อุตสาหกรรมยานยนต์กำลังอยู่ระหว่างการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว เนื่องจากความรู้สึกของผู้บริโภคและข้อบังคับด้านกฎหมายที่เพิ่มมากขึ้น ได้สร้างแรงกดดันให้ต้องเปลี่ยนจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลไปสู่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ฟอร์ดกำลังเป็นผู้นำในการเปลี่ยนแปลงนี้ เช่นเดียวกับที่เคยทำเมื่อกว่า 100 ปีที่แล้วด้วยการผลิต Model T และการนำสายพานการผลิตมาใช้ และมีแผนที่จะขายรถยนต์ไฟฟ้าทั้งหมดในยุโรปภายในปี 2030

บริษัท Ford Motor Company เป็นผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่อันดับที่หกของโลก โดยผลิตรถยนต์มากกว่า 4 ล้านคันต่อปี และมีพนักงานมากกว่า 175,000 คนทั่วโลก หัวใจของการดำเนินงานของฟอร์ดในยุโรปคือ Ford Cologne ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1930 และเป็นที่รู้จักกันดีที่สุดสำหรับการประกอบ Ford Fiesta

ที่ตั้งอยู่ติดกับโรงงานคือ PD Merkenich ซึ่งทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการพัฒนา มีความรับผิดชอบในการออกแบบรถยนต์นั่งทั้งหมดสำหรับตลาดยุโรปตั้งแต่เริ่มต้น รวมถึงรุ่นที่ประสบความสำเร็จอย่าง Fiesta, Focus, Kuga และล่าสุดคือ Explorer ที่เป็นรถยนต์ไฟฟ้าเต็มรูปแบบ ซึ่งเป็น EV รุ่นแรกสำหรับตลาดยุโรปที่เพิ่งเข้าสู่การผลิตจำนวนมากในโรงงานประกอบที่โคโลญ ทีมงานยังสนับสนุนการพัฒนารถยนต์เพื่อการพาณิชย์ โดยร่วมมือกับ Dunton Technical Centre ของฟอร์ดในสหราชอาณาจักร

แต่ฟอร์ดจะสามารถตามทันการแข่งขันที่เข้มข้นและวงจรการพัฒนาที่สั้นลงเรื่อย ๆ ได้อย่างไร? โปรดอ่านต่อเพื่อดูภาพรวมของ ศูนย์เทคโนโลยีฉับไว (Rapid Technology Center) ของ PD Merkenich ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการสร้าง ต้นแบบฉับไว (rapid prototypes) สำหรับการพัฒนาผลิตภัณฑ์

เครื่องมือสำหรับการผลิตต้นแบบยานยนต์ขนาดจริง

ผู้ควบคุมงานศูนย์เทคโนโลยี (Rapid Technology Center) ของฟอร์ด
ซานโดร ปีรอดดี  กล่าวว่า

“การทำต้นแบบมีความสำคัญอย่างมากในกระบวนการพัฒนา เพราะมันช่วยให้วิศวกรสามารถตรวจสอบและยืนยันการออกแบบได้ หากภายหลังจำเป็นต้องแก้ไขแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกหรือเครื่องมือการผลิต จะมีค่าใช้จ่ายสูงมาก และใช้เวลานาน ซึ่งอาจทำให้สายการผลิตต้องหยุดชะงักในกรณีที่แย่ที่สุด ปัญหาเหล่านี้สามารถหลีกเลี่ยงได้ด้วยการทำต้นแบบ และการนำเทคโนโลยีที่มีอยู่ทั้งหมดมาใช้”

การผลิตต้นแบบยานยนต์ขนาดจริงต้องใช้เครื่องมือหลากหลายประเภท ศูนย์ Rapid Technology Center เป็นศูนย์ขนาดใหญ่ที่ติดตั้งเทคโนโลยีการผลิตล่าสุด ไม่ว่าจะเป็นเครื่องฉีดพลาสติก เครื่องขึ้นรูปต่างๆ และเครื่องจักรสำหรับการผลิตแบบ Subtractive Manufacturing รวมถึงเครื่องกัด (Milling Machine) ที่สามารถรองรับแผงตัวถังขนาดใหญ่ที่สุดได้

แน่นอนว่ารายการนี้จะไม่สมบูรณ์หากไม่มีเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) PD Merkenich ถือเป็นเวิร์กช็อปแห่งแรกในยุโรปที่ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติแบบสเตอริโอไลโธกราฟี (SLA) ตั้งแต่ปี 1994 และตั้งแต่นั้นมาก็ได้ขยายจำนวนเครื่องให้ครอบคลุมทั้งเครื่องพิมพ์ FDM, SLA, SLS สำหรับวัสดุโพลิเมอร์ รวมถึงเครื่องพิมพ์โลหะ 3 มิติด้วย

แม้ว่าโมเดลคอนเซ็ปต์แรกเริ่มยังคงปั้นขึ้นจากดินเหนียว แต่เมื่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์เข้าสู่ขั้นตอนถัดไป และแต่ละชิ้นงานมีรูปทรงใกล้เคียงกับของจริงมากขึ้น การทดสอบทั้ง “รูปทรง” และ “การใช้งานจริง” ด้วยวัสดุและกระบวนการที่ใกล้เคียงกับการผลิตจริงมากที่สุดก็ยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ

“การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (Additive Manufacturing) มีความสำคัญอย่างมากในกระบวนการพัฒนา เพราะมันเปิดโอกาสให้คุณสามารถผลิตชิ้นส่วนได้อย่างรวดเร็ว มีประสิทธิภาพ และลดต้นทุน อีกทั้งยังสามารถตอบสนองต่อความต้องการในระยะสั้นได้ทันที เมื่อมองไปที่การพัฒนาในทิศทางของยานยนต์ไฟฟ้า ระยะเวลาการพัฒนาก็สั้นลงเรื่อยๆ ซึ่งหมายความว่าเวลาที่มีสำหรับการพัฒนาและตรวจสอบชิ้นส่วนของรถยนต์นั้นน้อยลง ดังนั้นเทคโนโลยีนี้จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการพัฒนา มันช่วยให้คุณมีความได้เปรียบในการแข่งขันมากกว่าคู่แข่ง”  ซานโดร ปีรอดดี กล่าวว่า

เนื่องจากตารางการพัฒนาที่ถูกบีบให้สั้นลงเรื่อยๆ ศูนย์ Rapid Technology Center จึงมองหาเทคโนโลยีใหม่ๆ ในด้านการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอยู่เสมอ เพื่อช่วยให้พวกเขาสามารถเร่งกระบวนการผลิตและส่งมอบชิ้นส่วนได้รวดเร็วขึ้น

การพัฒนาต้นแบบงานออกแบบด้วยการพิมพ์สามมิติแบบ SLA

เครื่องพิมพ์สามมิติแบบ SLA ถูกใช้หลักๆ ในเวิร์กช็อปสำหรับการสร้างต้นแบบงานออกแบบที่ต้องการผิวงานที่สวยเรียบ และต้องผลิตอย่างรวดเร็วเพื่อรองรับการปรับแก้หลายรอบ PD Merkenich เริ่มต้นด้วยเครื่องพิมพ์ Formlabs รุ่น Form 2 แต่ไม่นานก็ขยายจำนวนเครื่องเป็นหลายยูนิต รวมถึงเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่ Form 3L ล่าสุด พวกเขายังเป็นหนึ่งในบริษัทกลุ่มแรกๆ ที่ได้ใช้งาน Form 4 เครื่องพิมพ์ MSLA รุ่นใหม่ล่าสุดของ Formlabs

ผู้เชี่ยวชาญด้าน Additive Manufacturing และด้านเครื่องมือของ Ford
บรูโน อัลเวส กล่าวว่า

“Form 4 เร็วมาก ผมคิดว่านี่เป็นเครื่องที่ดีที่สุดที่ผมเคยเห็นจนถึงตอนนี้ในแง่ของความเร็ว มันเป็นการอัปเกรดที่ยอดเยี่ยมมากเมื่อเทียบกับรุ่นก่อนๆ ใช้งานง่ายขึ้นมาก ทำให้ผู้ปฏิบัติงานในเวิร์กช็อปของเราสามารถเรียนรู้และใช้งานได้ง่ายขึ้น และยังได้ชิ้นงานคุณภาพดีอีกด้วย”

“เมื่อไม่กี่ปีก่อน การพิมพ์ชิ้นงานใช้เวลาเป็นวัน แต่ตอนนี้เราสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนได้ในเวลาเพียงไม่กี่นาที วิศวกรจึงไม่กลัวที่จะออกแบบใหม่หรือทำรอบแก้ไขเพิ่ม เพราะพวกเขารู้ว่าจะได้รับชิ้นงานอย่างรวดเร็ว”

ผู้ควบคุมงาน Rapid Technology Center, Ford
ซานโดร ปีรอดดี กล่าวว่า

“การทำงานกับ Form 4 นั้นเรียกได้ว่าเป็นตัวเปลี่ยนเกมอย่างแท้จริง ความเร็วของเครื่องพิมพ์จะเปลี่ยนกระบวนการทำงานของเรา เราสามารถส่งมอบชิ้นงานได้มากขึ้น ปริมาณงานที่ทำได้สูงขึ้น และมีความยืดหยุ่นมากขึ้นหากมีคำขอเร่งด่วน ตอนนี้เราสามารถทำงานลักษณะนั้นได้ด้วย Form 4 แล้ว”

ความเร็วในการพิมพ์ที่เพิ่มขึ้นนี้ทำให้ทีม RTC สามารถรองรับคำขอได้มากขึ้นภายในเวลาไม่ถึง 24 ชั่วโมง — แม้แต่คำขอที่มาจากสหราชอาณาจักร ซึ่งพวกเขาสามารถจัดส่งชิ้นงานได้อย่างรวดเร็วผ่านบริการส่งของข้ามคืน

สำหรับรถ Explorer รุ่นใหม่ ทีมงานได้ใช้การพิมพ์สามมิติแบบ SLA เพื่อยืนยันและตรวจสอบการออกแบบของชิ้นส่วนทั้งภายนอกและภายในหลายรายการ

ผู้เชี่ยวชาญด้าน Additive Manufacturing และด้านเครื่องมือของ Ford
บรูโน อัลเวส กล่าวว่า

“Form 3L ช่วยให้เราพิมพ์ชิ้นส่วนขนาดใหญ่ได้ เช่น ชิ้นส่วนตัวถังภายนอกรถ เราได้พิมพ์ฝาครอบกระจกมองข้างนี้เพื่อตรวจสอบการออกแบบ การพิมพ์สามมิติเหมาะมากสำหรับงานลักษณะนี้ เพราะรวดเร็วและได้คุณภาพดีมากเมื่อเทียบกับชิ้นงานผลิตจริงแบบจำนวนมาก” 

การทดสอบชิ้นส่วนเชิงกลด้วยการพิมพ์สามมิติแบบ SLS

เวิร์กช็อปยังมีชุดเครื่องพิมพ์ SLS 3 มิติขนาดใหญ่หลายเครื่องที่ใช้สำหรับการทดสอบชิ้นส่วนเชิงกล

“พวกเรามักพยายามทดสอบและตรวจสอบวัสดุที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัสดุที่ใช้ในการผลิตจำนวนมากที่สุด Fuse 1+ ใช้วัสดุ PA-12 (ไนลอน) ซึ่งมีความใกล้เคียงกับชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยการฉีดขึ้นรูปในสายการผลิตจริงมาก” อัลเวสกล่าว

แม้ว่าทีมงานจะมีเครื่องพิมพ์ SLS ขนาดใหญ่ในศูนย์ที่สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนตัวถังขนาดใหญ่ได้ แต่พวกเขามักเลือกใช้ Fuse 1+ 30W สำหรับงานที่มีขนาดพอดีกับพื้นที่พิมพ์ของเครื่อง

เวิร์กช็อปยังใช้เครื่องพิมพ์ SLS 3 มิติในการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องทดสอบสมบัติเชิงกล เช่น การออกแรง กระแทก หรือการรับน้ำหนัก ด้วยวัสดุ PA-12 ซึ่งมีความใกล้เคียงกับวัสดุฉีดขึ้นรูปจริง ทำให้สามารถประเมินต้นแบบที่เตรียมสู่การผลิตจริงได้ละเอียดและแม่นยำที่สุด

ผู้เชี่ยวชาญด้าน Additive Manufacturing และด้านเครื่องมือของ Ford
บรูโน อัลเวส กล่าวว่า

“Fuse 1+ เร็วกว่าเครื่องของคู่แข่งมาก และยังใช้งานง่ายสำหรับพนักงานของเรา สุดท้ายแล้ว สิ่งที่สำคัญที่สุดสำหรับเราคือการสามารถส่งมอบชิ้นงานได้รวดเร็วขึ้นอย่างง่ายดาย”

ทีมงานยังเป็นหนึ่งในผู้ทดสอบเบต้าสำหรับ Fuse Blast ซึ่งเป็นโซลูชันทำความสะอาดและขัดผิวแบบอัตโนมัติที่ช่วยให้กระบวนการ SLS สมบูรณ์และทำให้ขั้นตอนหลังการพิมพ์ง่ายขึ้น

“Fuse Blast ช่วยเร่งกระบวนการได้อย่างมาก เพราะตอนนี้ผู้ปฏิบัติงานไม่จำเป็นต้องทำความสะอาดชิ้นงานด้วยมือแล้ว แค่ใส่ชิ้นงานเข้าไปในเครื่องแล้วกดเริ่มทำงาน ก่อนหน้านี้ต้องทำด้วยมือทั้งหมด ซึ่งกินเวลามาก ดังนั้นตอนนี้ผู้ปฏิบัติงานสามารถไปทำงานอย่างอื่นได้ และกระบวนการทั้งหมดก็เร็วขึ้น” อัลเวสกล่าว

คุณสมบัติที่พิมพ์ได้โดยไม่ต้องใช้ซัพพอร์ตของเทคโนโลยี SLS ทำให้ง่ายต่อการผลิตชิ้นงานที่มีรูปทรงซับซ้อน สำหรับรถ Explorer รุ่นใหม่ ทีมงานใช้ Fuse 1+ 30W ผลิตชิ้นส่วนและชุดประกอบเชิงกลหลายรายการ

“สำหรับฝาครอบช่องชาร์จชิ้นนี้ เราจำเป็นต้องใช้ SLS เพราะต้องการชิ้นงานที่ใช้งานได้จริงเพื่อทดสอบกลไกต่างๆ งานชิ้นนี้มีดีไซน์ที่ซับซ้อนมาก ซึ่งเราไม่สามารถผลิตด้วยวิธีอื่นได้ ไม่สามารถกัดขึ้นรูป และไม่สามารถฉีดขึ้นรูปแค่ไม่กี่ชิ้นเพื่อทดสอบได้ ดังนั้นวิธีที่ดีที่สุดคือการพิมพ์ด้วยวัสดุที่สามารถนำไปทดสอบจริงได้” อัลเวสกล่าว

การฉีดพลาสติกขึ้นรูปภายในศูนย์ด้วยแผ่นแม่พิมพ์ที่พิมพ์สามมิติ

การมีเทคโนโลยีที่หลากหลายภายในศูนย์ช่วยให้ Rapid Technology Center สามารถสร้างกระบวนการทำงานแบบไฮบริดได้ เช่น การผสานกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมเข้ากับแม่พิมพ์ที่สร้างอย่างรวดเร็วด้วยการพิมพ์สามมิติ

ขึ้นอยู่กับรูปแบบการใช้งาน ทีมงานสามารถเลือกกระบวนการผลิตและวัสดุที่เหมาะสมที่สุด เพื่อให้ได้ต้นทุน ความเร็ว และประสิทธิภาพสูงสุด ตัวอย่างเช่น ในการทดสอบการชน ชิ้นส่วนต้องผลิตจากวัสดุและกระบวนการเดียวกับงานผลิตจริงแบบจำนวนมาก สำหรับชิ้นส่วนพลาสติก กระบวนการนี้มักเป็นการฉีดพลาสติกขึ้นรูป ซึ่งตามปกติจำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์โลหะที่มีราคาสูงและใช้เวลาผลิตนาน

ผู้เชี่ยวชาญด้าน Additive Manufacturing และด้านเครื่องมือของ Ford
บรูโน อัลเวส กล่าวว่า

“เรามองเห็นศักยภาพอย่างมากในการใช้แผ่นอินเสิร์ตที่พิมพ์สามมิติสำหรับการฉีดพลาสติกขึ้นรูป เพราะเราสามารถปรับดีไซน์ได้อย่างรวดเร็ว เราพิมพ์โพรงและแกนแม่พิมพ์ แล้วนำไปเปลี่ยนในชุดแม่พิมพ์เพื่อฉีดชิ้นงานได้ทันที” 

↑ทีมงานได้ผลิตแม่พิมพ์อินเสิร์ตสำหรับงานฉีดพลาสติกด้วยเรซิน Rigid 10K บนเครื่องพิมพ์ SLA

สำหรับงานเดียวกันนี้ พวกเขายังใช้ผง Nylon 12 บนเครื่องพิมพ์ SLS อีกด้วย↓

สำหรับรถ Explorer รุ่นใหม่ ทีมงานได้ผลิตชิ้นส่วนยางสำหรับชุดกลไกมือจับประตู โดยใช้แผ่นแม่พิมพ์อินเสิร์ตที่พิมพ์สามมิติร่วมกับเครื่องฉีดพลาสติกภายในศูนย์

“กระบวนการนี้ค่อนข้างซับซ้อน เพราะเราใช้แผ่นอินเสิร์ตหลายชิ้น และมีดีไซน์หลายรูปแบบที่ต้องผ่านการปรับแก้หลายรอบ โดยปกติแล้ว หากส่งงานฉีดขึ้นรูปไปให้ผู้รับจ้างภายนอกอาจใช้เวลา 2–3 เดือน แต่เมื่อเราทำภายในด้วยเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ เราสามารถเร่งเวลาได้เหลือเพียงประมาณ 2–3 สัปดาห์เท่านั้น สำหรับโปรเจกต์นี้ หากต้องใช้แม่พิมพ์จากภายนอก จะกินเวลามากกว่านี้มาก และเราอาจไม่สามารถส่งมอบชิ้นงานได้ทันเวลา” อัลเวสกล่าว

เร่งก้าวเข้าสู่ยุคยานยนต์ไฟฟ้า

ความมุ่งมั่นของ Ford ในการเปลี่ยนรถทั้งหมดเป็นพลังงานไฟฟ้าภายในปี 2030 ได้วางโรดแมปอันท้าทายให้กับศูนย์ PD Merkenich เพื่อให้บรรลุเป้าหมายตามกำหนด บริษัทจำเป็นต้องค้นหาเทคโนโลยีล้ำสมัยอย่างต่อเนื่อง และทดลองกระบวนการทำงานรูปแบบใหม่ๆ ที่เป็นนวัตกรรม การรักษาความสามารถในการแข่งขันต้องอาศัยการผลักดันขอบเขตเดิม และผสานวัสดุ กระบวนการ และเครื่องจักรใหม่ๆ เช่น การสร้างเครื่องมือภายในศูนย์และเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ

“คู่แข่งของเรากำลังเร่งกระบวนการพัฒนา เราก็ต้องเร่งเช่นกัน วิธีแก้คือการทดสอบวัสดุใหม่ กระบวนการใหม่ และเครื่องจักรใหม่ที่ออกสู่ตลาด ปัจจุบัน หากเราไม่มีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ เราจะไม่สามารถแข่งขันได้ และจะไม่สามารถทำงานได้เร็วขนาดนี้ การพิมพ์สามมิติช่วยให้เราสามารถสร้างผลิตภัณฑ์ที่ดีที่สุดสำหรับลูกค้าได้ในเวลาที่สั้นลงมาก” อัลเวสกล่าว

บทความอ้างอิง

https://formlabs.com/blog/ford-new-explorer-sla-sls-3d-printing/