Formlabs กับแนวคิดเพื่อการออกแบบชิ้นส่วน Jig และ Fixture สำหรับการผลิตด้วยเครืื่องพิมพ์ 3 มิติ สามารถยกระดับคุณภาพชิ้นส่วนและลดค่าใช้จ่ายรวมถึงสร้างความต่อเนื่องในการทำงานทั้งวิศวกรออกแบบและวิศวกรการผลิต
การออกแบบและใช้งาน Jig และ Fixture ด้วยการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ด้วยวัตถุดิบเรซิน มีต้นทุนประมาณ 46 ดอลลาร์สหรัฐฯ ใช้เวลาพิมพ์ไม่ถึง 1 วัน ในขณะที่การกัดอะลูมิเนียมมีต้นทุนอยู่ที่ 475 ดอลลาร์สหรัฐฯ ใช้เวลา Lead Time 3 – 5 วัน นับเป็นข้อแตกต่างและทางเลือกสำหรับการใช้งานที่ชัดเจน
พื้นฐาน Jig และ Fixture
โดยทั่วไปแล้ว Fixture มักอยู่ในตำแหน่งที่รองรับแรงเป็นลำดับที่ 2 การผลิตชิ้นส่วนจำเป็นต้องทำความเข้าใจกับขอบเขตการใช้งานเสียก่อน โดยทิศทางที่รองรับการเคลื่อนไหวแบ่งออกเป็น 6 ส่วนแยกกัน ได้แก่ การขยับขึ้นลง การขยับซ้ายขวา การขยับหน้าหลัง และความสามารถในการหมุนหรือมมีมิติทิศทางการขยับที่เพิ่มเติม
พื้นฐานของ Fixture ที่ดี คือ มีมุมองศาที่ถูกจำกัดไว้อย่างแน่นอนเพื่อความแม่นยำและการใช้งานที่ปลอดภัย โดยคำนึงถึงปัจจัยทั้ง 4 ได้แก่
- ข้อจำกัดที่แน่นอน เช่น มุมองศาที่เหมาะสมสำหรับการทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
- เงื่อนไขภายใต้ข้อจำกัด เช่น เมื่อชิ้นส่วนมีการเคลื่อนที่ไม่ว่าจะเป็นการหมุนหรือการเลื่อนใด ๆ ก็ตาม มีเงื่อนไขใดบ้างที่ Fixture ยังสามารถทำงานได้ปรกติและไม่ก่อความเสียหายต่อสิ่งอื่นใด
- ชิ้นส่วนที่มีการค้ำหรือประคองไว้ เช่น ชิ้นส่วนที่ป้องกันข้อจำกัดสำหรับการขยับหรือเลื่อน ซึ่งแตกต่างจากการป้องกันไม่ให้ชิ้นส่วนเกินความผิดพลาดในการทำงานระหว่างปฏิบัติการณ์ ซึ่งแตกต่างจาก 2 ข้อแรก
- สิ่งที่เกินกว่าข้อจำกัด เช่น เมื่อโครงสร้างชิ้นส่วนต้องเจอกับแรงอย่างต่อเนื่องซ้ำ ๆ สามารถกลายเป็นปัญหาได้ แน่นอนว่าความเสื่อมและการพังของชิ้นส่วนจะต้องเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว การออกแบบที่ไม่คำนึงถึงเรื่องดังกล่าวสามารถทำให้คุณภาพชิ้นส่วนนั้นไม่พร้อมต่อการใช้งานทั้งยังสร้างความเสี่ยงให้แก่ผู้ปฏิบัติงานอีกด้วย
3D Print ทำอะไรกับ Jig และ Fixture ได้บ้าง?
3D Print สามารถสร้างชิ้นส่วนเพื่อใช้งานได้อย่างหลากหลาย โดยเฉพาะชิ้นส่วนที่มีส่วนโค้งหรือความซับซ้อน ลดค่าใช้จ่ายสำหรับการกัดที่ต้องจ้าง Outsource โดยชิ้นส่วนที่เหมาะสม ซึ่งเบื้องต้นมีชิ้นส่วนดังนี้
- ช่องใส่ปากจับไม่ชุบแข็ง
- นำร่องสำหรับการเจาะ
- Jig สำหรับประกอบ
- Jig สำหรับแยกประกอบได้
- Jig สำหรับ Bonding
- ทำลาเบลหรือมาร์คกิ้ง
- เกจ Go/No Go
- ชิ้นส่วนสำรอง
จุดเด่นการออกแบบ 3D Printing ผลิตชิ้นส่วน Jig และ Fixture
- ไร้กังวลกับความซับซ้อน ด้วยความสามารถในการขึ้นรูปของการพิมพ์ 3 มิติทำให้การออกแบบและผลิต Jig หรือ Fixture สามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีรายละเอียดสูงได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งรายละเอียดเล็ก ๆ
- ใส่ Datum ลงในชิ้นส่วน Jig และ Fixture ได้ การใช้งานหรือการประกอบชิ้นส่วน Jig และ Fixture นั้นจำเป็นต้องมีความแม่นยำด้านโครงสร้างและสัดส่วน ด้วยความสามารถของเทคโนโลยีการพิมพ์วัสดุ 3 มิติที่มีรายละเอียดอาจทำให้อุปกรณ์ตรวจวัดทั่วไปสามารถทำงานได้ยาก การใส่ Datum หรือจุดอ้างอิงเพื่อวัดตำแหน่งลงไปบนชิ้นงานสามารถช่วยให้ตรวจสอบได้ง่ายและแม่นยำขึ้น
- เพิ่มความแข็งแกร่ง ด้วยความสามารถในด้านรายละเอียดของชิ้นส่วนทำให้สามารถเพิ่มความแข็งแกร่งของชิ้นงานได้โดยไม่ต้องสูญเสียวัสดุหรือทรัพยากรใด ๆ เพิ่ม อาทิ การออกแบบให้มีนส่วนรับน้ำหนักที่เพิ่มขึ้นซึ่งหากเป็นการกัดวัสดุทั่วไปนอกจากจะทำให้สูญเสียวัสดุแล้วยังมีขั้นตอนการผลิตเพิ่มเติมซึ่งส่งผลระทบต่อต้นทุนรวมอีกด้วย
- เพิ่มความทนทานของการเชื่อมต่อเชิงกล การเจาะช่องหรือหลุมในชิ้นส่วนพลาสติกที่ผลิตขึ้นจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นวิธีที่ไม่มีประสิทธิภาพเท่าไหร่นักในการนำชิ้นส่วนมาประกอบเข้าด้วยกันของ Fixture สามารถแทนที่ได้ด้วยการออกแบช่องหรือหลุมให้เหมาะสมกับน็อตที่ต้องถูกใช้งานเพื่อยึดชิ้นส่วนได้อย่างพอดี
- ความเป็นไปได้ใหม่ ๆ สำหรับการใช้งาน สำหรับชิ้นส่วนสำรองในคลังสินค้าที่ผลิตโดยการพิมพ์ 3 มิตินั้นสามารถเพิ่มศักยภาพเมื่อใช้ร่วมกับชิ้นส่วนที่ถูกผลิตโดยขั้นตอนทั่วไปได้
- แก้ปัญหาความคืบ การใช้งาน เรซิน SLA บางครั้งอาจเกิดความคืบ (Creep) ได้กหากมีการยึด Fixture เพื่อใช้งานเป็นเวลานาน เพื่อป้องกันอาจคลายน็อตหลังใชงานเสร็จสิ้น
- ผลิตเมื่อต้องใช้ ชิ้นส่วนสามารถเกิดความเสียหายได้เป็นปรกติ การผลิต Jig และ Fixture ด้วยการเติมเนื้อวัสดุนั้นสามารถควบคุมการผลิตและเปลี่ยนแปลงการทำงานได้เองโดยไม่ต้องหวังพึ่งทรัพยากรจากภายนอก ลดภาระของ Downtime
ข้อดีสำหรับโฟลวการทำงาน
แน่นอนว่า Jig และ Fixture ไม่จำเป็นต้องผลิตด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติตลอดเวลา แต่การเลือกวัตถุดิบและการทำงานที่ใช้เป็นปัจจัยสำคัญสำหรับการเลือกใช้เทคนิคการผลิตเป็นส่วนสำคัญที่ใช้ตัดสินใจ นอกจากนี้ความสะดวกในการใช้งานจริงเป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ควรพิจารณา โดยกรณีตัวอย่างที่น่าสนใจมีดังนี้
- ช่วยในการปลดชิ้นส่วน การออกแบบพื้นผิวหรือชิ้นส่วนที่ต้องถูกยึดเข้าด้วยกันสามารถปลดออกได้ง่ายดายยิ่งขึ้น เช่น การออกแบบพื้นผิวลาดเอียงเพื่อให้สปริงสามารถสไลด์หรือถอดออกได้ง่าย
- เลือกเครื่องมือการผลิต เครื่องมือใด ๆ ก็ตามสามารถสร้างเศษได้ทั้งสิ้น ดังนั้นการออกแบบที่คิดเผื่อการใช้เครื่องมือสามารถลดปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ
- ส่งเสริมประสบการณ์ให้กับผู้ใช้ Jig และ Fixture การใช้งานชิ้นส่วนต้องสะดวกและเรียบง่ายสำหรับผู้ใช้ การออกแบบที่ดีจะทำให้ผู้ใช้งานมีความปลอดภัย เช่น การออกแบบให้สามารถใช้งานได้ด้วยมือข้างเดียวทำให้มืออีกข้างสามารถปรับแต่งหรือพักการใช้งานได้ การออกแบบให้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องการสนับสนุนจากมนุษย์ หรือออกแบบให้ชิ้นส่วนเกิดการเคลื่อนไหวน้อยที่สุดเพื่อยืดอายุการใช้งาน
โรงงานสมัยใหม่ต้องการความสามารถในการปรับตัวเพื่อตอบสนองต่อการแข่งขันที่เปลี่ยนแปลงไป รวมถึงการสร้างสภาพแวดล้อมที่ปลอดภัยสำหรับทีมงานซึ่ง 3D Printing หรือการพิมพ์ 3 มิติสามารถเติมเต็มเป้าหมายดังกล่าวได้
ที่มา:
- Designing 3D Printed Jigs and Fixtures (Formlabs White Paper)