การพิมพ์ 3 มิติ ยานยนต์ คืออะไร และกำลังเปลี่ยนเกมไหนอยู่
การพิมพ์ 3 มิติ ยานยนต์ คือกระบวนการผลิตชิ้นส่วนรถด้วยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นจากข้อมูลดิจิทัล ช่วยเปลี่ยนจากการหล่อ กลึง และขึ้นรูปแม่พิมพ์แบบเดิม ไปสู่การสร้างชิ้นงานตรงจากไฟล์ ลดจำนวนชิ้นส่วนย่อย ลดขั้นตอนประกอบ และทำให้วิศวกรทดสอบแนวคิดใหม่ได้เร็วขึ้นมาก การพิมพ์ 3 มิติ ยานยนต์ จึงไม่ได้เป็นแค่เครื่องมือทำต้นแบบ แต่กำลังไต่ระดับสู่การผลิตจริง โดยเฉพาะเมื่อเทคโนโลยี HSS polymer สำหรับโพลิเมอร์ และ WAAM สำหรับโลหะ เริ่มให้ความแม่นยำและคุณสมบัติวัสดุในระดับชิ้นส่วนโครงสร้างของรถ
มุมสำคัญที่ควรจับตาไม่ใช่แค่ว่าโรงงานติดตั้งเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพิ่มกี่เครื่อง แต่คือการเปลี่ยนวิธีคิดทั้งสายการผลิต ถ้าทำชิ้นส่วนใหญ่ได้ในครั้งเดียว สายพานการประกอบที่เคยยืดยาวก็จะถูกหดให้สั้นลง เกิดการออกแบบชิ้นส่วนยานยนต์ 3D แบบใหม่ที่ไม่จำเป็นต้องแยกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยอีกต่อไป ซึ่งนั่นหมายถึงการลดจุดผิดพลาดและการควบคุมคุณภาพที่ง่ายขึ้น
ฮุนไดกับเทคโนโลยี HSS polymer: จากชิ้นย่อยหลายสิบชิ้นสู่ชิ้นใหญ่ชิ้นเดียว
กรณีของฮุนไดแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่า เทคโนโลยี HSS polymer ไม่ได้จำกัดอยู่แค่ชิ้นงานเล็กหรือต้นแบบอีกต่อไป บริษัทติดตั้งเครื่อง ExOne VX1000 HSS สองระบบในศูนย์วิจัยและพัฒนา Namyang เพื่อผลิตชิ้นส่วนโพลิเมอร์ขนาดใหญ่แบบเต็มสเกล เช่น แผงประตูทั้งบานที่พิมพ์ได้ในครั้งเดียว แนวคิดคือเอาสิ่งที่เคยเป็นงานประกอบหลายชิ้นมารวมเป็นชิ้นส่วนเดียว ลดงานประกอบ ลดจุดคลอน และลดปัญหา tolerance stack-up ที่มักทำให้ชิ้นส่วนประกอบกันได้ไม่พอดี
หัวใจของเทคโนโลยี HSS คือการฉีดหมึกดูดซับอินฟราเรดลงบนผง PA12 เฉพาะส่วนแล้วทำการซินเทอร์ทีละชั้น ระบบ VX1000 มีปริมาตรการพิมพ์ใหญ่และหัวพิมพ์ที่มีหัวฉีดจำนวนมาก ขณะที่การควบคุมอุณหภูมิทั้งแท่นพิมพ์ช่วยให้ชิ้นงานมีคุณสมบัติสม่ำเสมอ เอริก เบเดอร์ ซีอีโอ ExOne Global Holdings กล่าวไว้อย่างน่าจับตาว่า “Hyundai is using High Speed Sintering exactly as we designed it, for full-scale functional parts” ซึ่งตีความได้ว่าเครื่องมือ additive กำลังเข้าไปอยู่กลางเวทีการพัฒนารถ ไม่ใช่แค่ขอบเวทีอีกต่อไป
BMW กับ WAAM: โลหะพิมพ์เสริมลวดเชื่อมเข้าสู่สายการผลิตจริง
ฝั่งโลหะ BMW เดินเกมต่างออกไปด้วยการผลักดัน WAAM หรือ wire arc additive manufacturing เข้าสู่การผลิตรุ่นจริงของรถยนต์ บริษัทเตรียมเปิดตัวรถรุ่นใหม่ที่มีชิ้นส่วน WAAM 3D พิมพ์โลหะเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้าง หลังจากใช้เวลาหลายปีในการทดสอบและพัฒนา โดยชิ้นส่วนนี้ผลิตจากอลูมิเนียมเชิงโครงสร้างที่ต้องการอัตราส่วนความแข็งต่อน้ำหนักที่ดีเป็นพิเศษ ทีม additive ของ BMW ชี้ชัดว่า WAAM ทำให้ชิ้นส่วนดังกล่าวเบากว่างานหล่ออลูมิเนียมแบบดายคาสต์มาตรฐานประมาณ 30–40 เปอร์เซ็นต์ ขณะที่ต้นทุนโดยรวมต่ำลง
จุดเด่นของ WAAM คือเหมาะกับชิ้นส่วนโลหะขนาดใหญ่ที่กระบวนการอย่าง laser powder bed fusion ทำได้ช้าและต้นทุนสูงเกินไป BMW ใช้เซลล์การผลิตจาก MX3D ในการสร้างและทดสอบชิ้นส่วนมาตั้งแต่ช่วงก่อนหน้า และในแคมปัสการพิมพ์ 3 มิติของบริษัทก็ผลิตชิ้นส่วนไปแล้วนับล้านชิ้นต่อปี การผลัก WAAM เข้าสู่สายการผลิตจึงเป็นสัญญาณว่า การผลิตรถยนต์ additive กำลังไต่จากชิ้นส่วนรองหรือจิ๊กฟิกซ์เจอร์ มาสู่ชิ้นส่วนโครงสร้างที่รับแรงในรถจริง
ทำไมโพลิเมอร์และโลหะพิมพ์ 3 มิติถึงลดความซับซ้อนและเวลาในสายการประกอบ
ทั้งกรณีของฮุนไดและ BMW ชี้ไปในทิศทางเดียวกันคือ การใช้การพิมพ์ 3 มิติ ยานยนต์ เพื่อลดจำนวนชิ้นส่วนและความซับซ้อนของกระบวนการ โพลิเมอร์จากเทคโนโลยี HSS polymer ช่วยให้วิศวกรออกแบบชิ้นส่วนยานยนต์ 3D ที่รวมฟังก์ชันหลายอย่างไว้ในชิ้นเดียว ไม่ต้องแยกเป็นโครง แผง ยึด และฝาครอบหลายชิ้นเหมือนเดิม ผลคือจุดขันน็อตและจุดยึดลดลง งานประกอบใช้เวลาน้อยลง และโอกาสที่ความคลาดเคลื่อนของแต่ละชิ้นจะสะสมจนประกอบไม่ลงก็ลดลงด้วย
ฝั่งโลหะ WAAM เปิดโอกาสให้ชิ้นส่วนโครงสร้างอลูมิเนียมขนาดใหญ่ถูกสร้างจากข้อมูลดิจิทัลทีละชั้น ก่อนจะผ่านขั้นตอนเก็บผิวและตรวจสอบคุณภาพ การไม่มีแม่พิมพ์ช่วยให้การเปลี่ยนดีไซน์รวดเร็วและคุ้มค่าเมื่อชิ้นส่วนมีขนาดใหญ่ หลายบริษัทจึงมองว่าชิ้นส่วนยิ่งใหญ่ มูลค่าที่ได้จากการผลิตแบบ additive ยิ่งสูง เพราะลดค่าเครื่องมือและเวลาเซ็ตไลน์ เมื่อเทคโนโลยีอย่าง HSS และ WAAM เริ่มให้คุณสมบัติวัสดุระดับยานยนต์ได้อย่างสม่ำเสมอ การตั้งคำถามว่าควรพิมพ์ 3 มิติหรือไม่จึงกลายเป็นการตั้งคำถามว่า ชิ้นไหนพิมพ์ก่อนต่างหาก
สรุป: การผลิตรถยนต์ additive กำลังเข้าสู่จุดที่ต้องเลือกข้าง
เมื่อผู้ผลิตรายใหญ่ต่างหันมาใช้เทคโนโลยี HSS polymer และ WAAM ในชิ้นส่วนจริงของรถ การผลิตรถยนต์ additive ไม่ใช่แนวคิดทดลองอีกต่อไป แต่กำลังกลายเป็นเครื่องมือเชิงกลยุทธ์สำหรับเวลาออกสู่ตลาด การควบคุมคุณภาพ และการจัดการต้นทุนในชิ้นส่วนใหญ่ ผู้ผลิตที่ยังคิดว่าการพิมพ์ 3 มิติ ยานยนต์ มีไว้ทำต้นแบบเท่านั้น อาจพบว่าตนเองกำลังช้าไปหนึ่งยุค
ฮุนไดกำลังใช้โพลิเมอร์เพื่อทลายกำแพงขนาดชิ้นส่วน ส่วน BMW ใช้โลหะ WAAM เพื่อทลายข้อจำกัดด้านน้ำหนักและแม่พิมพ์ ทั้งสองกรณีสะท้อนภาพเดียวกันว่า ใครควบคุมงานออกแบบดิจิทัลและสายการผลิต additive ได้ก่อน ย่อมมีอิสระในการออกแบบและการผลิตมากกว่า บทสรุปจึงไม่ใช่คำถามว่าเทคโนโลยีพร้อมหรือยัง แต่เป็นคำถามว่าบริษัทไหนกล้าปรับกระบวนการเพื่อใช้มันเต็มศักยภาพก่อนกัน
