Advertorial โดย นายช่างมาแชร์ ร่วมกับ Protech Transfer
หลายคนอาจมองว่าเครื่องประดับคือ “งานศิลปะ” ที่อาศัยฝีมือช่างเป็นหลัก แต่ความจริงคือเบื้องหลังความงามระดับพรีเมียมนั้นเต็มไปด้วย “วิศวกรรมความแม่นยำ” ที่ละเอียดระดับไมครอน จนใกล้เคียงอุตสาหกรรม Aerospace มากกว่าที่คิด
เพราะทุกกระบวนการตั้งแต่การขึ้นแบบด้วย Wax, ผสม Investment, Burnout, หล่อโลหะ จนถึงเลเซอร์เชื่อมและทำผิว ล้วนใช้ศาสตร์ของวัสดุศาสตร์ (Materials Science), พลศาสตร์ของไหล, การควบคุมความร้อน และเครื่องจักรแม่นยำสูง เพื่อสร้าง “ความงามแบบคงทน” ที่ไม่ใช่แค่สวย แต่ต้องแข็งแรง มีความละเอียด และผ่าน QC ที่โหดกว่าที่หลายคนคาด
ตั้งแต่การใช้ 3D Printing สร้าง Wax Pattern ระดับ 20–40 ไมครอน การหล่อโลหะด้วยระบบสูญญากาศ-อินดักชันที่คุมออกซิเจนแทบเป็นศูนย์ การขัดด้วยอุปกรณ์ Electro-Polishing ที่ละลายผิวโลหะแบบควอนตัมเลเยอร์ หรือการเชื่อมชิ้นงานด้วยเลเซอร์พลังงานสูงที่ให้ผลลัพธ์เนียนเหมือนเกิดมาจากแม่พิมพ์เดียวกันตั้งแต่แรก นี่คือความ “ละเอียดมากกว่างานจิวเวลรีทั่วไปหลายเท่า”
ดังนั้น ถ้าอยากรู้ว่าเครื่องประดับที่คุณสวมอยู่ผ่าน “วิศวกรรมระดับไมครอน” อะไรมาบ้าง บทความนี้จะพาคุณไล่ดูทีละขั้นตอน แบบไม่มีกั๊ก พร้อมเปิดโลกว่าทำไมโรงงานชั้นนำจึงให้ความสำคัญกับทุกรายละเอียดมากกว่าแค่ความสวยงามภายนอก
ต่อไปนี้เป็นรายละเอียดเชิงวิศวกรรมของทั้ง 8 สเต็ป — พร้อมข้อกำหนดตัวเลข, ชี้จุดเสี่ยง และแนวทางแก้ไขปัญหา สำหรับการผลิต jewelry
Table of Content :
- Create Wax (Prototype / 3D printed wax or castable resin)
- Investment Mixing (Prepare ceramic slurry / mold)
- Burnout (Thermal removal of wax/resin)
- Metal Melting & Casting (Induction melt + Vacuum/Centrifugal casting)
- Cleaning & Cutting (Sprue removal, blasting, ultrasonic)
- Polishing (Abrasive → Electro-polish)
- Laser Weld (Precision welding / repair)
- Engraving & Surface Finishing (Laser engraving, plating, texture)
1) Create Wax — ต้นแบบ (Wax Pattern) (วิศวกรรมของความละเอียดในการผลิต jewelry)
การสร้างต้นแบบด้วย Wax หรือ Castable Resin คือจุดเริ่มต้นของความแม่นยำทั้งหมดในงานจิวเวลรี่ เพราะทุกเส้น ทุกโค้ง และทุกเรือนที่พิมพ์ออกมาจะถูกส่งต่อไปยังแม่พิมพ์และชิ้นงานโลหะจริงแบบ 1:1 กระบวนการนี้จึงไม่ใช่แค่ “การปริ้นท์ชิ้นงาน” แต่คือ งานวิศวกรรมความละเอียด ที่ต้องควบคุมมิติ ผิวสัมผัส วัสดุ และทิศทางการพิมพ์อย่างพิถีพิถัน เพื่อให้ได้ต้นแบบที่คมชัด ไร้รอย และพร้อมเข้าสู่การหล่ออย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด
วัตถุประสงค์: สร้าง Master Geometry ที่แม่นยำและมีผิวที่ย้อยตามแบบ CAD เพื่อทำแม่พิมพ์ investment
เทคโนโลยีที่นิยม
- WaxJet / MJP (พิมพ์ wax แท้) — ความละเอียด 16–32 µm
- SLA / DLP (castable resin) — ความละเอียด 25–50 µm
หลักการทางวิศวกรรม
- การพิมพ์แบบชั้น (layer-by-layer) มีผลต่อ surface topography (stair-stepping) — ลด layer thickness เพื่อลดรอย
- Orientation และ support design สำคัญต่อ dimensional accuracy และผิวที่ต้องการความละเอียด
- วัสดุต้องเป็น castable grade: เผาไหม้หมด (ash-free) ไม่มี carbon residue ที่จะก่อ gas porosity
พารามิเตอร์เชิงตัวเลข (แนะนำ)
- Layer thickness: 16–50 µm
- XY resolution: 20–50 µm
- Dimensional tolerance: ±0.05–0.15 mm
- Recommended support placement: หลีกเลี่ยงบริเวณ face ที่เป็น visible surface
QC & Testing
- วัดมิติด้วย caliper/CMM สำหรับ critical dims
- Inspection ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (optical) เพื่อตรวจ surface defects
- Burnout trial: เผาตัวอย่างเพื่อตรวจ ash content
ปัญหาพบบ่อยและแก้ไข
- Visible layer lines → ลด layer thickness หรือ light sanding ก่อน investment
- Distortion/warpage → ปรับ orientation, เพิ่ม supports, ปรับ curing/post-process
อ่านบทความเต็ม : Create Wax — ต้นแบบ (Wax Pattern) (วิศวกรรมของความละเอียดในการผลิต jewelry)
2) Investment Mixing — การผสม Investment (สร้างแม่พิมพ์เซรามิก)
การผสม Investment คือหัวใจของการสร้างแม่พิมพ์เซรามิกสำหรับการหล่อโลหะ ซึ่งคุณภาพของแม่พิมพ์ขึ้นอยู่กับ “สัดส่วนผง–น้ำ ความหนืด เวลาเซ็ตตัว และการไล่อากาศ” อย่างแม่นยำ กระบวนการนี้จึงไม่ใช่แค่การคลุกผงให้เข้ากัน แต่เป็นงานควบคุมวัสดุศาสตร์และรีโอโลยี (Rheology) เพื่อให้ได้แม่พิมพ์ที่แข็งแรง ละเอียด และพร้อมรับโลหะหลอมในขั้นตอนต่อไปในการผลิต jewelry
วัตถุประสงค์: ได้ slurry ที่สมดุล ไม่มีฟอง อัตราส่วนถูกต้องเพื่อเททับ wax pattern ให้ได้แม่พิมพ์ที่แข็งแกร่งและคงรายละเอียด
องค์ประกอบ: silica (refractory), binder (gypsum/ phosphates), water, additive (wetting agent, anti-foam)
หลักการทางวิศวกรรม
- Rheology control: viscosity ของ slurry ต้องอยู่ใน window ที่อนุญาตให้ไหลเติมช่องซับซ้อนได้ แต่ไม่ย้อยจนเสียรูป
- Particle size distribution ของ refractory มีผลต่อ surface finish และ strength ของ mold
- Vacuum mixing ช่วยลด entrapped air — ฟองอากาศเป็นต้นเหตุของ surface pitting
พารามิเตอร์สำคัญ
- Vacuum level during mix: 70–95%
- Mixing rpm & time: typical 300–1200 rpm, 2–6 min (ขึ้นกับสูตร)
- Viscosity target: ระบุด้วย viscometer (ค่าตัวอย่าง: 500–2000 cP ขึ้นกับสูตร)
QC
- ตรวจ sedimentation / stability test
- Trial pour: ตรวจ surface ของ mold หลังปฏิบัติการ
- ตรวจ pH และ temperature ของน้ำผสม — water temp ควบคุมได้ผลต่อ setting time
ปัญหา & แนวทางแก้
- Powder segregation → ปรับ feed rate หรือ impeller design
- Rapid set / slow set → ปรับ water/ powder ratio และ water temperature
อ่านบทความเต็ม : Investment Mixing — การผสม Investment (สร้างแม่พิมพ์เซรามิก)
3) Burnout — การอบ/เผา Wax ออก (Heat Treatment of investment)
การทำ Burnout คือขั้นตอนที่แม่พิมพ์เซรามิกต้องผ่านกระบวนการ Heat Treatment แบบควบคุมอุณหภูมิ เพื่อเผา Wax ออกจากโพรงทุกส่วนอย่างหมดจด พร้อมปรับโครงสร้างของ Investment ให้สุก แข็งแรง และมีความพรุนที่เหมาะสมต่อการไหลของโลหะหลอม กระบวนการนี้จึงเป็นการ “ปรับสภาพแม่พิมพ์” ให้พร้อมรับแรงดัน ความร้อน และการเติมโลหะในขั้นตอน Casting อย่างไร้ตำหนิ
วัตถุประสงค์: เอา wax/resin ออกให้หมดโดยปราศจาก residue และเตรียม mold รับโลหะร้อนโดยไม่แตก
หลักการ
- Ramp-controlled heating: อุณหภูมิต้องขึ้นแบบควบคุม (ramp rate) เพื่อป้องกัน thermal shock
- Soak time ที่ถูกต้องเพื่อให้ organic material หลุดออกหมดและ mold มี hot strength เพียงพอ
ตัวอย่างโปรไฟล์ (ตัวอย่างเชิงปฏิบัติ)
- 25 → 150°C @ 20–40°C/h (melt wax and evaporate volatiles)
- 150 → 300°C @ 20–60°C/h (oxidize organics)
- 300 → 700–850°C @ 30–60°C/h, soak 1–4 ชม (final burnout & sintering of mold)
ปัจจัยทางวัสดุศาสตร์
- การขึ้นอุณหภูมิเกินเร็ว → investment cracking (thermal shock)
- อุณหภูมิไม่ถึง/soak time น้อย → carbonaceous residues → gas inclusion ระหว่างหล่อ
QC
- ตรวจ fracture surface ของ mold เพื่อเช็ค integrity (ไม่มี crack, pores ที่ใหญ่)
- Weight loss test (burnout sample) เพื่อดูว่า wax/resin ถูกเอาออกหมด
แก้ปัญหา
- ปรับ ramp rate หรือเลือก investment ที่ทนความร้อนสูงกว่า
- เพิ่ม ventilation/exhaust เพื่อขจัด gases
อ่านบทความเต็ม : Burnout — การอบ/เผา Wax ออก (Heat Treatment of investment)
4) Melting & Casting — หลอมและหล่อโลหะ (Induction + Vacuum / Centrifugal)
การหลอมและหล่อโลหะคือหัวใจสำคัญของการผลิตเครื่องประดับ โดยใช้พลังงานความร้อนจากระบบ Induction Heatingควบคู่กับการหล่อแบบ Vacuum หรือ Centrifugal Casting เพื่อควบคุมการไหลของโลหะในสภาวะไร้ออกซิเจนอย่างแม่นยำ กระบวนการนี้ช่วยให้โลหะหลอมสะอาด ไร้ฟองอากาศ และไหลเข้าแม่พิมพ์ได้สมบูรณ์ จนนำไปสู่โครงสร้างผลึกโลหะ (Metal Grain Structure) ที่ใช้ในการผลิต jewelryแข็งแรงและสวยงามที่สุด
วัตถุประสงค์: หลอมโลหะให้ได้อุณหภูมิและสภาพทางโลหะวิทยาที่เหมาะสม แล้วเทเข้า mold เพื่อให้ cavity เต็มโดยไม่มี defect
หลักการเครื่องจักร
- Induction furnace: ให้ความร้อนด้วย eddy current — ให้การควบคุมอุณหภูมิรวดเร็วและแม่นยำ (PID control)
- Vacuum casting machine: ลด oxygen และ gas inclusion โดยการสร้างความต่างความดันระหว่าง melt และ mold
- Centrifugal assist: ใช้แรงเหวี่ยงช่วยดันโลหะเข้าสู่ช่องเล็ก ๆ
พารามิเตอร์สำคัญ
- Melt temperature (ตัวอย่าง):
- Silver alloys: 900–960°C
- Gold alloys: ขึ้นกับ composition 900–1200°C
- Platinum group metals: สูงกว่านั้นตามสเปก
- Superheat: ควรมี margin เหนือ liquidus 30–80°C ขึ้นกับ alloy และ fillability
- Vacuum during pour: target 10^-1 — 10^-2 bar (ขึ้นกับเครื่องและ safety)
- Pour velocity & gating design: ปรับเพื่อหลีกเลี่ยง turbulence และ cold-shut
Metallurgical considerations
- Cooling rate → มีผลต่อ grain size และ mechanical properties (fine grain → better mechanical and surface response to polishing)
- Solidification shrinkage → ต้องออกแบบ gating & riser ให้ compensate
ตรวจสอบคุณภาพหลังหล่อ
- X-ray / micro-CT scan เพื่อตรวจ internal porosity
- Visual inspection: surface defects, incomplete fill, cold shuts
- Dimensional comparison กับ CAD (CMM)
ปัญหาและการแก้ไข
- Porosity / gas inclusion → เพิ่ม vacuum, degassing, fluxing, cover gas (argon)
- Incomplete fill / cold shut → เพิ่ม superheat, ปรับ gating, เพิ่ม venting
- Oxide skin / dross → ใช้ flux, cover gas, remove dross before pour
อ่านบทความเต็ม : Melting & Casting — หลอมและหล่อเครื่องประดับ (Induction + Vacuum / Centrifugal)
5) Cleaning & Cutting — การทำความสะอาดและตัดชิ้นงาน
หลังหล่อเสร็จ ชิ้นงานโลหะที่ยังติดอยู่กับ sprue จะถูกนำเข้าสู่กระบวนการทำความสะอาดและตัดแยก ซึ่งถือเป็น “ขั้นแรกของการเผยผิวจริง” ของเครื่องประดับ งานวิศวกรรมในขั้นนี้เน้นการกำจัดคราบ investment, ปรับสภาพพื้นผิว และแยกตัวงานออกอย่างแม่นยำโดยไม่เสียรูป ด้วยเทคนิคอย่าง shot blasting, ultrasonic cleaning, และการตัดด้วย rotary tool/เลื่อยความเร็วสูง เพื่อเตรียมชิ้นงานให้พร้อมสำหรับกระบวนการขัดแต่งระดับละเอียดในลำดับถัดไป.
วัตถุประสงค์: แยกชิ้นงานจาก sprue, กำจัด investment residues และเตรียมพื้นผิวสำหรับ machining/finishing
อุปกรณ์หลัก
- Cut-off saw / rotary cutter (sprue removal)
- Bead/sand blasting for investment removal (media size & pressure ควบคุม)
- Ultrasonic cleaning (solvent/water) เพื่อล้าง particle และ oils
- Chemical pickling สำหรับ oxide removal (ระวังการกัดกินโลหะบางประเภท)
พารามิเตอร์สำคัญ
- Saw RPM & feed: ต้อง minimize mechanical shock (low feed, steady RPM)
- Blasting pressure: 1–6 bar (เลือก media เช่น glass beads ขนาด 50–150 µm)
- Ultrasonic: frequency 25–40 kHz, time 3–10 min
QC
- ตรวจด้วยกล้องจุลทรรศน์หา micro-cracks ที่จุดตัด sprue
- Surface roughness (Ra) ก่อน polishing
ปัญหา & วิธีแก้
- Micro-cracks from aggressive cutting → ลด feed, ใช้ fine blade, clamp ชิ้นงานดีขึ้น
- Embedded abrasive particles → เพิ่ม ultrasonic cleaning, change media type
6) Polishing — ขัดผิว (Abrasive & Electro-Polishing)
ขั้นตอนการขัดผิวคือหัวใจของการทำให้ชิ้นงาน Jewelry เปล่งประกายระดับงานพรีเมียม วิศวกรรมผิว (Surface Engineering) ในขั้นนี้ใช้ทั้งการขัดเชิงกลด้วยเม็ดขัดหลายเกรด (Abrasive Finishing) เพื่อปรับความเรียบแบบเป็นลำดับขั้น
และเทคนิค Electro-Polishing เพื่อดึงสันคม ลดรอยไมโครสครับ และทำให้ผิวโลหะสะท้อนแสงอย่างสม่ำเสมอ กระบวนการนี้ทำหน้าที่เปลี่ยนชิ้นงานหล่อให้ “มีชีวิต” พร้อมเข้าสู่ขั้นตอนการประกอบและฝังอัญมณีต่อไป.
สองขั้นตอนนี้ทำงานร่วมกันเพื่อให้ผิวสุดท้ายสวยและทน
6.1 Abrasive Polishing (Mechanical)
หลักการ: ลบรอยจากการหล่อ/ตัดด้วยชุด grit ไล่จากหยาบไปละเอียด
พารามิเตอร์
- Grit sequence ตัวอย่าง: P180 → P400 → P800 → P1200
- Wheel speed, contact pressure: ควบคุมเพื่อลด heat buildup (ตัวอย่าง 1000–3000 RPM, pressure ต่ำ)
- Fixtures / jigs: ใช้เพื่อลด variation
ปัญหา
- Overheating → ทำให้สีเปลี่ยน/anneal surface → ลดคุณภาพ finish
- Uneven finish → แก้ด้วย fixtures, consistent feed rate
QC: วัด Ra ด้วย profilometer; target mirror finish Ra < 0.2 µm
6.2 Electro-Polishing (Electrochemical)
หลักการ: Anodic dissolution — พลังงานไฟฟ้ากัดผิวจุดนูนก่อน ทำให้ leveling effect และ mirror finish
องค์ประกอบระบบ
- Electrolyte (เช่นผสม acid/phosphate ขึ้นกับโลหะ)
- DC power supply with current density control
- Temperature control และ agitation
พารามิเตอร์ตัวอย่าง
- Current density: 0.5–10 A/dm² (ขึ้นกับโลหะ)
- Temperature: 20–60°C
- Time: 30 s – 10 min
ผลดี
- Remove micro-peaks, improve corrosion resistance, uniform gloss in hard-to-reach areas
ปัญหา
- Pitting if overcurrent or impure electrolyte → ปรับ current, filter electrolyte
QC
- Reflectivity test, Ra, visual microscopic inspection
อ่านบทความเต็ม : Polishing — การขัดผิวเครื่องประดับ (Abrasive & Electro-Polishing)
7) Laser Weld — การเชื่อมด้วยเลเซอร์ (Precision Repair & Assembly)
การเชื่อมด้วยเลเซอร์คือเทคโนโลยีที่เข้ามายกระดับงานประกอบและซ่อมแซมชิ้นงาน Jewelry ให้แม่นยำกว่าการเชื่อมแบบดั้งเดิมหลายเท่า ลำแสงเลเซอร์พลังงานสูงถูกโฟกัสเป็นจุดเล็กระดับไมครอน ทำให้เชื่อมเฉพาะตำแหน่งที่ต้องการได้โดยไม่ทำให้ความร้อนลุกลามไปยังส่วนอื่นของชิ้นงาน
ช่วยคงรูปทรง รายละเอียด และคุณสมบัติเชิงกลของโลหะได้อย่างสมบูรณ์ กระบวนการนี้จึงกลายเป็นเครื่องมือหลักของงาน Precision Repair & Assembly สำหรับแบรนด์ที่ต้องการคุณภาพระดับสตูดิโอเครื่องประดับมืออาชีพ.
วัตถุประสงค์: เชื่อมจุดละเอียด เช่น ขาเพชร ขาแหวน หรือตำแหน่งที่ต้อง precision โดยไม่ทำให้ชิ้นงานเสียรูป
เทคโนโลยีที่ใช้
- Pulsed fiber laser / Nd:YAG (ความยาวคลื่นเลือกตามวัสดุ)
หลักการ
- ให้พลังงานเป็น pulse (peak power สูง แต่ duty cycle ต่ำ) ทำให้ penetration เฉพาะจุดและ HAZ ต่ำ
พารามิเตอร์สำคัญ
- Spot size: 0.05–0.5 mm
- Pulse energy & duration: ควบคุม penetration depth
- Shielding gas (argon) เพื่อป้องกัน oxidation
เทคนิคปฏิบัติ
- ใช้ micro-fixtures & clamps เพื่อกัน deformation
- เมื่อเชื่อมตำแหน่งใกล้เพชร ใช้ pulse energy ต่ำและ frequency สูง
QC
- Microscope inspection of seam, pull test ของ sample (microshear)
ปัญหา & แก้ไข
- Porosity → ปรับ energy, blow shielding gas ได้ดีขึ้น
- Thermal distortion → ลด pulse duration & energy, improve fixturing
อ่านบทความเต็ม : Laser Weld — การเชื่อมเครื่องประดับด้วยเลเซอร์ (Precision Repair & Assembly)
8) Engraving & Surface Finishing — แกะสลักและตกแต่งพื้นผิว
การแกะสลักและตกแต่งพื้นผิวคือขั้นตอนที่เปลี่ยน “ชิ้นงานโลหะ” ให้กลายเป็น “งานศิลปะ” ผ่านเทคนิคเชิงวิศวกรรมที่ควบคุมความลึก ผิวสัมผัส และลวดลายได้อย่างแม่นยำระดับไมครอน ทั้งการแกะด้วย CNC, เลเซอร์มาร์กกิ้ง ไปจนถึงการสร้าง Texture แบบ Micro-pattern การควบคุมพลังงาน ความถี่ และรูปแบบการเคลื่อนหัวกัด/หัวแกะ ทำให้ผิวงานมีทั้งความสวยงาม ความคม และความสม่ำเสมอ เป็นด่านสุดท้ายที่กำหนดลายเซ็นเฉพาะตัวของเครื่องประดับแต่ละชิ้น.
เทคโนโลยี
- Fiber laser engraving (for metals) — precise depth control
- CNC micro-milling (mechanical engraving) สำหรับรูปทรงเฉพาะ
- Surface treatments: PVD, rhodium plating, antique/oxidation finishes
พารามิเตอร์สำหรับ laser engraving
- Power, pulse width, scan speed, repetition rate, focus — ทั้งหมดกำหนด depth & edge quality
- Beam quality (M²) สำคัญต่อความคมของลาย
QC
- Depth measurement (profilometer), visual repeatability across lot, adhesion test for coatings
ปัญหา
- Thermal discoloration → ปรับ pulse & speed, ใช้ gas assist
- Non-uniform depth → Calibrate focus & ensure fixturing flatness
อ่านบทความเต็ม : Engraving & Surface Finishing — แกะสลักและตกแต่งพื้นผิว
Holistic Quality Control & Process Management (ทางปฏิบัติ)
[ ขอข้อมูลเพิ่มเติม ]
- Incoming materials control — alloy certificates, traceability
- In-process monitoring — record: mixing viscosity, burnout profile, melt temp, vacuum levels, current densities (electropolish), laser parameters
- NDT — X-ray / micro-CT for internal porosity sampling plan (e.g., 5% of lot)
- SPC — track key dimensions & Ra; implement control charts
- Final inspection — CMM for critical dims, optical inspection, finish spec (Ra, gloss), mechanical tests if required
Safety, Environmental & Maintenance (SHE)
[ ขอข้อมูลเพิ่มเติม ]
- Burnout & casting produce VOCs & exhaust → ต้องมี ventilation & abatement (scrubber)
- Electrolytes & pickling waste → ต้องมี effluent treatment ตามกฎท้องถิ่น
- Laser & welding safety: enclosure, interlocks, PPE (laser goggles)
- Preventive maintenance schedule: induction coils, vacuum pumps, vacuum seals, filtration systems (investment & electrolyte)
สรุป (สำหรับผู้อ่านเชิงวิศวกรรม)
การผลิตเครื่องประดับที่ได้คุณภาพในระดับอุตสาหกรรมไม่ได้เกิดจาก “ช่างฝีมือเพียงอย่างเดียว” แต่ต้องอาศัยการออกแบบกระบวนการที่เข้าใจวัสดุ การควบคุมพารามิเตอร์เชิงวิศวกรรมในแต่ละขั้นตอน และการเลือกใช้เครื่องจักร/เทคโนโลยีที่เหมาะสม ตั้งแต่ 3D printing สำหรับ wax/resin, Indutherm/Indumix สำหรับ investment, induction + vacuum casting สำหรับการหล่อ, เครื่องขัดและ electro-polishing สำหรับผิว และ laser systems สำหรับ welding กับ engraving เมื่อทุกส่วนถูกคุมอย่างเป็นระบบ ผลลัพธ์คือชิ้นงานที่มีมิติแม่นยำ ผิวสวย และทนทาน
TIE-IN
สนใจติดต่อ https://protech-transfer.com/th/
