ความท้าทายของโดรน

อากาศยานไร้คนขับถูกใช้งานมานานหลายทศวรรษ โดยหลักแล้วในภารกิจด้านการเฝ้าระวังและภารกิจทางยุทธวิธีสำหรับองค์กรทางทหาร สำหรับอุตสาหกรรมอย่างการเกษตร การจัดการสัตว์ป่า หรือวิทยาศาสตร์ด้านสภาพภูมิอากาศ การใช้งานโดรนอย่างแพร่หลายยังถูกจำกัดด้วยต้นทุนที่สูง ลูกค้าแต่ละรายมีข้อกำหนดเฉพาะของตนเอง ซึ่งอาจรวมถึงอุณหภูมิอากาศที่คาดการณ์ไว้และสภาพอากาศ ประเภทของกล้องหรือเพย์โหลดอื่น ๆ หรือระยะทางระหว่างแหล่งเชื้อเพลิงกับระยะเป้าหมายปลายทาง ชิ้นส่วนที่ผลิตจำนวนมากถูกนำมาใช้เป็นส่วนประกอบของโดรนรุ่นส่วนใหญ่ แต่รายละเอียดที่แตกต่างกันเหล่านี้หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่จะนำไปสู่ความจำเป็นในการปรับแต่งในระดับหนึ่ง

ชิ้นส่วนที่หนักที่สุดของโดรนมักจะเป็นกล่องแบตเตอรี่ ดังนั้น Nextech จึงใช้การพิมพ์สามมิติเพื่อปรับน้ำหนักของชิ้นส่วนอื่น ๆ ให้เหมาะสม ทำให้โดรนสามารถบินได้ไกลขึ้นโดยไม่ลดทอนความแข็งแรงหรือความสามารถในการบรรทุกเพย์โหลด

เทคนิคการผลิตแบบดั้งเดิมทำให้การปรับแต่งดังกล่าวเป็นเรื่องยาก การทำแม่พิมพ์ งานแมชชีน หรือวิธีการตัดด้วยวอเตอร์เจ็ตและเลเซอร์มีค่าใช้จ่ายสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนตามที่ต้องการ การพิมพ์สามมิติได้เปิดโอกาสให้ผู้ผลิตโดรนสามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อนและผลิตภัณฑ์ที่ปรับแต่งเฉพาะได้ในราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้น แต่การค้นหาเทคโนโลยีและวัสดุที่เหมาะสมยังคงเป็นปัจจัยที่จำกัดการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย เวิร์กโฟลว์ SLS ของ Fuse 1+ 30W ช่วยให้ Nextech สามารถสร้างต้นแบบได้อย่างรวดเร็ว เพิ่มความสามารถในการปรับปรุงแบบซ้ำตามข้อเสนอแนะของลูกค้า และผลิตชิ้นส่วนแบบกำหนดเองเป็นล็อตได้ในต้นทุนที่เหมาะสม

การนำระบบ SLS เข้ามาดำเนินการภายในองค์กร

ก่อนที่จะเพิ่มเครื่องพิมพ์ SLS รุ่น Fuse 1+ 30W เข้ามาในขีดความสามารถด้านการผลิตของพวกเขา Nextech เคยว่าจ้างภายนอกในการพิมพ์สามมิติหรือทำงานแมชชีนชิ้นส่วนต่าง ๆ ในช่วงของการสร้างต้นแบบ “เรามีชิ้นส่วนขนาดเล็กที่พิมพ์สามมิติเป็นล็อต ๆ บนเครื่องอุตสาหกรรม EOS ขนาดใหญ่ที่มหาวิทยาลัยท้องถิ่น แต่ต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์กว่าจะได้ชิ้นงานกลับมา” Kroone กล่าว

การนำเครื่องพิมพ์เข้ามาใช้งานภายในองค์กรช่วยเร่งระยะเวลาในการพัฒนา ทำให้ทีมสามารถทำงานร่วมกับลูกค้าได้อย่างใกล้ชิดมากขึ้น “คุณกำลังทำโปรเจกต์เฉพาะทางให้กับลูกค้า ดังนั้นคุณต้องสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว แต่ต้องเป็นชิ้นส่วนที่ซับซ้อน ละเอียด และมีคุณภาพพื้นผิวที่ดี” Kroone กล่าว พร้อมเสริมว่า “เราจะเพิ่มขายึด (brackets) แล้วทดสอบความแข็งแรง ความรู้สึก และน้ำหนัก หรือเพิ่มปะเก็น (gasket) เพื่อการเป็นฉนวนที่ดีขึ้น แล้วทดสอบความพอดีและการใช้งาน เพื่อให้มั่นใจว่าโซลูชันสุดท้ายที่เราส่งให้ลูกค้านั้นมีคุณภาพสูง”

จังหวะการทำงานแบบปรับปรุงซ้ำ (iterative cadence) เช่นนี้แทบเป็นไปไม่ได้เลยเมื่อมีการว่าจ้างผลิตภายนอก การต้องรอหลายวันหรือหลายสัปดาห์เพื่อทำการปรับปรุงแต่ละครั้ง ทำให้เข้าใกล้เส้นตายมากขึ้น และจำกัดปริมาณการทดสอบเชิงฟังก์ชันที่สามารถทำได้ “เมื่อคุณมีเครื่องพิมพ์ภายในองค์กรของตัวเอง คุณสามารถเพิ่มปริมาณการผลิตและปรับการใช้วัสดุให้เหมาะสมได้จริง ๆ เราสามารถผลิตชิ้นส่วนพลาสติกของเราได้โดยไม่ต้องทำแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป ซึ่งมีราคาแพงมากและใช้เวลานาน” Kroone กล่าว

เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซมีเทนที่ออกแบบเฉพาะ พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ SLS รุ่น Fuse 1+ 30W โดยใช้ผง Nylon 12 การผลิตภายในองค์กรช่วยลดต้นทุนด้านการออกแบบและการผลิต	ในทำนองเดียวกัน เครื่องชาร์จแบตเตอรี่ที่ออกแบบเฉพาะนี้ถูกพิมพ์ด้วยเครื่อง Fuse 1+ 30W โดยใช้ผง Nylon 12 ผ่านการผลิตภายในองค์กร Nextech มีความคล่องตัวมากขึ้นและสามารถตอบสนองต่อบรีฟการออกแบบของลูกค้าได้รวดเร็วยิ่งขึ้น

ชิ้นส่วนที่ซับซ้อนด้วยเทคโนโลยีที่เสริมกัน

เพย์โหลดเฉพาะของลูกค้า เช่น กล้องหรือเซนเซอร์ประเภทต่าง ๆ สำหรับงานสำรวจด้านการเกษตร สิ่งแวดล้อม หรือสัตว์ป่า จำเป็นต้องใช้ขายึดที่ออกแบบเฉพาะเพื่อยึดติดกับโครงของโดรน ขายึดเหล่านี้จะแตกต่างกันไปในแต่ละโปรเจกต์ บางครั้งต้องติดตั้งเพย์โหลดให้ห่างจากแหล่งเชื้อเพลิงมากขึ้น ซึ่งอาจเกิดความร้อนสะสมเมื่อบินเป็นระยะทางไกล หรืออาจต้องยึดไว้ในมุมที่แตกต่างออกไป

ในการออกแบบและผลิตขายึดเหล่านี้ ซึ่งต้องมีความแข็งแรงและทนทาน Nextech ใช้การผสมผสานระหว่างการพิมพ์สามมิติแบบ SLS วัสดุคอมโพสิต และงานแมชชีน จุดแข็งของพวกเขาคือการปรับใช้เทคโนโลยีเหล่านี้ให้ทำงานเสริมกัน ไม่ใช่ทดแทนกัน

“การผสมผสานระหว่างงานแมชชีนแบบดั้งเดิมกับการพิมพ์สามมิติแบบ SLS ได้ก่อให้เกิดสิ่งที่ผมมองว่าเป็นยุคถัดไปของการผลิตทุกสิ่งที่เราจะทำ”

Liam Kroone วิศวกรออกแบบเครื่องกลแห่ง Nextech

รุ่น Atlas T แบบควอดคอปเตอร์ใช้การผสมผสานระหว่างชิ้นส่วนที่พิมพ์สามมิติแบบ SLS (ใบเสาอากาศและฝาครอบของกิมบอลและเซนเซอร์มีเทน) ชิ้นส่วนโลหะที่ผ่านการแมชชีน และชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อปรับน้ำหนักเพย์โหลดให้เหมาะสม และทำให้สามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตเฉพาะสำหรับประสิทธิภาพสูงสุด

 การวัดการหลอมเหลว

หนึ่งในรุ่นของ Nextech คือโดรนแบบปีกตรึง (fixed-wing) ที่มีช่วงปีกกว้าง 3.2 เมตร และมีพิสัยการบิน 100 กิโลเมตร สำหรับโครงการร่วมกับรัฐบาลฝรั่งเศส โดรนลำนี้ถูกใช้บินเพื่อสแกนและสำรวจแผ่นน้ำแข็งที่กำลังเสื่อมสภาพในแถบอาร์กติก โดรนติดตั้งอุปกรณ์ถ่ายภาพแบบมัลติสเปกตรัมและอุปกรณ์ถ่ายภาพความร้อนที่ออกแบบเฉพาะ เพื่อวัดผลกระทบของมหาสมุทรต่อความเร็วในการละลายของแผ่นน้ำแข็ง ทีมงาน Nextech ต้องออกแบบขายึดและชิ้นส่วนโครงสร้างตัวลำแบบเฉพาะ เพื่อรองรับเพย์โหลดที่มีความละเอียดอ่อน รวมถึงออกแบบปลายปีกที่สามารถทำงานได้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง

“หากมวลของโดรนหรือสภาพแวดล้อมเปลี่ยนไป รูปทรงของปลายปีกก็ต้องเปลี่ยนตาม ดังนั้นในระหว่างที่เรากำลังสร้างต้นแบบและตัวแปรเหล่านี้เปลี่ยนแปลงอยู่ การทำแมชชีนก่อนที่เราจะรู้แน่ชัดว่ามันจะทำงานอย่างไรจึงมีค่าใช้จ่ายสูงมาก” Kroone กล่าว

ในที่สุด ปลายปีกจะผลิตจากวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ แต่การสร้างแม่พิมพ์สำหรับคอมโพสิตนั้นใช้เวลานาน และงานแมชชีนก็มีค่าใช้จ่ายสูงเกินไป การใช้ผง Nylon 12 กับเครื่อง Fuse 1+ 30W ช่วยให้ทีมสามารถทดลองรูปทรงที่ซับซ้อนได้ โดยมีน้ำหนักใกล้เคียงกับชิ้นส่วนคาร์บอนไฟเบอร์จริงในขั้นสุดท้าย

“หากคุณพยายามทำมันจากอะลูมิเนียมหรือแม้แต่คาร์บอนไฟเบอร์ การทำแม่พิมพ์ให้ถูกต้องตั้งแต่ช่วงต้นของโปรเจกต์จะค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นการที่สามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนนี้ได้ด้วย Fuse 1+ 30W ทำให้เราสามารถทดลองได้หลายเวอร์ชัน หรือเมื่อโปรเจกต์มีการเปลี่ยนแปลง เราก็สามารถพิมพ์ดีไซน์ใหม่ได้โดยใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อย” Kroone กล่าว

ภาพเรนเดอร์ของโดรนแบบปีกตรึงของ Nextech นี้แสดงให้เห็นถึงขนาดและความซับซ้อนของการออกแบบ	ทีมงาน Nextech ใช้กระบวนการออกแบบที่ผสานการทำแม่พิมพ์คาร์บอนไฟเบอร์เข้ากับเครื่อง Fuse 1+ 30W และผง Nylon 12 เพื่อปรับปรุงแบบซ้ำอย่างรวดเร็วและทดสอบปลายปีกเชิงฟังก์ชันสำหรับโดรนแบบปีกตรึงของพวกเขา

 ผลิตครั้งละ 100 ชิ้น: การผลิตชิ้นส่วนใช้งานจริงแบบเป็นล็อต

สำหรับ Atlas T ซึ่งเป็นโดรนแบบมัลติโรเตอร์ ทีมงานได้พัฒนาแบบหลายเวอร์ชันสำหรับยึดเทคโนโลยีระบบส่งสัญญาณไว้ในมุมและระยะที่กำหนด วิธีการยึดอุปกรณ์มีผลต่อประสิทธิภาพการทำงาน และการจัดตำแหน่ง GPS กับเสาอากาศให้ถูกต้องช่วยเพิ่มระยะการส่งสัญญาณและคุณภาพของการรับส่งข้อมูล เทคโนโลยีติดตามเสาอากาศระยะไกลไม่สามารถถูกบดบังด้วยวัสดุนำไฟฟ้าหรือวัสดุที่มีขนาดใหญ่เทอะทะได้ ดังนั้นการสามารถปรับแต่งทั้งตัวยึดเพย์โหลดและเสาอากาศจึงต้องใช้รูปทรงที่ซับซ้อน และต้องมีการทดสอบปรับปรุงซ้ำหลายรอบด้วยวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า

Kroone ใช้เครื่อง Fuse 1+ 30W ในการพัฒนาตัวยึดตำแหน่งแบตเตอรี่อัจฉริยะที่มีฟังก์ชันแบบสแนปอิน โดยมีทั้งชิ้นส่วนภายนอกและภายใน ซึ่งพิมพ์ด้วยผง Nylon 12 สำหรับใช้งานจริงกับโดรน ขนาดของชิ้นส่วนภายในและปริมาณที่ต้องผลิตจำนวนมากทำให้ยากต่อการตั้งโปรแกรมอย่างมีประสิทธิภาพบนเครื่อง CNC ของพวกเขา “มันเป็นชิ้นส่วนขนาดเล็ก และการตั้งค่าบนเครื่อง CNC จะใช้เวลามาก แต่เราสามารถพิมพ์ได้ครั้งละ 100 ชิ้นบนเครื่อง Fuse 1+ 30W” Kroone กล่าว

ตัวยึดตำแหน่งแบตเตอรี่สำหรับใช้งานจริงบนโดรน Atlas T แบบควอดคอปเตอร์ ถูกพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติแบบ SLS รุ่น Fuse 1+ 30W โดยใช้ผง Nylon 12

 ผลลัพธ์ที่ทัดเทียมอุปกรณ์มูลค่าหลายล้านดอลลาร์

การผสานเทคโนโลยี SLS และ CNC เข้าด้วยกันทำให้ Nextech มีความยืดหยุ่นมากขึ้นในกระบวนการออกแบบและการผลิต พวกเขาสามารถผลิตแบบเป็นล็อตและสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้ด้วยเครื่อง Fuse 1+ 30W ขณะเดียวกันก็ทำงานแมชชีนชิ้นส่วนอะลูมิเนียมที่มีความแข็งแรงสูงสำหรับส่วนประกอบอื่น ๆ เมื่อพวกเขาประเมินเครื่อง SLS สิ่งสำคัญคือการหาเครื่องที่สามารถให้คุณภาพงานเทียบเท่ากับเครื่อง CNC ของพวกเขา และพวกเขาพบสิ่งนั้นใน Fuse 1+ 30W “มันเป็นเทคโนโลยีที่ยอดเยี่ยมจริง ๆ เราลงทุนหลายล้านดอลลาร์กับเครื่อง CNC และกำลังการผลิต [ของ Fuse 1+ 30W] ก็เทียบเท่ากัน แต่เครื่องนี้มีราคา 60,000 ดอลลาร์” Kroone กล่าว

ทุกครั้งที่มีการนำโดรนของ Nextech ไปใช้งานได้สำเร็จ การรับรู้ในตลาดก็เพิ่มขึ้น และความต้องการจากลูกค้าก็สูงขึ้นตาม Nextech จำเป็นต้องสามารถพึ่งพา Fuse 1+ 30W ให้ทำงานได้อย่างสม่ำเสมอและราบรื่น “ความสามารถในการทำซ้ำและความน่าเชื่อถือมีความสำคัญอย่างมากในการทำให้มั่นใจว่าเราจะผลิตโดรนคุณภาพสูงได้ภายในกรอบเวลาที่รวดเร็ว เครื่องพิมพ์ SLS หลายรุ่นขึ้นชื่อว่ามีข้อผิดพลาดในการพิมพ์และงานล้มเหลวจำนวนมาก ขณะที่ Fuse 1+ 30W เป็นเครื่องคุณภาพสูงพร้อมการสนับสนุนที่ยอดเยี่ยม” Kroone กล่าว ความน่าเชื่อถือของตัวเครื่องเอง เมื่อรวมกับความมุ่งมั่นของ Formlabs ในการสนับสนุนระดับแนวหน้าทั่วโลก ช่วยให้การผลิตดำเนินต่อไปได้อย่างต่อเนื่อง

อุตสาหกรรมโดรนมีการแข่งขันสูงมาก บริษัทต่าง ๆ แข่งขันกันอย่างเข้มข้นเพื่อคว้าสัญญาขนาดใหญ่จากภาครัฐ ภาควิจัย และภาคการเกษตร เพื่อรักษาความเป็นผู้นำ ผู้ผลิตโดรนจำเป็นต้องอัปเดตเทคโนโลยีของตนอย่างต่อเนื่อง รวมถึงนำเสนอทางเลือกที่สามารถปรับแต่งได้สำหรับแต่ละโปรเจกต์ เทคโนโลยีสามมิติ และความสามารถในการผลิตภายในองค์กรด้วย SLS และงานแมชชีน CNC โดยเฉพาะ คือสิ่งที่ทำให้ Nextech แตกต่างจากคู่แข่ง

“ผมขอบอกเลยว่า บริษัทใดก็ตามที่ยังไม่มีเครื่องแบบนี้สำหรับการผลิตแบบเป็นล็อต แสดงว่ายังไม่เข้าใจทิศทางในอนาคตอย่างแท้จริง — พวกเขากำลังสร้างข้อจำกัดให้กับตัวเอง ด้วยการไม่มีเวิร์กโฟลว์การผลิตภายในองค์กรไว้ใช้เมื่อจำเป็น”

Liam Kroone วิศวกรออกแบบเครื่องกลแห่ง Nextech

Fuse Sift ช่วยให้กระบวนการกำจัดผงออกจากชิ้นงาน (depowdering) และการรีไซเคิลวัสดุ เป็นไปอย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ

การผสานเทคโนโลยีการผลิตแบบดั้งเดิมเข้ากับเวิร์กโฟลว์การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุขั้นสูงภายในองค์กร ช่วยให้ Nextech ก้าวขึ้นสู่ระดับแนวหน้าของอุตสาหกรรมโดรน ความน่าเชื่อถือของเครื่องพิมพ์ SLS ในซีรีส์ Fuse ของ Formlabs ทำให้พวกเขาสามารถคงความคล่องตัว ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของซัพพลายเออร์และความต้องการของลูกค้าได้อย่างรวดเร็ว และพัฒนาผลิตภัณฑ์ของตนอย่างต่อเนื่อง

	รายละเอียดเครื่อง Formlab form4 SLA คลิก    เช็คราคา คลิก
	รายละเอียดเครื่อง Formlab Fuse 1+ 30W    SLS คลิก    เช็คราคา คลิก

แหล่งอ้างอิง

https://formlabs.com/blog/nextech-drones-sls-3d-printing/