อะไรคือ Rapid Prototype

ในขั้นการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ (Design and development) มักจะต้องมีการออกแบบชิ้นงานขึ้นมาแล้วนำไปทดสอบให้สามารถใช้งานได้ตามที่ตั้งไว้ และนำไป review ร่วมกันกับทีมงานที่ทำงานด้วยกันทั้งหมด แน่นอนว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดมากมายในขั้นตอนการออกแบบ และด้วยความต้องการของตลาดที่สูง จึงจำเป็นต้องทำออกมาให้เร็วที่สุด ด้วยเหตุนี้จึงได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีการผลิตชิ้นงานต้นแบบที่สามารถทำได้อย่างรวดเร็วออกมาที่เรียกว่า Rapid prototype เพื่อที่จะได้สามารถสร้างชิ้นงานต้นแบบออกมาได้อย่างรวดเร็ว และนำไปทดสอบหรือทดลองเพื่อให้ขั้นตอนการออกแบบรวดเร็วและสะดวกยิ่งขึ้น

Rapid prototype คือ กระบวนการในการสร้างชิ้นงานต้นแบบขึ้นมาจาก 3D CAD Data โดยมีหลักการคือนำ 3D CAD Data ไปคำนวณเพื่อแบ่ง 3D CAD Data ออกเป็น layer ที่มีความหนาประมาณ 0.003 นิ้ว (เรียกแต่ละ layer นี้ว่า SLA) แล้ว file ใหม่ที่ถูกสร้างขึ้นจะถูกสร้างขึ้นใน format ของ STL จากนั้นนำ STL file ที่ได้ไปทำการผลิตชิ้นงานต้นแบบด้วยการใช้ laser ยิงไปที่ liquid polymer โดยที่ laser จะเป็นตัวที่กำหนดรายละเอียดของชิ้นงานแต่ละ layer และทำให้ liquid polymer แข็งตัว จากนั้นชิ้นงานจะค่อยๆ ถูกสร้างขึ้นมาทีละ layer จนเสร็จ

rapid-prototype-sample

ขั้นตอนการทำงานของ Rapid Prototype

เริ่มแรกเราจำเป็นต้องมีนต้นแบบด้วยการใช้ Surface model อาจจะได้มาจากการสร้างขึ้นมาใหม่หรือจากการ scan จากชิ้นงานเดิม จากนั้นนำ Model ที่ได้ไปทำการคำนวณเพื่อแปลงเป็น file แบบ STL ซึ่งเป็น format ของ file ที่เป็นมาตรฐานสำหรับการนำข้อมูลไปทำชิ้นงาน Rapid prototype และ CAD software ส่วนมากที่ใช้อยู่ในปัจจุบันก็มีฟังก์ชั่นในการแปลง CAD Data ไปเป็น file แบบ STL อยู่แล้ว

ภายใน File แบบ STL จะประกอบไปด้วยข้อมูลที่เป็น layer บางๆ มากมายซ้อนกันอยู่ โดยที่ข้อมูลที่เป็น layer บางๆ นี้แต่ละชั้นจะเรียกว่า SLI และ SLI นี่เองที่ถูกส่งไปยังเครื่องผลิตชิ้นงานต้นแบบ แล้วส่งต่อไปยังส่วนที่ควบคุมการทำงานของ laser ที่ทำหน้าที่ในการสร้างชิ้นงานขึ้นมา โดยจะผลิตชิ้นงานแต่ละชั้นออกมาเหมือนกับ SLI

ราคาและต้นทุนในการผลิตชิ้นงานต้นแบบด้วย Rapid prototype นั้นมีราคาแพง เนื่องมาจากราคาของวัสดุที่นำมาใช้ในการผลิต ระยะเวลาในการสร้างชิ้นงานต้นแบบขึ้นมาอยู่ที่ 4 – 24 ชั่วโมง นอกจากนี้ชิ้นงานที่ถูกสร้างขึ้นมาจะเปราะและแตกหักง่าย (เป็นบางกรณี เพราะบางกรณีที่สร้างชิ้นงานขึ้นมาจาก resin ชิ้นงานก็จะมีความเหนียว แต่ชิ้นงานที่สร้างมาจาก resin จะไม่สามารถสร้างแบบที่มีรายละเอียดหรือความซับซ้อนมากนัก และยังไม่สามารถสร้างให้มีความเที่ยงตรงที่สูงมากได้) ดังนั้นจึงจำเป็นที่จะต้องจำถือชิ้นงานต้นแบบด้วยความระมัดระวัง อย่างไรก็ดีการทำชิ้นงานต้นแบบ ออกมาด้วยวิธีนี้ก็ยังเป็นประโยชน์ต่อการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ (design and development) อย่างมากในแง่ของการนำมาดู concept หรือภาพโดยรวมของตัวผลิตภัณฑ์ และนำมา review ร่วมกันในระหว่างขั้นตอนการออกแบบ และการทดลองนำไปประกอบซึ่งเป็นส่วนที่สำคัญมาก

engineering-design-process

ข้อจำกัดบางอย่างของการผลิตชิ้นงานด้วยวิธีนี้คือ ชิ้นงานไม่สามารถทำให้มีขนาดที่ใหญ่มากได้ จนบางครั้งต้องทำการแบ่งชิ้นงานจริงออกเป็นส่วนๆ เพื่อให้สามารถนำไปผลิตชิ้นงานต้นแบบออกมา แล้วจึงนำไปประกอบเข้าด้วยกันที่หลัง ความแข็งแรงของชิ้นงานก็จะลดลงไปช่วงที่เป็นรอยต่อ นอกจากนี้ควรหลีกเลี่ยงการออกแบบให้มีความบางที่มากเกินไป เพราะจะไม่สามารถผลิตออกมาได้ จากข้อจำกัดของวัสดุที่นำมาใช้ ที่ไม่สามารถเชื่อมติดกันได้ดีพอ หรืออาจทำออกมาได้แต่ก็เปราะและเสียหายได้ง่าย

 

อ่านบทความต่อไปได้ที่นี่ ทำความรู้จักกับ Rapid Prototype Technologies