การพิมพ์โลหะ 3 มิติ

เมื่อเร็วๆ นี้เราได้จัดสาธิตการใช้โลหะการพิมพ์สามมิติและเราก็ทำสำเร็จได้ด้วยดีแล้วโลหะคืออะไรการพิมพ์สามมิติมีข้อดีข้อเสียอย่างไรบ้าง?

การพิมพ์โลหะ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมแต่งที่สร้างวัตถุสามมิติโดยการเพิ่มวัสดุโลหะทีละชั้น ต่อไปนี้คือคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการพิมพ์โลหะ 3 มิติ:

หลักการทางเทคนิค
การหลอมโลหะด้วยเลเซอร์แบบเลือกจุด (Selective Laser Sintering: SLS) คือการใช้ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงในการหลอมและหลอมโลหะผงอย่างเลือกจุด โดยให้ความร้อนกับผงจนถึงอุณหภูมิที่ต่ำกว่าจุดหลอมเหลวเล็กน้อย ทำให้เกิดพันธะโลหะระหว่างอนุภาคผง จึงสร้างชั้นวัตถุขึ้นมาทีละชั้น ในกระบวนการพิมพ์ ผงโลหะชั้นที่สม่ำเสมอจะถูกวางบนแท่นพิมพ์ก่อน จากนั้นลำแสงเลเซอร์จะสแกนผงตามรูปร่างหน้าตัดของวัตถุ เพื่อให้ผงที่สแกนละลายและแข็งตัวเข้าด้วยกัน หลังจากพิมพ์ชั้นหนึ่งเสร็จ แท่นพิมพ์จะตกลงมาเป็นระยะทางหนึ่ง แล้วจึงกระจายผงชั้นใหม่ ทำซ้ำขั้นตอนข้างต้นจนกว่าจะพิมพ์วัตถุทั้งหมดเสร็จ
การหลอมโลหะด้วยเลเซอร์แบบเลือกจุด (Selective Laser Melting: SLM) : คล้ายกับ SLS แต่ด้วยพลังงานเลเซอร์ที่สูงกว่า ผงโลหะจึงสามารถหลอมละลายได้หมดเพื่อสร้างโครงสร้างที่หนาแน่นกว่า ความหนาแน่นที่สูงขึ้นและคุณสมบัติเชิงกลที่ดีขึ้นสามารถทำได้ และความแข็งแรงและความแม่นยำของชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์ออกมาจะสูงขึ้น ใกล้เคียงหรือดีกว่าชิ้นส่วนที่ผลิตได้จากกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ ที่ต้องการความแม่นยำและประสิทธิภาพสูง
การหลอมด้วยลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) : การใช้ลำแสงอิเล็กตรอนเป็นแหล่งพลังงานในการหลอมผงโลหะ ลำแสงอิเล็กตรอนมีลักษณะเฉพาะคือมีความหนาแน่นของพลังงานสูงและความเร็วในการสแกนสูง ซึ่งสามารถหลอมผงโลหะได้อย่างรวดเร็วและเพิ่มประสิทธิภาพการพิมพ์ การพิมพ์ในสภาพแวดล้อมสูญญากาศสามารถหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาระหว่างวัสดุโลหะกับออกซิเจนในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ซึ่งเหมาะสำหรับการพิมพ์โลหะผสมไททาเนียม โลหะผสมนิกเกิล และวัสดุโลหะอื่นๆ ที่ไวต่อปริมาณออกซิเจน ซึ่งมักใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และสาขาอื่นๆ ระดับสูง
การอัดขึ้นรูปวัสดุโลหะ (ME): วิธีการผลิตแบบอัดขึ้นรูปวัสดุ โดยใช้หัวอัดขึ้นรูปเพื่ออัดขึ้นรูปวัสดุโลหะให้มีลักษณะเป็นเส้นไหมหรือแป้ง จากนั้นจึงให้ความร้อนและบ่มในเวลาเดียวกัน เพื่อให้ได้การขึ้นรูปสะสมเป็นชั้นๆ เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีการหลอมด้วยเลเซอร์ ต้นทุนการลงทุนจะต่ำกว่า ยืดหยุ่นกว่า และสะดวกกว่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเหมาะสำหรับการพัฒนาในระยะเริ่มต้นในสภาพแวดล้อมของสำนักงานและสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม
วัสดุทั่วไป
โลหะผสมไททาเนียม: มีข้อดีคือมีความแข็งแรงสูง ความหนาแน่นต่ำ ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีความเข้ากันได้ทางชีวภาพดี ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ อุปกรณ์ทางการแพทย์ ยานยนต์ และสาขาอื่นๆ เช่น ใบพัดเครื่องยนต์เครื่องบิน ข้อต่อเทียม และการผลิตชิ้นส่วนอื่นๆ
สแตนเลสสตีล: มีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อน มีคุณสมบัติเชิงกลและคุณสมบัติในการแปรรูปที่ดี มีต้นทุนค่อนข้างต่ำ เป็นหนึ่งในวัสดุที่นิยมใช้ในการพิมพ์โลหะแบบ 3 มิติ สามารถใช้ผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรกล เครื่องมือ อุปกรณ์ทางการแพทย์ และอื่นๆ ได้หลากหลาย
โลหะผสมอลูมิเนียม: ความหนาแน่นต่ำ ความแข็งแรงสูง นำความร้อนได้ดี เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่มีความต้องการน้ำหนักมาก เช่น บล็อกกระบอกสูบเครื่องยนต์รถยนต์ ชิ้นส่วนโครงสร้างอากาศยาน เป็นต้น
โลหะผสมที่มีส่วนประกอบของนิกเกิล: มีความแข็งแรงที่อุณหภูมิสูง ทนทานต่อการกัดกร่อนและทนต่อการออกซิเดชันได้ดี มักใช้ในการผลิตส่วนประกอบที่อุณหภูมิสูง เช่น เครื่องยนต์เครื่องบินและกังหันก๊าซ
ข้อได้เปรียบ
ระดับอิสระในการออกแบบที่สูง: ความสามารถในการผลิตรูปทรงและโครงสร้างที่ซับซ้อน เช่น โครงสร้างตาข่าย โครงสร้างที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมตามหลักโทโพโลยี ฯลฯ ซึ่งทำได้ยากหรือไม่สามารถบรรลุได้ในกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม ช่วยเพิ่มพื้นที่นวัตกรรมสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ และสามารถผลิตชิ้นส่วนที่เบากว่าและมีประสิทธิภาพสูงได้
ลดจำนวนชิ้นส่วน: สามารถรวมชิ้นส่วนต่างๆ เข้าด้วยกันเป็นหนึ่งเดียวได้ ลดกระบวนการเชื่อมต่อและประกอบระหว่างชิ้นส่วนต่างๆ ปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิต ลดต้นทุน แต่ยังปรับปรุงความน่าเชื่อถือและความเสถียรของผลิตภัณฑ์อีกด้วย
การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว: สามารถผลิตต้นแบบของผลิตภัณฑ์ได้ในเวลาอันสั้น เร่งวงจรการพัฒนาผลิตภัณฑ์ ลดต้นทุนการวิจัยและพัฒนา และช่วยให้บริษัทนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น
การผลิตที่กำหนดเอง: ตามความต้องการเฉพาะตัวของลูกค้า สามารถผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีเอกลักษณ์เฉพาะเพื่อตอบสนองความต้องการพิเศษของลูกค้าที่แตกต่างกัน เหมาะสำหรับการปลูกถ่ายทางการแพทย์ เครื่องประดับ และสาขาที่กำหนดเองอื่นๆ
ข้อจำกัด
คุณภาพพื้นผิวไม่ดี: ความหยาบของพื้นผิวชิ้นส่วนโลหะที่พิมพ์นั้นค่อนข้างสูง และต้องมีการบำบัดภายหลัง เช่น การเจียร การขัด การพ่นทราย เป็นต้น เพื่อปรับปรุงพื้นผิวให้สวยงามขึ้น ส่งผลให้ต้นทุนการผลิตและเวลาเพิ่มมากขึ้น
ข้อบกพร่องภายใน: อาจมีข้อบกพร่องภายใน เช่น รูพรุน อนุภาคที่ไม่หลอมรวม และการหลอมรวมไม่สมบูรณ์ในระหว่างกระบวนการพิมพ์ ซึ่งส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติเชิงกลของชิ้นส่วน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการใช้งานที่มีการโหลดสูงและโหลดแบบวงจร จำเป็นต้องลดการเกิดข้อบกพร่องภายในโดยการปรับพารามิเตอร์กระบวนการพิมพ์ให้เหมาะสม และใช้กรรมวิธีหลังการพิมพ์ที่เหมาะสม
ข้อจำกัดของวัสดุ: แม้ว่าประเภทของวัสดุการพิมพ์ 3 มิติด้วยโลหะที่มีจำหน่ายจะเพิ่มขึ้น แต่ยังคงมีข้อจำกัดบางประการเกี่ยวกับวัสดุเมื่อเทียบกับวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม และวัสดุโลหะประสิทธิภาพสูงบางชนิดพิมพ์ได้ยากกว่าและมีต้นทุนที่สูงกว่า
ปัญหาเรื่องต้นทุน: ต้นทุนของอุปกรณ์และวัสดุการพิมพ์โลหะนั้นค่อนข้างสูง และความเร็วในการพิมพ์ก็ช้า ซึ่งไม่คุ้มต้นทุนเท่ากับกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมสำหรับการผลิตในปริมาณมาก และในปัจจุบันส่วนใหญ่เหมาะสำหรับการผลิตแบบเป็นล็อตเล็กๆ ที่กำหนดเอง และพื้นที่ที่มีความต้องการด้านประสิทธิภาพและคุณภาพสูงของผลิตภัณฑ์
ความซับซ้อนทางเทคนิค: การพิมพ์โลหะแบบ 3 มิติเกี่ยวข้องกับพารามิเตอร์กระบวนการที่ซับซ้อนและการควบคุมกระบวนการ ซึ่งต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานมืออาชีพและการสนับสนุนทางเทคนิค และต้องใช้ผู้ปฏิบัติงานที่มีระดับเทคนิคและประสบการณ์สูง
ขอบเขตการใช้งาน
การบินและอวกาศ: ใช้ในการผลิตใบพัดเครื่องยนต์อากาศยาน แผ่นกังหัน โครงสร้างปีก ชิ้นส่วนดาวเทียม ฯลฯ ซึ่งสามารถลดน้ำหนักของชิ้นส่วน ปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิง ลดต้นทุนการผลิต และรับรองประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือของชิ้นส่วน
ยานยนต์: ผลิตบล็อกกระบอกสูบเครื่องยนต์ยานยนต์ เปลือกเกียร์ ชิ้นส่วนโครงสร้างน้ำหนักเบา ฯลฯ เพื่อให้ได้การออกแบบรถยนต์ที่มีน้ำหนักเบา ปรับปรุงความประหยัดน้ำมันและประสิทธิภาพการทำงาน
ทางการแพทย์: การผลิตอุปกรณ์ทางการแพทย์ ข้อต่อเทียม อุปกรณ์ช่วยพยุงทางทันตกรรม อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบปลูกถ่าย ฯลฯ ตามความแตกต่างของแต่ละบุคคลของผู้ป่วย การผลิตแบบปรับแต่ง ปรับปรุงความเหมาะสมของอุปกรณ์ทางการแพทย์และผลการรักษา
การผลิตแม่พิมพ์: การผลิตแม่พิมพ์ฉีด แม่พิมพ์หล่อตาย ฯลฯ ช่วยย่นระยะเวลาในการผลิตแม่พิมพ์ ลดต้นทุน ปรับปรุงความแม่นยำและความซับซ้อนของแม่พิมพ์
อิเล็กทรอนิกส์: ผลิตหม้อน้ำ เปลือก แผงวงจรของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฯลฯ เพื่อให้บรรลุการผลิตแบบบูรณาการของโครงสร้างที่ซับซ้อน ปรับปรุงประสิทธิภาพและผลการระบายความร้อนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
เครื่องประดับ: สามารถผลิตเครื่องประดับที่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวได้หลากหลายตามความคิดสร้างสรรค์ของนักออกแบบและความต้องการของลูกค้า เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตและการปรับแต่งผลิตภัณฑ์