Design for Manufacturing (DFM) หรือ Design for Manufacture and Assembly (DFM/A) คือชุดของแนวปฏิบัติในการออกแบบที่เฉพาะเจาะจงตามเทคโนโลยี มีเป้าหมายเพื่อลดต้นทุนและความซับซ้อนของชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ ทำให้สามารถผลิตได้ง่ายขึ้นและคุ้มค่ามากขึ้น พร้อมลดการแก้ไขที่มากเกินไปในภายหลัง

ยิ่งการออกแบบดำเนินไปไกลในกระบวนการพัฒนาผลิตภัณฑ์มากเท่าใด ค่าใช้จ่ายในการเปลี่ยนแปลงก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น ดังนั้นการแก้ไขปัญหาการออกแบบตั้งแต่ระยะแรกจึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง

เครื่องมือสมัยใหม่ที่เปลี่ยนแปลงกระบวนการ DFM

เครื่องมือของวิศวกรได้พัฒนาไปอย่างมากในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา เครื่องมือขั้นสูงอย่างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ช่วยเชื่อมช่องว่างระหว่างการออกแบบและการผลิต ปรับปรุงกระบวนการทำงาน และเร่งให้กระบวนการ DFM ง่ายและรวดเร็วยิ่งขึ้น

ทำไมต้อง Design for Manufacturing

DFM ช่วยลดต้นทุนและระยะเวลาในการนำสินค้าออกสู่ตลาด พร้อมปรับปรุงคุณภาพและความน่าเชื่อถืออย่างมีนัยสำคัญ การพิจารณาหลักการ DFM ควรถูกนำมาใช้เสมอเมื่อมีการพัฒนาชิ้นส่วนหรือผลิตภัณฑ์ใหม่

นอกจากนี้ การวิเคราะห์ชิ้นส่วนที่มีอยู่แล้วเพื่อยืนยันว่าได้รับการออกแบบและผลิตอย่างมีประสิทธิภาพ ก็สามารถให้ผลลัพธ์ที่ดีได้เช่นกัน

เมื่อออกแบบสำหรับกระบวนการผลิตหรือเทคโนโลยีเฉพาะ DFM คือการเปลี่ยนรูปทรง กลไก และข้อกำหนดของฟีเจอร์ต่าง ๆ ให้กลายเป็นสิ่งที่สามารถผลิตและประกอบได้จริงโดยใช้เครื่องจักรอุตสาหกรรม

ในระดับที่ลึกยิ่งขึ้น DFM/A ไม่ได้มีเป้าหมายเพียงแค่ทำให้ชิ้นส่วนสามารถผลิตได้เท่านั้น แต่ยังต้องมั่นใจว่าสามารถผลิตได้อย่างสม่ำเสมอตามข้อกำหนดเดิมของวิศวกร โดยมีต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำ ต้นทุนต่อชิ้นต่ำ ความเร็วในการผลิตสูง และมีอัตราของเสียที่น้อยมาก

ในทางปฏิบัติ กระบวนการ DFM มักเป็นเหมือนการประนีประนอมระหว่างเจตนาของการออกแบบ และข้อจำกัดหรือความเป็นจริงของการผลิตในปริมาณมากให้มีความคุ้มค่าทางต้นทุน

กฎและหลักการ DFM ทั่วไป

ปัจจัย 5 ข้อต่อไปนี้ควรถูกนำมาพิจารณาในกระบวนการออกแบบ:

Process (กระบวนการผลิต): เลือกกระบวนการผลิตที่เหมาะสม เนื่องจากจะเป็นตัวกำหนดทิศทางของการออกแบบ
Design (การออกแบบ): ปฏิบัติตามแนวทางการออกแบบของกระบวนการผลิตหลักที่เลือกใช้
Material (วัสดุ): ออกแบบผลิตภัณฑ์ให้สอดคล้องกับวัสดุที่เลือก เนื่องจากวัสดุแต่ละชนิดมีข้อกำหนดในการผลิตที่แตกต่างกัน
Testing (การทดสอบ): ออกแบบชิ้นส่วนให้สามารถตรวจสอบและทดสอบได้ง่าย

แม้ว่า DFM จะขึ้นอยู่กับกระบวนการผลิตเป็นอย่างมาก แต่กฎและแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดต่อไปนี้ยังคงใช้ได้เสมอ ไม่ว่าชิ้นส่วนหรือเทคโนโลยีจะเป็นประเภทใด:

ลดจำนวนชิ้นส่วน (Minimize part count)

การใช้ชิ้นส่วนน้อยลงช่วยลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพตั้งแต่การผลิตไปจนถึงโลจิสติกส์ การลดจำนวนชิ้นส่วนโดยรวมจะช่วยลดความยากในการประกอบ ทำให้การตรวจสอบและทดสอบง่ายขึ้น และลดต้นทุนแม่พิมพ์เริ่มต้น ควรรวมชิ้นส่วนที่ต้องประกอบเข้าด้วยกันให้เป็นชิ้นเดียวเมื่อเป็นไปได้

ใช้ชิ้นส่วนมาตรฐาน (Use standard components)

ลดจำนวนชิ้นส่วนที่ต้องผลิตขึ้นเอง และแทนที่ด้วยชิ้นส่วนมาตรฐานที่มีจำหน่ายทั่วไป เพื่อช่วยลดต้นทุน BOM (Bill of Materials) ลดระยะเวลาในการจัดหา และทำให้การจัดซื้อจัดหาง่ายขึ้น

ออกแบบชิ้นส่วนให้มีหลายหน้าที่ (Design multi-functional parts)

ชิ้นส่วนหนึ่งชิ้นสามารถทำหน้าที่ได้หลายอย่าง เช่น เป็นทั้งโครงสร้างและช่วยระบายความร้อน หรือช่วยในฟังก์ชันรอง เช่น การจัดแนว การยึดจับ หรือการประกอบ

ออกแบบให้ใช้ร่วมกันได้ในหลายผลิตภัณฑ์ (Design parts for use across product lines)

ชิ้นส่วนบางอย่างสามารถใช้งานร่วมกันในหลายผลิตภัณฑ์ได้ ไม่ว่าจะมีหน้าที่เหมือนหรือแตกต่างกัน หากบริษัทมีผลิตภัณฑ์หลายประเภทที่เกี่ยวข้อง ควรใช้ชิ้นส่วนที่มีอยู่แล้วเพื่อลดความจำเป็นในการผลิตชิ้นส่วนใหม่

กำหนดระดับความพอดีและผิวงานที่เหมาะสม (Determine acceptable fit and finish range)

กระบวนการขั้นสุดท้าย เช่น การพ่นสี ขัดผิว กลึง หรือการควบคุมค่าความเผื่อที่แคบมาก จะเพิ่มต้นทุนการผลิต และอาจไม่จำเป็นขึ้นอยู่กับการใช้งานจริง ควรกำหนดว่ามิติใดสำคัญจริง และผ่อนปรนในมิติที่ไม่สำคัญ เพื่อควบคุมต้นทุนการผลิตและการตรวจสอบคุณภาพ

เอื้อต่อการหยิบจับและประกอบ (Facilitate handling)

ชิ้นส่วนควรถูกออกแบบให้สามารถประกอบได้จากทิศทางเดียว โดยควรเป็นจากด้านบนในแนวดิ่งเพื่อใช้แรงโน้มถ่วงให้เป็นประโยชน์ ออกแบบให้ชิ้นส่วนมีความสมมาตร เพื่อให้ไม่สามารถใส่ผิดด้านได้ หรือไม่ต้องใช้เซนเซอร์/กลไกพิเศษในการจัดทิศทาง หากไม่สามารถทำให้สมมาตรได้ ควรออกแบบให้ไม่สมมาตรอย่างชัดเจน และมีฟีเจอร์ช่วยนำทางเพื่อลดความผิดพลาด

ออกแบบเพื่อการยึดจับ (Design for fixturing)

พิจารณากระบวนการผลิตเพื่อออกแบบชิ้นส่วนให้สามารถยึดจับได้ง่าย ชิ้นส่วนที่ออกแบบสำหรับการประกอบอัตโนมัติควรมีฟีเจอร์สำหรับกำหนดตำแหน่ง (registration features) เนื่องจากเครื่องจักรและอุปกรณ์อัตโนมัติต้องสามารถจับหรือยึดชิ้นงานในตำแหน่งที่แน่นอนได้

ออกแบบให้ง่ายต่อการจัดแนว (Design for the ease of alignment)

ความคลาดเคลื่อนของขนาดและความแม่นยำของชิ้นส่วนอาจทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการประกอบ และอาจทำให้ชิ้นส่วนหรือเครื่องจักรเสียหายได้ ควรออกแบบฟีเจอร์ที่ช่วยให้จัดแนวได้ง่าย เช่น มุมลาด (taper) ลบมุม (chamfer) และรัศมีโค้งที่เหมาะสม

ข้อพิจารณา DFM ที่ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีการผลิต

การตัดสินใจเลือกแนวทางการออกแบบและการแลกเปลี่ยน (trade-offs) ที่เหมาะสม ขึ้นอยู่กับขนาดการผลิต (scale) งบประมาณ และความสำคัญของการรักษาเจตนาการออกแบบ (design intent)

CNC Machining

แม้ว่า CNC machining จะเป็นกระบวนการที่ยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตต้นแบบหรือการผลิตในปริมาณน้อย (น้อยกว่า 1000 ชิ้น) ที่มีมาร์จิ้นสูง แต่ไม่เหมาะสำหรับสินค้าผู้บริโภคที่ผลิตในปริมาณมาก เนื่องจากมีต้นทุนสูง การหากระบวนการทางเลือกในการผลิตชิ้นส่วนโลหะ เช่น การหล่อโลหะ (metal casting) หรือการขึ้นรูป (forming) สามารถช่วยลดต้นทุนได้ แต่จะต้องมีการออกแบบชิ้นส่วนใหม่

Injection Molding

โดยทั่วไปแล้ว นักออกแบบควรแทนที่ fasteners (เช่น สกรู) ในชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย injection molding ด้วย tabs หรือ snap fits หากเป็นไปได้ เนื่องจาก fasteners ต้องใช้กระบวนการหยิบจับและป้อนชิ้นส่วน ซึ่งเพิ่มเวลาและต้นทุนการผลิต

อย่างไรก็ตาม หากผลิตในปริมาณน้อย การใช้ fasteners อาจมีต้นทุนรวมต่ำกว่า เพราะการเพิ่มกลไกในแม่พิมพ์ เช่น cams และ slides เพื่อสร้าง snap fit จะทำให้ต้นทุนแม่พิมพ์สูงขึ้น

ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย injection molding มักจะมีรอยบนบางตำแหน่งจาก ejector pins ที่ใช้ดันชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ แม้ว่าส่วนใหญ่สามารถซ่อนรอยเหล่านี้ได้ แต่ทีมพัฒนาผลิตภัณฑ์ต้องตัดสินใจว่าคุ้มค่าหรือไม่กับต้นทุนที่เพิ่มขึ้น หรือจะยอมรับรอยเหล่านี้ในส่วนที่อยู่ด้านในหรือมองไม่เห็นของชิ้นงาน

สรุป

กระบวนการผลิตแต่ละประเภทมีข้อจำกัดของตัวเอง รวมถึงแนวปฏิบัติที่ดี (best practices) และเทคนิคเฉพาะที่ช่วยให้สามารถใช้ประโยชน์จากชิ้นส่วนได้สูงสุดด้วยต้นทุนที่ต่ำที่สุด ดังนั้นควรศึกษากฎและแนวทาง DFM ที่เฉพาะเจาะจงตามกระบวนการผลิต และปรึกษาผู้ผลิต (contract manufacturers) เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุด

เร่งและทำให้ DFM ง่ายขึ้นด้วย 3D Printing

การพิมพ์ 3 มิติ (3D printing) กำลังเข้ามามีบทบาทในอุตสาหกรรมการผลิตมากขึ้นอย่างต่อเนื่อง อุปกรณ์ช่วยผลิตแบบกำหนดเอง เช่น จิ๊ก (jigs) ฟิกซ์เจอร์ (fixtures) และเครื่องมืออื่น ๆ ที่พิมพ์ด้วย 3 มิติ ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในสายการผลิต

การผลิตในปริมาณน้อยถึงปานกลางก็เริ่มเป็นไปได้ผ่านระบบเครื่องพิมพ์แบบอัตโนมัติ (automated printer cells) เมื่อเครื่องจักรระดับมืออาชีพมีราคาที่เข้าถึงได้มากขึ้น บริษัทต่าง ๆ สามารถเข้าถึงประโยชน์ของเทคโนโลยีนี้ได้มากขึ้น

ในหลายกรณี 3D printing ยังถูกใช้เพื่อเสริมกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิม เช่น การสร้างชิ้นงานสำหรับหล่อ (castable parts) แม่พิมพ์สำหรับการผลิตปริมาณน้อย (low-volume molds) หรือเครื่องมือเฉพาะทางสำหรับการผลิต (custom tooling)

การพัฒนาผลิตภัณฑ์ (Product Development)

การประเมินการตัดสินใจด้านการออกแบบโดยใช้เพียงโมเดล CAD เพียงอย่างเดียวอาจเป็นเรื่องยาก นักออกแบบบางครั้งลังเลที่จะทดลองสร้างต้นแบบ (prototype) เนื่องจากการผลิตชิ้นส่วนหรือชุดประกอบเพียงหนึ่งชิ้นด้วยวัสดุและกระบวนการแบบดั้งเดิมนั้นมีทั้งต้นทุนสูงและใช้เวลานาน

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติช่วยให้การสร้างต้นแบบง่ายขึ้น นักออกแบบสามารถได้ชิ้นงานที่มีความสมจริงสูง (high-fidelity) และใช้งานได้จริงภายในไม่กี่ชั่วโมง โดยมีต้นทุนเพียงเศษเสี้ยวเมื่อเทียบกับการสร้างต้นแบบแบบดั้งเดิม

ชิ้นส่วนตัวแทน (Surrogate Parts)

ชิ้นส่วนตัวแทน (Surrogate parts) คือชิ้นส่วนที่ใช้แทนชั่วคราว เพื่อประเมินฟังก์ชันการทำงานเฉพาะด้านของการออกแบบ และปรับจูนกระบวนการผลิตขั้นสุดท้ายก่อนการผลิตจำนวนมาก ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงในการค้นพบปัญหาล่าช้าว่าชิ้นส่วนหรือกระบวนการไม่สามารถใช้งานได้ตามที่ตั้งใจ

ชิ้นส่วนตัวแทนที่พิมพ์ด้วย 3 มิติ สามารถใช้แทนชิ้นส่วนที่มีราคาสูง หรือชิ้นส่วนที่ยังไม่สามารถจัดหาได้ ช่วยประหยัดเวลาในการผลิตได้เป็นสัปดาห์หรือเป็นเดือน

ปัจจัยที่สามารถประเมินได้ด้วยชิ้นส่วนตัวแทน ได้แก่:

• Production (การผลิต): คุณภาพของชิ้นส่วนที่ได้จากกระบวนการผลิต โดยเฉพาะกระบวนการที่ซับซ้อน เช่น injection molding หรือ overmolding
• Assembly (การประกอบ): การทำงานร่วมกันของชิ้นส่วนกับองค์ประกอบอื่น ๆ
• Serviceability (การซ่อมบำรุง): ความสะดวกในการบำรุงรักษาชิ้นส่วนหรือชุดประกอบ
• Installation (การติดตั้ง): ความง่ายในการติดตั้งชิ้นส่วน

แม่พิมพ์ฉีดสำหรับปริมาณน้อย (Low-Volume Injection Molds)

วัสดุบางประเภทในกระบวนการ SLA ที่มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูง สามารถนำมาใช้ผลิตแม่พิมพ์ฉีดสำหรับการผลิตปริมาณน้อยได้ โดยแม่พิมพ์เหล่านี้สามารถใช้เพื่อ:

• ทดสอบการออกแบบในมุมมองของ DFM
• ทดสอบการตั้งค่าของแม่พิมพ์ (mold tooling configurations)
• ทดลองใช้วัสดุ
• ผลิตในปริมาณน้อย

นักออกแบบสามารถพิมพ์แม่พิมพ์หลายเวอร์ชันเพื่อทดลองได้ โดยใช้ต้นทุนและเวลาน้อยกว่าการผลิตแม่พิมพ์ด้วยการกลึงหรือวิธีดั้งเดิมอย่างมาก

การผลิตแบบกำหนดเอง (Custom Manufacturing)

เมื่อพูดถึงการผลิตชิ้นส่วนแบบกำหนดเองในปริมาณจำกัด กระบวนการแบบดั้งเดิม เช่น injection molding มักไม่คุ้มค่า เนื่องจากมีต้นทุนแม่พิมพ์ (tooling) ที่สูง

ด้วยอิสระในการออกแบบ (design freedom) และคุณสมบัติของวัสดุรวมถึงประสิทธิภาพที่พัฒนาอย่างรวดเร็ว การพิมพ์ 3 มิติ (3D printing) จึงถูกนำมาใช้มากขึ้นในการผลิตชิ้นส่วนจริงแบบกำหนดเอง โดยมีข้อจำกัดด้านการผลิตน้อยกว่าวิธีการผลิตแบบดั้งเดิม

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

แหล่งอ้างอิง

https://formlabs.com/blog/design-for-manufacturing-with-3d-printing/