ในปัจจุบัน เทคโนโลยี 3D Sand Printing (3DSP) กำลังได้รับความสนใจอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมการหล่อโลหะทั่วโลก ด้วยความสามารถในการสร้างแม่พิมพ์ที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องใช้แบบเดิม ช่วยลดเวลาในการผลิตและเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบอย่างมาก
รูปที่ 1 อุปกรณ์การพิมพ์ทราย 3 มิติที่ใช้ในการทํางาน
3D Sand Printing คืออะไร?
3DSP เป็นเทคโนโลยีที่ใช้หัวพ่นสารยึดเกาะ (binder) พิมพ์ลงบนชั้นทรายทีละชั้นตามไฟล์ CAD (Computer-Aided Design) คล้ายกับการพิมพ์หมึกลงบนกระดาษ เมื่อสร้างครบทุกชั้นจะได้แม่พิมพ์ทรายที่พร้อมสำหรับการหล่อโลหะ โดยไม่ต้องใช้แม่แบบหรือกล่องแกน ทำให้ลดข้อจำกัดในการออกแบบและสามารถสร้างโครงหรือช่องว่างภายใน
รูปที่ 2 ใบพัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 800 มม. ผลิตโดยใช้ตัวป้อนเดิม(Riser) (A) เมื่อหล่อ (B) หลังจากการตัดเฉือน
รูปที่ 3. (A) ชิ้นส่วนที่พิมพ์ 3 มิติแต่ละชิ้นในการประกอบแม่พิมพ์สําหรับใบพัดขนาดเส้นผ่าศูนย์กลาง 1200 มม. (B) แม่พิมพ์ที่ประกอบขึ้นบางส่วนสําหรับใบพัดขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1200 มม.
กระบวนการผลิตใบพัดด้วย 3DSP
1. การออกแบบและจำลองการหล่อ:ใช้โปรแกรม SolidCast เพื่อสร้างไฟล์ CAD ออกแบบระบบเกทและหัวป้อนอาหารอย่างละเอียด ก่อนพิมพ์แม่พิมพ์ 3 มิติสำหรับใบพัดแต่ละขนาด
2. การพิมพ์แม่พิมพ์ทราย:เครื่องพิมพ์ทรายทำงานต่อเนื่อง 26 ชั่วโมง/แม่พิมพ์ โดยแม่พิมพ์ใบพัดขนาด 1200 มม. ใช้เวลาเพียง 7 วัน ในการพิมพ์ชิ้นส่วน 26 ชิ้น
3. การหล่อโลหะ: แบบหล่อทรายถูกส่งไปโรงหล่อ เจ้าพระยา ซึ่งเชี่ยวชาญการหล่อโลหะผสม Nickel Aluminium Bronze (NAB) C95800 ที่ทนต่อการกัดกร่อนในน้ำทะเล โดยเทโลหะที่อุณหภูมิ 1150°C และปล่อยให้เย็น 1 วัน ก่อนนำไปเข้าขบวนการกลึงและปรับสมดุลใบพัด
รูปที่ 4 ใบพัดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1200 มม. กลึงเสร็จ. รูปที่ 5 มุมมองของใบพัดคู่ขนาด 1200 มม. หลังจากให้บริการ 2 ปี.
รูปที่ 5 แสดงภาพใบพัดคู่ขนาด 1200 มม. ที่ถูกตรวจสอบตามระยะเวลา 2 ปีในการตรวจเช็คเรือลาดตระเวนของกองทัพเรือ (ความยาว 38.7 เมตร) ข้อมูลเกี่ยวกับอายุการใช้งานของใบพัดที่จัดส่งมาก่อนหน้านี้ยังไม่มี แต่ข้อได้เปรียบหลักของการผลิตในประเทศโดยใช้เทคโนโลยี 3DSP คือการประหยัดเวลาและต้นทุนเมื่อเทียบกับการสั่งซื้อจากต่างประเทศ
การวิเคราะห์ทางเคมีและคุณสมบัติการทดสอบแรงดึงของโลหะที่ใช้ในการหล่อใบพัดขนาด 1200 มม. (อ้างอิงจากตารางที่ 2 และ 3) พบว่า
• ปริมาณตะกั่ว (Pb) อยู่ที่ 0.06% ซึ่งเกินกว่าค่าสูงสุดที่กำหนดไว้ที่ 0.03%
• ปริมาณทองแดง (Cu) อยู่ที่ 78.75% ต่ำกว่าค่าขั้นต่ำที่ 79%
• ปริมาณเหล็ก (Fe) สูงกว่าค่าสูงสุดที่ 4.50% อยู่ 0.14% อย่างไรก็ตาม ข้อกำหนดที่ %นิกเกิล (Ni) ต้องมากกว่า %เหล็ก (Fe) ได้รับการปฏิบัติตาม เพื่อป้องกันการเกิด intermetallic ที่อาจทำลายความต้านทานต่อการกัดกร่อน
ถึงแม้สารปนเปื้อนใน NAB อาจมีผลที่ไม่แน่นอน เช่น ตะกั่ว, สังกะสี, ซิลิคอน และบิสมัธ ซึ่งเชื่อกันว่าลดความเหนียวและอาจทำให้เกิดรอยแตกในบริเวณที่ได้รับความร้อนจากการเชื่อม แต่คุณสมบัติการทดสอบแรงดึงของโลหะผสม C95800 ยังคงอยู่ในเกณฑ์ที่ยอมรับได้ และได้รับการอนุมัติให้ใช้งาน
ใบพัดที่ผลิตด้วยเทคโนโลยี 3DSP ได้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่น่าพอใจ หลังจากใช้งานในสภาพแวดล้อมทางทะเลมากว่า 3 ปี โดยในการตรวจเช็คแห้งที่ 2 ปี ไม่มีหลักฐานของการเกิดโพรงอากาศหรือความเสียหายอื่น ๆ
นอกจากนี้ ใบพัดของเรือในกองทัพเรือ รวมถึงเรือลาดตระเวน มักมีความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศ (cavitation) เนื่องจากการหมุนที่ความเร็วสูงและการเลี้ยวที่คมชัด ซึ่งกลุ่มเรือประเภทเรือลากจูงและเรือโดยสารความเร็วสูงก็ประสบปัญหาในลักษณะเดียวกัน รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างความเสียหายจากโพรงอากาศในใบพัดทองเหลืองที่ใช้บนเรือโดยสารในภูมิภาคเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ซึ่งยืนยันว่าปัญหานี้มีความซับซ้อนและต้องการการดูแลรักษาที่พิถีพิถัน
รูปที่ 6. (A) รูปแบบของความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศในใบพัด (B)ตัวอย่างของความเสียหายจากการเกิดโพรงอากาศอย่างรุนแรงบนใบพัด
รูปที่ 7 ใบพัดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1000 มม. เก่าและใหม่: ใบพัดที่ชํารุดเดิมและการเปลี่ยนหล่อที่ออกแบบใหม่ก่อนกลึงให้ได้ขนาด
การจัดการปัญหาโพรงอากาศในใบพัดเรือและแนวทางเทคโนโลยีอนาคต : ฟองอากาศที่ก่อตัวในโซนแรงดันต่ำระหว่างการหมุนของใบพัดสามารถยุบตัวลงเมื่อแรงดันไฮดรอลิกเพิ่มขึ้น ส่งผลให้เกิดการกัดเซาะที่พื้นผิวใบพัด ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียประสิทธิภาพและการสั่นสะเทือน รูปที่ 6 แสดงตัวอย่างความเสียหายจากโพรงอากาศ ในขณะที่รูปที่ 7 แสดงใบพัดขนาด 1000 มม. ที่ถูกออกแบบใหม่ด้วยการวิเคราะห์ CFD เพื่อลดปัญหานี้
ในอนาคต การใช้ระบบป่วงแบบพาราโบลาและกรวย-เกลียวร่วมกับเทคโนโลยี 3DSP จะช่วยลดข้อบกพร่องจากการหล่อได้มากขึ้น อีกทั้งเทคโนโลยี WAAM ก็กำลังเป็นทางเลือกใหม่ในการผลิตใบพัดที่มีโครงสร้างหนาแน่นและละเอียดขึ้น ทั้งนี้ การลดความปั่นป่วนในกระบวนการหล่อจะช่วยยืดอายุการใช้งานและเพิ่มประสิทธิภาพของใบพัดในสภาพแวดล้อมทางทะเลอย่างมีนัยสำคัญ
โดยรวมแล้ว ผลการใช้งานและการทดสอบทางเทคนิคของใบพัดที่ผลิตด้วย 3DSP แสดงให้เห็นว่าการผลิตในประเทศด้วยเทคโนโลยีนี้ไม่เพียงแต่ช่วยประหยัดเวลาและต้นทุน แต่ยังมีความทนทานและความน่าเชื่อถือในสภาพการใช้งานจริงในสภาพแวดล้อมทางทะเลที่ท้าทายอีกด้วย
ติดต่อสอบถามได้ที่ :
Website: https://speed3dmold.com/
Page Facebook: https://www.facebook.com/Speed3Dmold
โทร :+66(0)34 871 846, +66(0)34 871 847, +66(0)34 871 848
ที่อยู่ : 99/117-118 Moo 2, Seree Factory Land,Pantai-norasing, Muang, Samutsakhon 74000
แล้วพบกับสาระดีๆแบบนี้ทางด้านงานช่าง งานวิศวกรรม และอุตสาหกรรมได้ที่ นายช่างมาแชร์ นะครับ
Website: www.naichangmashare.com
Facebook: https://www.facebook.com/naichangmashare/
Blockdit : https://www.blockdit.com/naichangmashare
Instragram: https://www.instagram.com/naichangmashare/
Twitter: https://twitter.com/naichangmashare
Youtube: https://www.youtube.com/@naichangmashare
TikTok : https://www.tiktok.com/@naichangmashare
#นายช่างมาแชร์
