แชสซีรถยนต์ทั้งหมดของ Divergent3D ได้รับการพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และเปิดตัวต่อสาธารณชนครั้งแรกที่บูธ SLM Solutions ในงาน Formnext 2018 ณ เมืองแฟรงก์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี ตั้งแต่วันที่ 13 ถึง 16 พฤศจิกายน
หากคุณมีความรู้เกี่ยวกับการผลิตแบบเติมแต่ง (AM) คุณคงจะคุ้นเคยกับหัวฉีดพิมพ์ 3 มิติสำหรับแพลตฟอร์มเครื่องยนต์เจ็ท Leap ของ GE เป็นอย่างดี สื่อภาคธุรกิจได้รายงานเรื่องราวนี้มาตั้งแต่ปี 2012 ซึ่งถือเป็นกรณีศึกษาแรกที่ได้รับการเผยแพร่เกี่ยวกับการใช้งาน AM ในกระบวนการผลิตในโลกแห่งความเป็นจริง
หัวฉีดเชื้อเพลิงแบบชิ้นเดียวมาแทนที่ชุดประกอบเดิม 20 ชิ้น นอกจากนี้ยังต้องมีการออกแบบที่แข็งแกร่งเนื่องจากต้องสัมผัสกับอุณหภูมิที่สูงถึง 2,400 องศาฟาเรนไฮต์ภายในเครื่องยนต์ไอพ่น ชิ้นส่วนนี้ได้รับการรับรองการบินในปี 2559
ในปัจจุบัน GE Aviation ได้รับคำสั่งซื้อสำหรับเครื่องยนต์ Leap มากกว่า 16,000 ชิ้น และเนื่องจากความต้องการที่เพิ่มขึ้นอย่างมาก บริษัทฯ จึงรายงานว่าได้พิมพ์หัวฉีดเชื้อเพลิงที่พิมพ์ 3 มิติครบ 30,000 ชิ้นในช่วงฤดูใบไม้ร่วงปี 2018 GE Aviation ผลิตชิ้นส่วนเหล่านี้ในเมืองออเบิร์น รัฐอลาบามา โดยบริษัทฯ ใช้เครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติมากกว่า 40 เครื่องในการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ GE Aviation รายงานว่าเครื่องยนต์ Leap แต่ละเครื่องมีหัวฉีดเชื้อเพลิงที่พิมพ์ 3 มิติจำนวน 19 หัว
เจ้าหน้าที่ของ GE อาจจะเบื่อที่จะพูดถึงหัวฉีดเชื้อเพลิง แต่เรื่องนี้ได้ปูทางไปสู่ความสำเร็จในงาน AM ของบริษัท ในความเป็นจริง การประชุมออกแบบเครื่องยนต์ใหม่ทุกครั้งเริ่มต้นด้วยการหารือเกี่ยวกับวิธีการนำการผลิตแบบเติมแต่งเข้าไว้ในความพยายามพัฒนาผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น เครื่องยนต์ GE 9X ใหม่ที่กำลังได้รับการรับรองอยู่ในขณะนี้มีหัวฉีดเชื้อเพลิง 28 หัวและเครื่องผสมการเผาไหม้ที่พิมพ์แบบ 3 มิติ ในอีกตัวอย่างหนึ่ง GE Aviation กำลังออกแบบเครื่องยนต์เทอร์โบพร็อพใหม่ ซึ่งมีการออกแบบเกือบจะเหมือนกันมาประมาณ 50 ปีแล้ว และจะมีชิ้นส่วนที่พิมพ์แบบ 3 มิติ 12 ชิ้น ซึ่งจะช่วยลดน้ำหนักเครื่องยนต์ลงได้ 5 เปอร์เซ็นต์
Eric Gatlin หัวหน้าทีมการผลิตแบบเติมแต่งของ GE Aviation กล่าวต่อหน้าฝูงชนที่บูธของบริษัทในงาน Formnext 2018 ในเมืองแฟรงก์เฟิร์ต ประเทศเยอรมนี เมื่อต้นเดือนพฤศจิกายนว่า “สิ่งที่เราทำมาตลอดหลายปีที่ผ่านมาคือการเรียนรู้วิธีผลิตชิ้นส่วนที่ผลิตแบบเติมแต่งในปริมาณมาก”
Gatlin กล่าวต่อไปว่าการยอมรับ AM นี้เป็น "การเปลี่ยนแปลงกระบวนทัศน์" สำหรับ GE Aviation อย่างไรก็ตาม บริษัทของเขาไม่ได้อยู่คนเดียว ผู้แสดงสินค้าที่ Formnext สังเกตว่ามีผู้ผลิต (OEM และ Tier 1) เข้าร่วมงานในปีนี้มากกว่าที่เคยมีมา (เจ้าหน้าที่จัดงานแสดงสินค้ารายงานว่ามีผู้เข้าร่วมงาน 26,919 คน ซึ่งเพิ่มขึ้น 25 เปอร์เซ็นต์จาก Formnext ปี 2017) ในขณะที่ผู้ผลิตเครื่องบินเป็นผู้นำในการผลักดันให้การผลิตแบบเติมแต่งเป็นจริงในพื้นที่ปฏิบัติงาน บริษัทด้านยานยนต์และขนส่งกำลังพิจารณาเทคโนโลยีนี้ในรูปแบบใหม่ ซึ่งเป็นรูปแบบที่จริงจังกว่ามาก
ในงานแถลงข่าวของ Formnext นาย Paul Heiden รองประธานอาวุโสของ Ultimaker ได้เปิดเผยรายละเอียดเกี่ยวกับวิธีที่ Ford ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติของบริษัทที่โรงงานในเมืองโคโลญ ประเทศเยอรมนี เพื่อสร้างเครื่องมือการผลิตสำหรับ Ford Focus เขาบอกว่าบริษัทประหยัดไปได้ประมาณ 1,000 ยูโรต่อเครื่องมือพิมพ์หนึ่งชิ้นเมื่อเทียบกับการซื้อเครื่องมือเดียวกันจากซัพพลายเออร์ภายนอก
หากวิศวกรการผลิตต้องเผชิญกับความจำเป็นต้องใช้เครื่องมือ พวกเขาสามารถโหลดการออกแบบลงในซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลอง CAD สามมิติ ขัดเกลาการออกแบบ ส่งไปที่เครื่องพิมพ์ และพิมพ์ออกมาได้ภายในไม่กี่ชั่วโมง Heiden กล่าวว่าความก้าวหน้าของซอฟต์แวร์ เช่น การรวมประเภทวัสดุต่างๆ เข้ามาใช้มากขึ้น ได้ช่วยให้เครื่องมือออกแบบใช้งานง่ายขึ้น ดังนั้นแม้แต่ “ผู้ที่ไม่ได้รับการฝึกอบรม” ก็สามารถใช้งานซอฟต์แวร์นี้ได้
ด้วยการที่ Ford สามารถสาธิตให้เห็นถึงประโยชน์ของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่พิมพ์แบบ 3 มิติได้ Heiden กล่าวว่าขั้นตอนต่อไปของบริษัทคือการแก้ไขปัญหาสต๊อกชิ้นส่วนอะไหล่ แทนที่จะจัดเก็บชิ้นส่วนหลายร้อยชิ้น จะใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติในการพิมพ์ชิ้นส่วนต่างๆ ตามที่สั่งซื้อ จากนั้นคาดว่า Ford จะได้เห็นถึงผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ ของเทคโนโลยีดังกล่าว
บริษัทผลิตรถยนต์รายอื่นๆ ได้นำเครื่องมือการพิมพ์ 3 มิติมาใช้ในรูปแบบที่สร้างสรรค์แล้ว Ultimaker ได้ให้ตัวอย่างเครื่องมือที่ Volkswagen ใช้ในโรงงานที่เมืองปาลเมลา ประเทศโปรตุเกส:
เครื่องมือนี้ผลิตขึ้นบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Ultimaker โดยใช้เพื่อแนะนำการวางสลักเกลียวในระหว่างการวางล้อที่โรงงานประกอบ Volkswagen ในประเทศโปรตุเกส
เมื่อพูดถึงการกำหนดนิยามการผลิตยานยนต์ใหม่ คนอื่นๆ กำลังคิดไปไกลกว่านั้นมาก Kevin Czinger แห่ง Divergent3D เป็นหนึ่งในนั้น
Czinger ต้องการคิดใหม่เกี่ยวกับวิธีการสร้างรถยนต์ เขาต้องการสร้างแนวทางใหม่โดยใช้การสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ขั้นสูงและ AM เพื่อสร้างตัวถังรถที่เบากว่าเฟรมดั้งเดิม มีชิ้นส่วนน้อยกว่า ให้ประสิทธิภาพสูงกว่า และมีต้นทุนการผลิตที่ถูกกว่า Divergent3D ได้จัดแสดงตัวถังรถที่พิมพ์ 3 มิติที่บูธของ SLM Solutions Group AG ในงาน Formnext
ตัวถังที่พิมพ์บนเครื่อง SLM 500 ประกอบด้วยโหนดที่สามารถยึดตัวเองได้ ซึ่งจะประกอบเข้าด้วยกันทั้งหมดหลังจากการพิมพ์ เจ้าหน้าที่ของ Divergent3D กล่าวว่าแนวทางการออกแบบและประกอบตัวถังแบบนี้สามารถประหยัดเงินได้ 250 ล้านเหรียญจากการลดต้นทุนเครื่องมือและลดจำนวนชิ้นส่วนลงได้ 75 เปอร์เซ็นต์
บริษัทหวังที่จะขายหน่วยการผลิตประเภทนี้ให้กับผู้ผลิตรถยนต์ในอนาคต Divergent3D และ SLM ได้ร่วมมือทางกลยุทธ์อย่างใกล้ชิดเพื่อบรรลุเป้าหมายนี้
Senior Flexonics ไม่ใช่บริษัทที่เป็นที่รู้จักของสาธารณชนมากนัก แต่เป็นซัพพลายเออร์รายใหญ่ด้านส่วนประกอบให้กับบริษัทต่างๆ ในอุตสาหกรรมยานยนต์ ดีเซล การแพทย์ น้ำมันและก๊าซ และการผลิตไฟฟ้า ตัวแทนของบริษัทได้พบกับ GKN Powder Metallurgy เมื่อปีที่แล้วเพื่อหารือเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการพิมพ์ 3 มิติ และทั้งสองได้แบ่งปันเรื่องราวความสำเร็จของพวกเขาในงาน Formnext 2018
ส่วนประกอบที่ได้รับการออกแบบใหม่เพื่อใช้ประโยชน์จาก AM ได้แก่ วาล์วไอดีและไอเสียสำหรับเครื่องทำความเย็นหมุนเวียนก๊าซไอเสียสำหรับการใช้งานรถบรรทุกเชิงพาณิชย์ ทั้งบนทางหลวงและนอกทางหลวง Advanced Flexonics สนใจที่จะดูว่ามีวิธีที่มีประสิทธิภาพมากกว่าในการสร้างต้นแบบที่สามารถทนต่อการทดสอบในโลกแห่งความเป็นจริงและการผลิตจำนวนมากได้หรือไม่ ด้วยความรู้หลายปีในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับการใช้งานยานยนต์และอุตสาหกรรม GKN จึงมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งเกี่ยวกับรูพรุนในการทำงานของชิ้นส่วนโลหะ
อย่างหลังมีความสำคัญเนื่องจากวิศวกรหลายคนเชื่อว่าชิ้นส่วนสำหรับการใช้งานยานยนต์ในอุตสาหกรรมบางประเภทจำเป็นต้องมีความหนาแน่น 99% แต่สำหรับแอปพลิเคชันเหล่านี้หลายๆ รายการ ไม่เป็นเช่นนั้น ตามที่ Adrian Keppler ซีอีโอของ EOS ซึ่งเป็นผู้ให้บริการเทคโนโลยีเครื่องจักรและพันธมิตรได้ยืนยัน
หลังจากพัฒนาและทดสอบชิ้นส่วนที่ทำจากวัสดุ EOS StainlessSteel 316L VPro แล้ว บริษัท Senior Flexonics พบว่าชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยวิธีเติมแต่งสามารถบรรลุเป้าหมายด้านประสิทธิภาพและสามารถผลิตได้เร็วกว่าชิ้นส่วนหล่อ ตัวอย่างเช่น พอร์ทัลสามารถพิมพ์ 3 มิติได้ในเวลาเพียง 70% เมื่อเทียบกับกระบวนการหล่อ ในงานแถลงข่าว ทุกฝ่ายที่เกี่ยวข้องในโครงการต่างยอมรับว่าโครงการนี้มีศักยภาพอย่างมากสำหรับการผลิตแบบซีรีส์ในอนาคต
“คุณต้องคิดใหม่ว่าชิ้นส่วนต่างๆ ผลิตขึ้นมาอย่างไร” เคปเลอร์กล่าว “คุณต้องมองการผลิตในมุมมองที่แตกต่างออกไป สิ่งเหล่านี้ไม่ใช่การหล่อหรือการตีขึ้นรูป”
สำหรับหลายๆ คนในอุตสาหกรรม AM เป้าหมายสูงสุดคือการได้เห็นเทคโนโลยีนี้ได้รับการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในสภาพแวดล้อมการผลิตปริมาณสูง ในสายตาของหลายๆ คน นี่ถือเป็นการแสดงถึงการยอมรับโดยสมบูรณ์
AM Technology ถูกนำมาใช้ในการผลิตวาล์วทางเข้าและทางออกสำหรับเครื่องทำความเย็นหมุนเวียนก๊าซไอเสียสำหรับการใช้งานในรถบรรทุกเชิงพาณิชย์ ผู้ผลิตชิ้นส่วนต้นแบบเหล่านี้คือ Senior Flexonics ซึ่งกำลังศึกษาการใช้งานอื่นๆ ของการพิมพ์ 3 มิติภายในบริษัท
โดยคำนึงถึงเรื่องนี้ นักพัฒนาวัสดุ ซอฟต์แวร์ และเครื่องจักรจึงทำงานอย่างหนักเพื่อส่งมอบผลิตภัณฑ์ที่ทำให้สิ่งนี้เป็นไปได้ ผู้ผลิตวัสดุกำลังมองหาวิธีสร้างผงและพลาสติกที่สามารถตอบสนองความคาดหวังด้านประสิทธิภาพได้ในลักษณะที่ทำซ้ำได้ นักพัฒนาซอฟต์แวร์พยายามขยายฐานข้อมูลวัสดุของตนเพื่อให้การจำลองมีความสมจริงมากขึ้น ผู้ผลิตเครื่องจักรกำลังออกแบบเซลล์ที่ทำงานได้เร็วขึ้นและมีช่วงการผลิตที่กว้างกว่าเพื่อรองรับชิ้นส่วนต่างๆ ได้มากขึ้นในคราวเดียว แม้ว่างานต่างๆ ยังคงต้องดำเนินการต่อไป แต่มีความตื่นเต้นมากมายเกี่ยวกับอนาคตของการผลิตแบบเติมแต่งในการผลิตในโลกแห่งความเป็นจริง
“ผมอยู่ในอุตสาหกรรมนี้มา 20 ปีแล้ว และระหว่างนั้น ผมได้ยินอยู่เสมอว่า 'เรากำลังจะนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในสภาพแวดล้อมการผลิต' ดังนั้น เราจึงรอแล้วรอเล่า” ผู้อำนวยการศูนย์ความสามารถด้านการผลิตแบบเติมแต่งของ UL กล่าว พอล เบตส์ ผู้จัดการและประธานกลุ่มผู้ใช้การผลิตแบบเติมแต่งกล่าว “แต่ผมคิดว่าในที่สุด เราก็มาถึงจุดที่ทุกอย่างมาบรรจบกันและเกิดขึ้นแล้ว”
Dan Davis เป็นบรรณาธิการบริหารของ The FABRICATOR ซึ่งเป็นนิตยสารเกี่ยวกับการแปรรูปและการขึ้นรูปโลหะที่มียอดจำหน่ายสูงสุดในอุตสาหกรรม และสิ่งพิมพ์ในเครือ ได้แก่ STAMPING Journal, Tube & Pipe Journal และ The Welder เขาทำงานด้านสิ่งพิมพ์เหล่านี้มาตั้งแต่เดือนเมษายน พ.ศ. 2545
รายงานด้านสารเติมแต่งมุ่งเน้นไปที่การใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่งในการผลิตในโลกแห่งความเป็นจริง ปัจจุบันผู้ผลิตใช้การพิมพ์ 3 มิติในการผลิตเครื่องมือและอุปกรณ์ และบางรายยังใช้ AM สำหรับงานการผลิตปริมาณสูง เรื่องราวของพวกเขาจะนำเสนอที่นี่