นักวิจัยพบวิธีพิมพ์สเตนเลสคุณภาพสูงจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เป็นครั้งแรกของโลก

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) เป็นอุปกรณ์ที่ถูกนำมาใช้งานในการรังสรรค์ผลิตภัณฑ์หรือวัสดุใหม่ ๆ ที่มีโครงสร้างเฉพาะ ตั้งแต่บ้าน อาคาร ส่วนประกอบของจรวด เพราะวัสดุที่ได้จะมีน้ำหนักเบา แต่แข็งแรงและทนทาน อย่างไรก็ตาม สเตนเลส (Stainless) นั้นยังคงเป็นความท้าทายในการนำมาเป็นวัสดุตั้งต้นของเครื่องพิมพ์ เพราะการนำสเตนเลสไปทำให้ร้อนเพื่อพิมพ์นั้นจะทำลายโครงสร้างทางเคมีภายในสเตนเลส อย่างไรก็ตาม นักวิจัยในสหรัฐอเมริกานั้นสามารถแก้ปัญหานี้ด้วยการใช้รังสีเอกซ์เรย์ (X-Ray) เป็นตัวช่วยได้สำเร็จ

การสร้างสเตนเลสด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

สเตนเลสดังกล่าวมีชื่อว่า 17-4 PH หรือ เอสเออี ไทป์ 630 สเตนเลส สตีล (SAE Type 630 stainless steel) เป็นอัลลอยผสมที่มีคุณสมบัติทนความร้อนสูงถึง 316 องศาเซลเซียส ทนทานสูงมากแต่มีน้ำหนักเบา โดยปกติสเตนเลส 17-4 PH จะมีสัดส่วนของแร่โครเมียมประมาณร้อยละ 15–17.5 และนิกเกิลกับทองแดงอีกอย่างละประมาณ 3–5 เปอร์เซ็นต์ แต่ว่าเมื่อนำสัดส่วนดังกล่าวไปทำให้หลอมละลายด้วยเลเซอร์สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แล้วทำให้เย็นอย่างรวดเร็ว กลับกลายเป็นว่าสเตนเลส 17-4 PH จะสูญเสียคุณสมบัติเชิงโครงสร้างทั้งความแข็งแรงและความทนทานไป

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่สูงมากฉับพลันเป็นสาเหตุสำคัญที่ทำให้ความแข็งแรงและความทนทานของสเตนเลสนั้นเปลี่ยนไป โดยสเตนเลส 17-4 PH ที่ผ่านการพิมพ์จะเสียความร้อนไปในอัตรา 1,000 - 1,000,000 องศาเซลเซียสต่อวินาที นักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีและมาตรฐานแห่งชาติ (National Institute of Standards and Technology: NIST) ของสหรัฐฯ จึงได้ทดลองเปลี่ยนสัดส่วนของแร่ทั้ง 3 ชนิด แล้วนำเอารังสีเอกซ์เรย์ (X-Ray) มาทำการสแกนโครงสร้างภายนอก ด้วยการสังเกตการหักเหของรังสี (X-Ray Diffraction) ที่เกิดขึ้นจากการพิมพ์สเตนเลส 17-4 PH ออกมาในแต่ละเสี้ยววินาที เพื่อดูการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและดูการคงตัวของโครงสร้าง และการทดลองนี้จึงทำให้สุดท้ายกลุ่มนักวิจัยก็ได้บรรลุความพยายามและพบสัดส่วนที่เหมาะสมสำหรับการทำสเตนเลส 17-4 PH ได้เป็นผลสำเร็จ

การค้นพบวิธีการพิมพ์สเตนเลส 17-4 PH ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จะช่วยลดต้นทุนการผลิตและขึ้นรูป ที่มักนิยมนำเอาไปใช้ในวงการอุตสาหกรรมเคมีและปิโตรเลียม รวมถึงชิ้นส่วนอากาศยาน และยังนำองค์ความรู้เดียวกันนี้ไปดัดแปลงและต่อยอดการวิเคราะห์สารโลหะผสมอื่น ๆ ด้วยเทคนิคเดียวกันเพื่อลดต้นทุนการผลิตได้อีกด้วย

ที่มาข้อมูล Interesting Engineering, Wikipedia

ที่มารูปภาพ Unsplash