นักวิจัย CMU พบปัญหางานพิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติที่ใช้ไทเทเนียม มีรูพรุนมากกว่าปกติ

By: nrad6949
WriterAndroidBlackberryWindows
on 26 May 2016 - 11:14 Tags:
Topics: 
3D Printing
Material
Research
Node Thumbnail

เว็บไซต์ข่าวการพิมพ์สามมิติ 3DPrint.com รายงานว่านักวิจัยจาก Carnegie Mellon University (CMU) ของสหรัฐอเมริกา เผยแพร่งานวิจัยที่ระบุว่า งานพิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติที่ใช้วัสดุเป็นไทเทเนียมผง มีปัญหาขั้นรุนแรง (fatally flawed) โดยระบุว่าการพิมพ์สามมิติโดยใช้ไทเทเนียมผง ทำให้เกิดรูพรุนในเนื้องานมากกว่าปกติ

ทีมวิจัยได้ x-ray ระดับลึกกับชิ้นงานที่ผลิตโดยใช้วัสดุเป็นไทเทเนียมผง Ti-gAl-4V (มีทั้งไทเทเนียม ผสมกับอะลูมิเนียม 6% และ Vanadium 4%) ซึ่งพบว่าตัวงานที่ได้มาจากเครื่องพิมพ์สามมิติ มีรูพรุนภายในเนื้องานสูงมากกว่าปกติ โดยระบุว่าเมื่อผงไทเทเนียมเหล่านี้ใช้กับเครื่องพิมพ์ที่เลือกใช้กระบวนการ SLM (Selective Laser Melting) หรือ EBM (Electron Beam Melting) จะทำให้มีก๊าซติดอยู่ภายในโลหะที่หลอมเหลวแล้ว ซึ่งทำให้เกิดรูพรุนในชิ้นงานที่ออกมาจากการพิมพ์สามมิติ ผลที่เกิดขึ้นจากรูเหล่านี้ ซึ่งมีขนาดตั้งแต่ไม่กี่ไมครอน ไปจนถึงหลายร้อยไมครอน จะกระจายตัวทั่วชิ้นงาน ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสี่ยงที่จะสร้างเส้นหรือรอยแตกของชิ้นงานได้เมื่อใช้งาน

แม้นักวิจัยจะเปลี่ยนกระบวนการพิมพ์ เพื่อให้เกิดรูพรุนเหล่านี้น้อยที่สุด (อย่างเช่นการปรับให้เป็น low speed หรือพิมพ์แบบช้าที่สุด) ก็ไม่สามารถกำจัดรูพรุนเหล่านี้ออกไปจากชิ้นงานได้ มีแต่ว่าลดน้อยลงไปเท่านั้น ทำให้นักวิจัยสรุปว่าแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะทำให้รูพรุนเหล่านี้ไม่มีอยู่ในชิ้นงาน โดยเชื่อว่าน่าจะมีทางออกในการหาจุดที่ลงตัว (sweet spot) ระหว่างการหลอมละลายของผงเหล่านี้กับการหลอมละลายมากเกินไปจนเกิดก๊าซผสมอยู่ในโลหะเหลว กลายเป็นจุดอ่อนของชิ้นงานเวลาพิมพ์

งานวิจัยชิ้นนี้ถือเป็นเรื่องใหญ่ เพราะการพิมพ์สามมิติด้วยวัสดุเหล่านี้ เริ่มมีการนำไปใช้ในวงการแพทย์และอุตสาหกรรมอากาศยาน (อย่างเช่นการเปลี่ยนซี่โครงทรวงอก) โดยเฉพาะอย่างยิ่งในวงการอากาศยานที่วัสดุเหล่านี้ต้องทนรับแรงตึงเครียด (stress) จากการใช้งานได้

ที่มา - 3DPrint.com

Get latest news from Blognone

Comments

By: panurat2000
ContributorSymbianUbuntuIn Love
on 26 May 2016 - 11:51 #914726
panurat2000's picture

กับการหลอมละลายมาเกินไปจนเกิดก๊าซ

มาเกินไป ?

ต้องทนรับแรงตึงเครียด (stress) จากการใช้งานใช้ได้

ใช้งานใช้ได้ ?

By: Virusfowl
ContributorAndroidSymbianWindows
on 28 May 2016 - 12:03 #915347 Reply to:914726
  • โดนระบุว่า => โดยระบุว่า

@ Virusfowl

I'm not a dev. not yet a user.

By: lew
FounderJusci's WriterMEconomicsAndroid
on 26 May 2016 - 22:03 #914969
lew's picture

อันนี้แปลว่าชิ้นงานจากการพิมพ์สามมิติจะไม่ทนความเครียดเท่ากับงานหล่อ?

ในกรณีงานอวกาศยานน่าจะไม่ใช่ประเด็นนัก เพราะการใช้งานจริงน่าจะเป็นการพิมพ์อะไหล่ในอวกาศแทนที่จะส่งอะไหล่ขึ้นไป กรณีแบบนี้ศูนย์ควบคุมน่าจะพิมพ์งานบนโลกแล้วเอาไปทดสอบก่อนว่ารับแรงไหวไหม แล้วค่อยสั่งพิมพ์ในอวกาศเพื่อใช้งานอีกที

lewcpe.com, @wasonliw

By: NICK®
iPhoneAndroidWindows
on 27 May 2016 - 08:57 #915052
NICK®'s picture

EBM (Eletron Beam Melting)

Eletron => Electron

By: pongnarinj on 1 September 2016 - 11:40 #936671

สำหรับชิ้นงานที่สร้างมาจาก 3D Printer แทบทุกวัสดุโดยเฉพาะโลหะด้วยแล้ว หนีไม่พ้นปัญหาเรื่องรูพรุนเกิดขึ้นในชิ้นงานครับ เนื่องจากกลไกการสร้างชิ้นงานแบบ Layer-by-Layer (ชั้นต่อชั้น) ฉะนั้นเครื่อง 3D Printer ระดับ Commercial ส่วนใหญ่จะติดตั้งระบบ Shielding Gas ไว้เพื่อคอยปล่อย Inert Gas เข้าสู่ระบบขณะสร้างชิ้นงานทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการ Oxidation ระหว่าง Oxygen กับชิ้นงานโลหะ (เนื่องจาก O2 อะตอมจับกับอะตอมของโลหะได้ง่ายมาก) ถ้าดีขึ้นมาอีกนิดบาง Supplier จะติดตั้งระบบ Vacuum ไว้เพื่อลดระดับ Oxygen ในระบบก่อนที่จะทำการ Shield Gas แต่อย่างไรก็ตาม ณ ปัจจุบันเครื่อง Commercial Metal 3D Printer สามารถสร้างชิ้นงานที่มีความหนาแน่นสูงสุดอยู่ที่ประมาณ 99% ขึ้นไปแต่ไม่ถึง 100% เท่ากับว่าชิ้นงานยังคงมีรูพรุนอยู่ดี สุดท้ายแล้วเราจะนำชิ้นงานไปใช้ประโยชน์ก็จะวัดกันที่ Mechanical Properties ครับ หลังจากเราขึ้นรูปชิ้นงานเป็นที่เรียบร้อยแล้วนำไปทดสอบ Mechanical Properties แล้วเป็นไปตาม ASTM Standard ของวัสดุนั้นๆ ก็สามารถนำไปใช้ใน Application ต่างๆตามต้องการได้ครับ (ยกเว้น application ทางด้านการแพทย์ซึ่งอาจต้องมีการทดสอบในเรื่องของ Corrosion resistance และ Biocompatibility เพิ่มเติม) แต่โดยส่วนใหญ่ชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วย 3D Printer สำหรับโลหะจะใช้แหล่งพลังงาน Laser หรือที่นิยมเรียกเทคโนโลยีนี้ว่า Selective Laser Melting: SLM, Electron Beam Melting: EBM เพื่อใช้ในการหลอมละลายผงวัสดุโลหะให้หลอมเข้าด้วยกัน ฉะนั้นในระหว่างกระบวนการสร้าง ชิ้นงานโลหะจะต้องเจอกับปรากฎการณ์การเย็นตัวอย่างรวดเร็วจากการถูกเลเซอร์หลอมในแต่ละ Layer จึงทำให้ Final Mechanical Properties ของชิ้นงานเป็นไปในรูปแบบ High Strength, High Hardness แต่ Low Elongation กล่าวคือชิ้นงานมีแนวโน้มไปในทางแข็งเปราะ (Brittleness) มากกว่าเหนียวนุ่ม (Ductility) โดยส่วนใหญ่ชิ้นงานที่ผ่านกระบวนการขึ้นรูปด้วย 3D Printer สุดท้ายแล้วต้องนำมาผ่านกระบวนการ Heat-Treatment อีกรอบเพื่อปรับปรุง Mechanical Properties ให้ดีขึ้นครับ