บริษัทเครื่องจักรกล CNC ชั้นนำในไทย เอช เอส เอ็ม แมชชีนเนอรี่ (HSM Machinery Co., Ltd.) เผยว่า ในปัจจุบันงานแม่พิมพ์และชิ้นงานที่มีความละเอียดสูงระดับไมครอนมีความต้องการเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่องในหลายอุตสาหกรรม จึงเป็นโอกาสทองของผู้ผลิตชิ้นส่วนที่มีความสามารถในการผลิตชิ้นงานเหล่านี้

ซึ่งต้องใช้ทั้งเครื่องจักรที่มีเทคโนโลยีขั้นสูง รวมถึงบุคลากรที่มีความรู้และทักษะ ดังนั้น หากสนับสนุนให้ผู้ผลิตไทยมีความสามารถในการผลิตชิ้นงานระดับไมครอน ก็จะเป็นการพัฒนาศักยภาพให้แก่อุตสาหกรรมการผลิตของไทยก้าวสู่เวทีอื่นนอกยานยนต์ได้ 

งานแม่พิมพ์และชิ้นงานที่มีความละเอียดระดับไมครอน นั้นเกี่ยวพันอยู่ในหลายอุตสาหกรรม เช่น แม่พิมพ์ในอุตสาหกรรมไอที แม่พิมพ์ไฟ LED แม่พิมพ์พลาสติกความละเอียดสูง แม่พิมพ์บรรจุภัณฑ์อาหารกระป๋อง แม่พิมพ์โปรเกรสซีพดาย ชิ้นส่วนทางการแพทย์ ฯลฯ 

บทความนี้จะพาสำรวจความเป็นไปได้ และนำสู่การผลิตชิ้นงานระดับไมครอนจากเครื่อง NSV 106AMS ซึ่งเป็นเครื่องจักรรุ่นพิเศษที่ YCM แบรนด์ชั้นนำจากไต้หวัน (Made in Taiwan) เป็นผู้ออกแบบและผลิต เพื่อการกัดงานแม่พิมพ์ละเอียดโดยเฉพาะ

ไมครอน (Micron) คืออะไร

ไมครอน หรือ ไมครอนเมตร คือ หน่วยวัดความยาวซึ่งมีค่าเท่ากับ 1×10−6 เมตร หรือ 0.001 มิลลิเมตร ลองเปรียบเทียบขนาดไมครอนกับเส้นผมของคนซึ่งมีขนาดประมาณ 50-70 ไมครอน จะเห็นว่ามีขนาดเล็กมาก ๆ

ภาพแสดงการเปรียบเทียบขนาดไมครอนกับเส้นผมของคน

การผลิตชิ้นงานระดับไมครอน

การผลิตชิ้นงานความละเอียดระดับไมครอน ยังเป็นเรื่องใหม่สำหรับผู้ประกอบการคนไทย โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเข้าใจเรื่องการกำหนดสภาพแวดล้อม คุณลักษณะเครื่องจักรที่จะนำมาใช้ให้เหมาะสมกับความต้องการ คัทติ้งทูล รวมถึงการเลือกใช้อุปกรณ์จับทูลและจับยึดชิ้นงาน  หลายท่านยังคิดว่าซื้อเครื่องจักรความละเอียดสูงก็สามารถทำงานละเอียดได้แล้ว

ระบบพื้นที่มั่นคงและห้องควบคุมอุณหภูมิ

เนื่องจากเครื่องจักรที่มีความละเอียดสูงและมักจะมีน้ำหนักมากเพื่อความเสถียรในขณะกัดชิ้นงาน ดังนั้นพื้นที่ในการติดตั้งเครื่องจักรจึงต้องมีความสามารถในการรับน้ำหนักที่ดี และปราศจากแรงสั่นสะเทือนจากรอบข้าง 

ในขณะที่เครื่องจักรถูกสร้างด้วยเหล็ก ซึ่งเหล็กก็มีการยืดและหดตัวอันเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ ทุก ๆ อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป 1 องศา เหล็กจะมีการยืดหดตัวมากกว่า 10 ไมครอนต่อความยาว 1 เมตร เพราะฉะนั้น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิห้องจะสร้างผลกระทบต่อความละเอียดของการกัดชิ้นงาน ห้องปรับอากาศและเครื่องปรับอากาศโดยทั่วไปถูกออกแบบมาเพื่อสร้างความสบายต่อมนุษย์ ซึ่งโดยปกติลมเย็น (Cool Air) ที่ปล่อยออกมา อาจมีความแตกต่างจากลมที่ดูดกลับ (Return Air) ได้ถึง 4 องศา ซึ่งอาจทำให้ Spindle ของเครื่องจักรมีการยืดหดได้ถึง 30 ไมครอน ทำให้การควบคุมค่าความละเอียดเป็นไปได้ยาก ห้องที่จะทำให้สามารถกัดงานละเอียดระดับไมครอนได้นั้น จะต้องมีค่าความแตกต่างของอุณหภูมิรอบตัวเครื่องจักร +/- 0.5 องศาเท่านั้น

เครื่องจักรสำหรับงานละเอียดระดับไมครอน

เมื่อกล่าวถึงเครื่องจักรสำหรับงานละเอียดระดับไมครอน ผู้ประกอบการคงนึกถึงเครื่องจักรกลจากสวิตเซอร์แลนด์ เยอรมันี และญี่ปุ่น ซึ่งขึ้นชื่อเรื่องเทคโนโลยีสูงประสิทธิภาพสูงเป็นอันดับแรก แต่ในความเป็นจริงแล้ว ไต้หวันซึ่งเป็นผู้ส่งออกเครื่องจักรอันดับ 4 ของโลก สามารถผลิตเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูง โดยเฉพาะผู้ผลิตชั้นนำของไต้หวันอย่าง YCM ซึ่งมีประสบการณ์การผลิตเครื่องจักรมายาวนานว่า 60 ปี มีความสามารถในการสร้างเครื่องจักรความละเอียดสูงได้ทัดเทียมกับหลาย ๆ ผู้ผลิตในยุโรปและญี่ปุ่น พร้อมทั้งได้ส่งออกเครื่องจักรไปขายทั่วโลก ทั้งใน ยุโรป สหรัฐอเมริกา รวมทั้งญี่ปุ่นด้วย 

Mr. Rick Chen ประธานบริษัท Yeong Chin Machinery Industries Co., Ltd. ผู้ผลิตเครื่องจักรแถวหน้าจากประเทศไต้หวัน ภายใต้แบรนด์ “YCM” ได้ให้สัมภาษณ์ในเรื่องดังกล่าวได้อย่างน่าสนใจว่า 

“ความแม่นยำระดับไมครอนไม่ใช่เรื่องยากเกินไป แต่กุญแจสำคัญอยู่ที่การรักษาความแม่นยำนั้นไว้ ไม่ให้คลาดเคลื่อน”

นอกจากเครื่องจักรซึ่งส่งผลต่อความแม่นยำในการทำงานแล้ว ยังมีปัจจัยอื่นอีกด้วย เช่น สภาพแวดล้อมในการทำงาน และทูลส์ (Tools) ที่ใช้ เป็นต้น พร้อมย้ำว่า “ผมเองก็ตอบไม่ได้ว่ามีเครื่องจักรกลจากกี่บริษัทที่แม่นยำระดับไมครอน แต่ผมมั่นใจว่าหากเป็นเครื่องจักรสำหรับการผลิตแม่พิมพ์แล้ว จะมีเพียงไม่กี่รายเท่านั้น”

Stability = Accuracy

Mr. Rick Chen ชี้ชัดว่า สิ่งที่สำคัญที่สุดที่ทำให้เครื่องจักรกลสามารถทำงานอย่างแม่นยำได้ คือความเสถียรของตัวเครื่อง หากเครื่องไม่มั่นคงแล้ว ก็ย่อมจะไม่สามารถทำงานให้แม่นยำตามต้องการได้ ด้วยข้อเท็จจริงนี้ YCM จึงออกแบบเครื่องจักรกลให้มีความเสถียรและมั่นคง เป็นอันดับต้น

ฐานเครื่อง

YCM ออกแบบ หล่อและผลิตฐานเครื่องจักรด้วยตนเอง ฐานเครื่องจะถูกปล่อยตากแดดตากฝนกลางแจ้ง เป็นเวลาแรมเดือน เพื่อให้ชิ้นส่วนคงตัวก่อนนำมาแปรรูป จึงทำให้เครื่องจักร YCM มีอายุการใช้งานยาวนาน เมื่อเวลาผ่านไปเครื่องจักรของ YCM ยังคงความเสถียรสามารถผลิตชิ้นงานแม่นยำยาวนานกว่า

สปินเดิล (Spindle)

อีกหนึ่งปัจจัยสำคัญ คือ สปินเดิลซึ่งถือเป็นหัวใจเป็นชิ้นส่วนสำคัญของเครื่องจักร อันส่งผลต่อความแม่นยำเป็นอย่างมาก เมื่อสปินเดิลหมุนด้วยความเร็วสูง ความร้อนจากการทำงาน สามารถทำให้สปินเดิลเกิดการขยายตัวและเกิดความคลาดเคลื่อนได้  YCM ใช้เซรามิคแบริ่ง (Ceramic bearing) ในสปินเดิลซึ่งเป็นส่วนประกอบของเครื่อง ทำให้ Run-Out ต่ำ และไม่ขยายตัวเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น พร้อมทั้งมีระบบหล่อเย็นเพื่อรักษาอุณหภูมิของสปินเดิลเอาไว้ รวมถึงส่วนประกอบอื่น ๆ ของเครื่องจักร ซึ่งล้วนแล้วแต่ถูกออกแบบและสร้างให้มีความเสถียร และลดการสั่นสะเทือนทั้งสิ้น

YCM อาศัยประสบการณ์ที่สะสมมาอย่างยาวนาน และผลตอบรับจากลูกค้า มาเป็นข้อมูลประกอบ เพื่อพัฒนาสปินเดิลของตนเองอย่างต่อเนื่อง และเป็นจุดสำคัญที่ YCM ต่างจากผู้ผลิตไต้หวันส่วนใหญ่ ที่เลือกซื้อสปินเดิลแทนการผลิตขึ้นเอง

“สำหรับ YCM เราได้วางกลุ่มเป้าหมายอย่างชัดเจน โดยโฟกัสตลาดกลุ่มที่มีความต้องการเครื่องจักรที่มีความแม่นยำสูง สำหรับอุตสาหกรรมยานยนต์ แม่พิมพ์ และเครื่องมือแพทย์  เราจึงมุ่งสู่เป้าหมายด้วยการออกแบบและผลิตเครื่องจักรตามโจทย์ของความต้องการใช้งาน โดยใช้ชิ้นส่วนฐานเครื่อง และพัฒนาเทคโนโลยีสปินเดิลเป็นของตัวเอง ทำให้เราเชื่อมั่นว่า เครื่อง YCM สามารถทำงานละเอียดระดับไมครอนได้”

YCM Vertical Machining Center NSV Series - NSV 106AMS

“NSV 106AMS” Vertical Machining Center

เครื่องจักรรุ่นพิเศษที่ YCM ออกแบบและผลิต เพื่อการกัดงานแม่พิมพ์ละเอียด โดยเครื่องรุ่นนี้ มีฐานเครื่องกว้างกว่าเครื่องในรุ่นเดียวกันถึง 30% และมีน้ำหนักมากกว่าถึง 10% ใช้ Controller ที่มีความเร็วในการประมวลผล 1 ms ต่อคำสั่ง (Block Processing Time = 1ms) พร้อมทั้งการอ่านคำสั่งล่วงหน้า 400 คำสั่ง (400 Blocks Look Ahead) ความเร็วรอบสปินเดิล 15,000 รอบต่อนาที (option) เมื่อใส่ Linear Scale feed back เข้าไปจึงสามารถทำให้เครื่องนี้พร้อมที่จะทำงานในระดับไมครอนได้ 

ทดสอบเครื่อง NSV 106AMS

เพื่อความมั่นใจว่าเครื่องนี้พร้อมทำงานในระดับไมครอนได้ ทางคุณสิรเศรษฐ์ เทียนใหม่ Senior Sales Manager บริษัท เอช เอส เอ็ม แมชชีนเนอรี่ จำกัด ตัวแทนจำหน่าย YCM ในประเทศไทย จึงได้ทำการทดสอบเครื่องรุ่นนี้ที่ Technical Center ของบริษัท 

Mr. Siraset Tainmai, Senior Sales Manager - HSM Machinery Co., Ltd.

โดยทดลองกัดชิ้นงานที่ให้ชื่อว่า “Micron You Can Count” ด้วยการกัดตัวอักษร YCM บนวัตถุดิบ NAK80 ซึ่งเป็นเหล็กทำแม่พิมพ์พลาสติกชั้นสูง มีค่าความแข็งอยู่ที่ 40 HRC กำหนดความสูงของตัวอักษรแต่ละตัวให้สูงต่างกัน 2 ไมครอนตามลำดับ คือ ตัวอักษร Y สูง 2 ไมครอน, ตัวอักษร C สูง 4 ไมครอน, และตัวอักษร M สูง 6 ไมครอน   

ด้วยโจทย์ที่ยากเช่นนี้ การกัดชิ้นงานจึงต้องมีการเตรียมการอย่างดีตั้งแต่ก่อนเริ่มกัดงานจริง กล่าวคือ

1. Spindle warm up ด้วยความเร็วรอบที่ใช้กัดงานจริง 8,000 rpm เป็นเวลา 30 นาที 
2. Tool measuring วัดขนาด Tool ทั้งความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลาง (Diameter)
3. Workpiece measuring วัดขนาดชิ้นงานด้วย Touch probe
4. ติดตั้ง Oil-mist cutting system เพื่อช่วยการไหลของเศษจากการตัด

ในระหว่างการกัดงานจริง ก็สำคัญไม่แพ้กัน โดยเฉพาะเรื่องการควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ตลอดการกัดงาน รวมถึงปัจจัยอื่น ๆ เช่น ตรวจสอบระดับน้ำมันของ Oil-mist cutting system ไม่ให้พร่อง เป็นต้น 

ผลปรากฎว่า สามารถควบคุมโดยมีความผิดพลาดอยู่ไม่เกิน 0.5 ไมครอน โดยสังเกตได้จากชิ้นงาน “Micron You Can Count” ว่า Y มีความชัดเจนน้อยกว่า C และ C มีความชัดเจนน้อยกว่า M