นักวิจัย MIT พบวิธีจัดการความร้อนในการพิมพ์โลหะ 3 มิติ

แม้ว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะสามารถตอบโจทย์การผลิตชิ้นงานได้อย่างหลากหลาย แต่ในบางอุตสาหกรรมเช่นการผลิตชิ้นส่วนใบมีดหรือใบพัดที่ต้องใช้ความร้อนสูงนั้น การพิมพ์ 3 มิติก็ยังไม่สามารถเข้ามาทดแทนการผลิตแบบเดิมได้

• 5 เหตุผล ทำไม 3D Printing ถึงเป็นทางเลือกใหม่ของการผลิต
• ‘The One Pro’ 3D Printer ยุคใหม่ ทำงานอัตโนมัติ 24 ชั่วโมง
• ล้ำไปอีกขั้น 3D Printing พิมพ์เซนเซอร์และชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ได้แล้ว !

แต่ในปัจจุบันนักวิจัยจาก MIT ได้พัฒนาวิธีการใหม่ในการจัดการความร้อนของโลหะในการพิมพ์ 3 มิติ และเพิ่มความแข็งแกร่งและยืดหยุ่นของวัสดุในการพิมพ์ 3 มิติที่ระดับความร้อนสูงได้

อุปสรรคการพิมพ์ใบพัดโลหะ 3 มิติ

ปกติแล้วการผลิตใบพัดโลหะในปัจจุบันจะใช้การนำโลหะเหลวแบบผสมที่สามารถทนความร้อนได้ในระดับสูง เทลงในแม่พิมพ์เพื่อรอให้แข็งตัว แต่ปัจจุบันผู้ผลิตหลายแห่งก็เริ่มให้ความสนใจกับการผลิตด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติมากขึ้นแทน เพราะนอกจากจะช่วยลดต้นทุนและประหยัดพลังงานได้แล้ว การออกแบบรูปทรงใบมีดของใบพัดก็จะสามารถทำได้อย่างละเอียดซับซ้อนยิ่งขึ้น แต่อุปสรรคของการพิมพ์ใบพัดโลหะแบบ 3 มิติในปัจจุบันก็คือการคืบ (creep) ของโลหะนั่นเอง

ในด้านวัสดุศาสตร์นั้น ‘การคืบ’ เป็นกระบวนการของโลหะที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนรูปร่างไปเมื่อเจอกับแรงกดหรืออุณหภูมิสูงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งใบพัดโลหะที่ผลิตด้วยการพิมพ์ 3 มิตินั้นมีความเสี่ยงที่จะเกิดการคืบขึ้นเป็นพิเศษ ทำให้อายุการใช้งานและประสิทธิภาพของใบพัดลดลงจากที่ควร

นักวิจัยจาก MIT จึงได้พัฒนาวิธีการปรับปรุงโครงสร้างโลหะของใบพัดที่ผลิตด้วยการพิมพ์ 3 มิติขึ้น ด้วยการเสริมวิธีการจัดการความร้อนเข้าไปเพิ่มเติมในกระบวนการผลิต ด้วยการอบชุบ (Heat treatment) ความร้อนผ่านวัสดุด้วยความเร็วที่มีการควบคุมอย่างแม่นยำ ทำให้โครงสร้างเม็ดโลหะของวัสดุที่พิมพ์ขึ้นกลายเป็นผลึกที่มีขนาดใหญ่ขึ้น แข็งแรงและมีความสม่ำเสมอมากยิ่งขึ้น

เพิ่มประสิทธิภาพได้จริง เปิดโอกาสใหม่ในการผลิต

ปัจจุบันทีมนักวิจัยได้มีการทดลองวิธีการใหม่นี้กับชิ้นส่วนวัสดุ Super Alloy ที่ใช้นิกเกิลจากการพิมพ์ 3 มิติ และพบว่าขั้นตอนการจัดการความร้อนใหม่นี้สามารถปรับเปลี่ยนโครงสร้างของเม็ดโลหะให้มีขนาดใหญ่ขึ้นและมีความแข็งแกร่งมากขึ้นได้จริง และจะช่วยลดการเกิดการคืบลงได้เป็นอย่างมาก

กระบวนการใหม่นี้จะช่วยให้การผลิตใบพัดสำหรับกังหันก๊าซและใบพัดสำหรับเครื่องบินไอพ่นสามารถทำการผลิตด้วยวิธีการพิมพ์ 3 มิติได้โดยไม่ต้องกังวลถึงปัญหา ทั้งยังเปิดโอกาสใหม่ ๆ ในการออกแบบที่จะช่วยลดพลังงานที่ต้องใช้ในการผลิตลง ถือได้ว่าเป็นอีกหนึ่งในงานวิจัยที่ช่วยผลักดันอุตสาหกรรมการผลิตและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้เป็นอย่างดีครับ