ในการผลิตชิ้นงานพลาสติกด้วยวิธีฉีดขึ้นรูป หนึ่งในปัญหาสำคัญที่วิศวกรต้องเผชิญคืออากาศที่ถูกกักเก็บอยู่ในแม่พิมพ์ ซึ่งมักก่อให้เกิดตำหนิ เช่น ฟองอากาศ รูพรุน หรือพื้นผิวที่ไม่เรียบเนียน
โดยทั่วไป การแก้ปัญหานี้ต้องอาศัยการออกแบบแม่พิมพ์ให้มีช่องระบายอากาศหรือระบบดูดสุญญากาศที่ซับซ้อนและต้องใช้ความแม่นยำสูง ซึ่งหากทำได้ไม่ดีพอ ก็จะส่งผลให้เกิดของเสียจำนวนมากในการผลิตปริมาณมาก
‘เหล็กหายใจได้’ เข้ามาเป็นทางออกใหม่ ด้วยการสร้างแม่พิมพ์เหล็กที่มีรูพรุนขนาดจิ๋วที่เชื่อมต่อกันทั่วทั้งโครงสร้าง ทำให้ก๊าซภายในแม่พิมพ์สามารถระบายออกไปได้เองในขณะที่พลาสติกหลอมเหลวกำลังถูกฉีดเข้ามา โดยไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงาน
การผลิตเหล็กชนิดพิเศษนี้ทำได้ด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบ Selective Laser Melting (SLM) โดยนำผงโลหะมาผสมกับสารก่อฟอง (foaming agent) เช่น โครเมียมไนไตรด์ (Chromium nitride) เมื่อเลเซอร์หลอมผงโลหะ สารก่อฟองจะสลายตัวและปล่อยก๊าซออกมา สร้างรูพรุนขนาดเล็กที่เชื่อมต่อกันภายในเนื้อเหล็ก
รูพรุนเหล่านี้ต้องมีขนาดที่เหมาะสม โดยทั่วไปแล้วไม่เกิน 80 ไมโครเมตร เพื่อให้ก๊าซสามารถไหลผ่านได้อย่างอิสระ แต่โมเลกุลพลาสติกที่มีขนาดใหญ่กว่าไม่สามารถทะลุผ่านได้ ระดับความพรุนสามารถควบคุมได้ด้วยปริมาณสารก่อฟองที่ใช้ รวมถึงการปรับตั้งค่ากำลังเลเซอร์และความเร็วในการสแกน
เทคนิคนี้มีความได้เปรียบอย่างมากเมื่อเทียบกับวิธีการดั้งเดิมที่ใช้ชิ้นส่วนแทรกที่มีรูพรุน ซึ่งมีข้อจำกัดในการออกแบบรูปทรงที่ซับซ้อนและประสิทธิภาพการระบายอากาศ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้สามารถสร้างแม่พิมพ์ที่มีรูปทรงซับซ้อนทั้งหมดให้ ‘หายใจได้’ และยังเสริมสร้างคุณสมบัติทางกลของเหล็กให้ดียิ่งขึ้น ทั้งความแข็งแรงเชิงรับแรงกด ความแข็ง และความทนทานต่อการกัดกร่อน
แม้ ‘เหล็กหายใจได้’ อาจยังไม่เป็นที่คุ้นเคยในชีวิตประจำวัน แต่เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของวิวัฒนาการในการแปรรูปวัสดุสมัยใหม่ที่สามารถพลิกโฉมคุณสมบัติและศักยภาพของวัสดุพื้นฐานอย่างเหล็กได้อย่างน่าทึ่ง เปิดประตูสู่ความเป็นไปได้ใหม่ๆ ในอุตสาหกรรมการผลิต
🏷️ หมวดหมู่: 3d Printer hacks, Hackaday Columns, 3d printed injection mold, breathable mold steel, breathable steel, injection molding, mold, mold steel, porosity, porous, steel
🔗 อ่านบทความฉบับเต็ม: hackaday
