานที่นำไปสู่ความเสียหายของวัสดุ กล่าวคือ มีมากพอที่จะไปทำลายพันธะโลหะของวัสดุและทำให้อะตอมเกิดการสั่นสะเทือนจนนำไปสู่ความเสียหาย เช่นการเปลี่ยนโครงสร้างผลึกหรือการเปลี่ยนสถานะของวัสดุ นี่จึงเป็นจุดเริ่มต้นของกระบวนการเอาเนื้อวัสดุออกด้วยเลเซอร์ Laser machining และด้วยหลักการเดียวกันนี้ยังนำไปใช้ในกระบวนการเชื่อมวัสดุให้ติดกันอย่างใน Laser welding และ laser sintering เป็นต้น


Tags: , , , ,

Related posts: