โครงตัวถังรถยนต์ทั้งหมดของ Divergent3D ผลิตด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ โดยเปิดตัวสู่สาธารณะเป็นครั้งแรกที่บูธ SLM Solutions ในงาน Formnext 2018 ที่เมืองแฟรงก์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี ระหว่างวันที่ 13-16 พฤศจิกายน
หากคุณมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing หรือ AM) คุณอาจคุ้นเคยกับหัวฉีดพิมพ์ 3 มิติสำหรับแพลตฟอร์มเครื่องยนต์เจ็ท Leap ของ GE สื่อธุรกิจได้รายงานเรื่องนี้มาตั้งแต่ปี 2012 เนื่องจากเป็นกรณีแรกของการนำ AM มาใช้ในสภาพแวดล้อมการผลิตจริงที่ได้รับการเผยแพร่อย่างกว้างขวาง
หัวฉีดเชื้อเพลิงแบบชิ้นเดียวเข้ามาแทนที่ชุดประกอบแบบเดิมที่มีถึง 20 ชิ้น นอกจากนี้ยังต้องมีดีไซน์ที่แข็งแรงทนทาน เนื่องจากต้องทนต่ออุณหภูมิสูงถึง 2,400 องศาฟาเรนไฮต์ภายในเครื่องยนต์เจ็ท ชิ้นส่วนดังกล่าวได้รับการรับรองสำหรับการบินในปี 2016
ปัจจุบัน GE Aviation รายงานว่ามีคำสั่งซื้อเครื่องยนต์ Leap มากกว่า 16,000 เครื่องแล้ว เนื่องจากความต้องการสูง บริษัทจึงรายงานว่าได้ผลิตหัวฉีดเชื้อเพลิงแบบพิมพ์ 3 มิติชิ้นที่ 30,000 ในช่วงฤดูใบไม้ร่วงปี 2018 GE Aviation ผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้ในเมืองออเบิร์น รัฐอลาบามา ซึ่งมีเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติมากกว่า 40 เครื่องสำหรับการผลิตชิ้นส่วน GE Aviation รายงานว่าเครื่องยนต์ Leap แต่ละเครื่องมีหัวฉีดเชื้อเพลิงแบบพิมพ์ 3 มิติจำนวน 19 หัว
เจ้าหน้าที่ของ GE อาจจะเบื่อที่จะพูดถึงหัวฉีดเชื้อเพลิงแล้ว แต่หัวฉีดเชื้อเพลิงนี่แหละที่เป็นตัวปูทางไปสู่ความสำเร็จด้านการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing: AM) ของบริษัท ที่จริงแล้ว การประชุมออกแบบเครื่องยนต์ใหม่ทุกครั้งมักเริ่มต้นด้วยการพูดคุยเกี่ยวกับการนำการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุมาใช้ในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ GE 9X รุ่นใหม่ที่กำลังอยู่ระหว่างการรับรอง มีหัวฉีดเชื้อเพลิง 28 หัว และเครื่องผสมการเผาไหม้ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ อีกตัวอย่างหนึ่งคือ GE Aviation กำลังออกแบบเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อปใหม่ ซึ่งมีดีไซน์เกือบเหมือนเดิมมาประมาณ 50 ปีแล้ว และจะมีชิ้นส่วนที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ 12 ชิ้น ซึ่งช่วยลดน้ำหนักเครื่องยนต์ลงได้ 5 เปอร์เซ็นต์
“สิ่งที่เราทำมาตลอดหลายปีที่ผ่านมาคือการเรียนรู้วิธีการผลิตชิ้นส่วนขนาดใหญ่ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ” เอริค แกทลิน หัวหน้าทีมการผลิตด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติของ GE Aviation กล่าวต่อหน้าผู้คนจำนวนมากที่บูธของบริษัทในงาน Formnext 2018 ที่เมืองแฟรงก์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี เมื่อต้นเดือนพฤศจิกายน
แกทลินกล่าวต่อไปว่า การยอมรับเทคโนโลยีการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing หรือ AM) เป็น “การเปลี่ยนแปลงครั้งสำคัญ” สำหรับ GE Aviation อย่างไรก็ตาม บริษัทของเขาไม่ใช่บริษัทเดียวที่ทำเช่นนั้น ผู้จัดแสดงสินค้าในงาน Formnext ระบุว่า มีผู้ผลิต (OEM และ Tier 1) เข้าร่วมงานในปีนี้มากกว่าที่เคยเป็นมา (เจ้าหน้าที่จัดงานรายงานว่ามีผู้เข้าร่วมงาน 26,919 คน เพิ่มขึ้น 25 เปอร์เซ็นต์จากงาน Formnext ปี 2017) ในขณะที่ผู้ผลิตด้านการบินและอวกาศเป็นผู้นำในการผลักดันให้การผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุเป็นจริงในโรงงาน บริษัทด้านยานยนต์และการขนส่งกำลังพิจารณาเทคโนโลยีนี้ในมุมมองใหม่ ที่จริงจังมากขึ้น
ในงานแถลงข่าวของ Formnext นาย Paul Heiden รองประธานอาวุโสของ Ultimaker ได้เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับการที่ Ford ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติของบริษัทที่โรงงานในเมืองโคโลญ ประเทศเยอรมนี เพื่อสร้างเครื่องมือสำหรับการผลิตรถยนต์ Ford Focus โดยเขากล่าวว่าบริษัทประหยัดค่าใช้จ่ายได้ประมาณ 1,000 ยูโรต่อเครื่องมือหนึ่งชิ้น เมื่อเทียบกับการซื้อเครื่องมือแบบเดียวกันจากซัพพลายเออร์ภายนอก
หากวิศวกรฝ่ายผลิตต้องการเครื่องมือ พวกเขาสามารถนำแบบร่างเข้าสู่ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง 3 มิติ CAD ปรับแต่งแบบร่าง ส่งไปยังเครื่องพิมพ์ และพิมพ์ออกมาได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง ความก้าวหน้าของซอฟต์แวร์ เช่น การเพิ่มประเภทวัสดุมากขึ้น ช่วยให้เครื่องมือออกแบบใช้งานง่ายขึ้น ดังนั้นแม้แต่ "ผู้ที่ไม่ได้รับการฝึกฝน" ก็สามารถใช้งานซอฟต์แวร์ได้ ไฮเดนกล่าว
ไฮเดนกล่าวว่า เมื่อฟอร์ดสามารถสาธิตให้เห็นถึงประโยชน์ของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้แล้ว ขั้นตอนต่อไปของบริษัทคือการแก้ปัญหาการจัดเก็บชิ้นส่วนอะไหล่ แทนที่จะเก็บชิ้นส่วนหลายร้อยชิ้นไว้ ฟอร์ดจะใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติในการพิมพ์ชิ้นส่วนตามคำสั่งซื้อ จากนั้น ฟอร์ดคาดว่าจะได้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้จะมีผลกระทบอย่างไรต่อการผลิตชิ้นส่วน
บริษัทผู้ผลิตรถยนต์อื่นๆ ได้เริ่มนำเครื่องมือการพิมพ์ 3 มิติมาประยุกต์ใช้ในรูปแบบที่สร้างสรรค์แล้ว Ultimaker ได้ยกตัวอย่างเครื่องมือที่ Volkswagen ใช้ในโรงงานที่เมืองปาลเมลา ประเทศโปรตุเกส:
เครื่องมือชิ้นนี้ผลิตขึ้นโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Ultimaker และใช้สำหรับนำทางในการวางตำแหน่งสลักเกลียวระหว่างการประกอบล้อที่โรงงานประกอบรถยนต์ Volkswagen ในประเทศโปรตุเกส
เมื่อพูดถึงการกำหนดนิยามใหม่ของการผลิตรถยนต์ คนอื่นๆ กำลังคิดการใหญ่กว่านั้นมาก เควิน ซิงเกอร์ จาก Divergent3D คือหนึ่งในนั้น
Czinger ต้องการพลิกโฉมวิธีการผลิตรถยนต์ เขาต้องการสร้างแนวทางใหม่โดยใช้การสร้างแบบจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ขั้นสูงและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เพื่อสร้างโครงรถที่เบากว่าโครงรถแบบดั้งเดิม มีชิ้นส่วนน้อยลง ให้ประสิทธิภาพสูงขึ้น และมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า Divergent3D ได้จัดแสดงโครงรถที่พิมพ์ด้วยเทคโนโลยี 3 มิติ ณ บูธของ SLM Solutions Group AG ในงาน Formnext
ตัวถังที่พิมพ์ด้วยเครื่อง SLM 500 ประกอบด้วยจุดเชื่อมต่อแบบยึดตัวเองได้ ซึ่งจะประกอบเข้าด้วยกันหลังจากพิมพ์เสร็จ เจ้าหน้าที่ของ Divergent3D กล่าวว่า แนวทางการออกแบบและประกอบตัวถังแบบนี้สามารถประหยัดค่าใช้จ่ายได้ถึง 250 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ จากการลดต้นทุนเครื่องมือและลดจำนวนชิ้นส่วนลง 75 เปอร์เซ็นต์
บริษัทหวังที่จะจำหน่ายหน่วยการผลิตประเภทนี้ให้กับผู้ผลิตรถยนต์ในอนาคต Divergent3D และ SLM ได้ร่วมมือกันอย่างใกล้ชิดในเชิงกลยุทธ์เพื่อบรรลุเป้าหมายนี้
บริษัท Senior Flexonics อาจไม่ใช่บริษัทที่เป็นที่รู้จักในวงกว้าง แต่เป็นผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนรายใหญ่ให้กับบริษัทต่างๆ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ดีเซล การแพทย์ น้ำมันและก๊าซ และการผลิตไฟฟ้า ตัวแทนของบริษัทได้พบกับ GKN Powder Metallurgy เมื่อปีที่แล้วเพื่อหารือเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการพิมพ์ 3 มิติ และทั้งสองบริษัทได้แบ่งปันเรื่องราวความสำเร็จของตนในงาน Formnext 2018
ชิ้นส่วนที่ได้รับการออกแบบใหม่เพื่อใช้ประโยชน์จากเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (AM) ได้แก่ วาล์วไอดีและไอเสียสำหรับระบบระบายความร้อนไอเสียแบบหมุนเวียนสำหรับรถบรรทุกเชิงพาณิชย์ ทั้งบนและนอกถนน บริษัท Advanced Flexonics สนใจที่จะดูว่ามีวิธีใดบ้างที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นในการสร้างต้นแบบที่สามารถทนต่อการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงและอาจนำไปสู่การผลิตจำนวนมากได้ ด้วยความรู้ที่สั่งสมมาหลายปีในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับยานยนต์และอุตสาหกรรม บริษัท GKN มีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับความพรุนเชิงฟังก์ชันของชิ้นส่วนโลหะ
ประเด็นหลังนี้มีความสำคัญ เพราะวิศวกรหลายคนเชื่อว่าชิ้นส่วนสำหรับยานพาหนะอุตสาหกรรมบางประเภทจำเป็นต้องมีความหนาแน่น 99% แต่ในหลายๆ การใช้งานนั้นไม่ใช่เช่นนั้น ตามที่ Adrian Keppler ซีอีโอของ EOS กล่าว ซึ่งผู้ให้บริการเทคโนโลยีเครื่องจักรและพันธมิตรรายนี้ก็ให้การรับรองเช่นกัน
หลังจากพัฒนาและทดสอบชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุ EOS Stainless Steel 316L VPro แล้ว บริษัท Senior Flexonics พบว่าชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ สามารถบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพและสามารถผลิตได้เร็วกว่าชิ้นส่วนหล่อ ตัวอย่างเช่น ประตูสามารถพิมพ์ 3 มิติได้ในเวลาเพียง 70% เมื่อเทียบกับกระบวนการหล่อ ในงานแถลงข่าว ทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องในโครงการต่างยอมรับว่าสิ่งนี้มีศักยภาพสูงสำหรับการผลิตจำนวนมากในอนาคต
เคปเลอร์กล่าวว่า “คุณต้องคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีการผลิตชิ้นส่วน คุณต้องมองกระบวนการผลิตในมุมมองที่แตกต่างออกไป ชิ้นส่วนเหล่านี้ไม่ใช่การหล่อหรือการตีขึ้นรูป”
สำหรับหลายคนในอุตสาหกรรม AM เป้าหมายสูงสุดคือการได้เห็นเทคโนโลยีนี้ได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมการผลิตปริมาณมาก ในสายตาของหลายคน นั่นหมายถึงการยอมรับอย่างสมบูรณ์
เทคโนโลยี AM ถูกนำมาใช้ในการผลิตวาล์วทางเข้าและทางออกสำหรับระบบระบายความร้อนไอเสียแบบหมุนเวียนสำหรับรถบรรทุกเชิงพาณิชย์ ผู้ผลิตชิ้นส่วนต้นแบบเหล่านี้คือ Senior Flexonics ซึ่งกำลังศึกษาการใช้งานอื่นๆ ของการพิมพ์ 3 มิติภายในบริษัทของตน
ด้วยเหตุนี้ ผู้พัฒนาวัสดุ ซอฟต์แวร์ และเครื่องจักรจึงทำงานอย่างหนักเพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ช่วยให้สิ่งนี้เป็นไปได้ ผู้ผลิตวัสดุกำลังมองหาการสร้างผงและพลาสติกที่สามารถตอบสนองความคาดหวังด้านประสิทธิภาพได้อย่างสม่ำเสมอ ผู้พัฒนาซอฟต์แวร์กำลังพยายามขยายฐานข้อมูลวัสดุเพื่อทำให้การจำลองมีความสมจริงมากขึ้น ผู้ผลิตเครื่องจักรกำลังออกแบบเซลล์การทำงานที่เร็วขึ้นและมีช่วงการผลิตที่กว้างขึ้นเพื่อรองรับชิ้นส่วนจำนวนมากขึ้นในคราวเดียว แม้ว่าจะมีงานอีกมากที่ต้องทำ แต่ก็มีความตื่นเต้นอย่างมากเกี่ยวกับอนาคตของการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุในอุตสาหกรรมการผลิตจริง
“ผมอยู่ในอุตสาหกรรมนี้มา 20 ปีแล้ว และตลอดช่วงเวลานั้น ผมได้ยินมาตลอดว่า ‘เรากำลังจะได้ใช้เทคโนโลยีนี้ในสภาพแวดล้อมการผลิตแล้ว’ ดังนั้นเราจึงรอแล้วรอเล่า” พอล เบตส์ ผู้อำนวยการศูนย์ความเชี่ยวชาญด้านการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุของ UL กล่าว “แต่ผมคิดว่าในที่สุดเราก็มาถึงจุดที่ทุกอย่างกำลังมาบรรจบกันและมันกำลังเกิดขึ้นแล้ว”
แดน เดวิส เป็นบรรณาธิการบริหารของ The FABRICATOR นิตยสารเกี่ยวกับการผลิตและขึ้นรูปโลหะที่มียอดจำหน่ายสูงสุดในอุตสาหกรรม รวมถึงสิ่งพิมพ์ในเครือ ได้แก่ STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal และ The Welder เขาทำงานให้กับสิ่งพิมพ์เหล่านี้มาตั้งแต่เดือนเมษายน 2545
รายงาน Additive Report มุ่งเน้นไปที่การใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบ Additive Manufacturing (AM) ในการผลิตจริง ผู้ผลิตในปัจจุบันใช้การพิมพ์ 3 มิติในการสร้างเครื่องมือและอุปกรณ์จับยึด และบางรายยังใช้ AM สำหรับงานผลิตจำนวนมาก เรื่องราวของพวกเขาจะถูกนำเสนอในที่นี้