การหล่อชิ้นงานอลูมิเนียมด้วยวิธีการหล่อสูญกรดพอลิแลคติก (PLA)
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
นันท์นภัส ศุภเศรณี, ภูริภัทร จารุพิสิฐไพบูลย์, ปัณณวัฒน์ ศิลป์ประเสริฐ
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
สารัมภ์ บุญมี
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
ในปัจจุบันการผลิตชิ้นงานโลหะสามารถทำได้โดยการหล่อขึ้นรูป ซึ่งเป็นกระบวนการที่มีต้นทุนที่ต่ำและง่ายที่สุดที่ให้ได้รูปร่างของโลหะตามต้องการ เพราะการหล่อขึ้นรูปนั้นสามารถผลิตชิ้นงานได้ใกล้เคียงกับรูปร่างตามต้องโดยการเทน้ำโลหะเข้าไปในช่องว่างที่มีรูปร่างตามที่เราต้องการ
ในการสร้างช่องว่างในงานหล่อให้มีรูปร่างตามที่เราต้องการนั้นสามารถทำได้หลายวิธี ซึ่งมีวิธีหนึ่งใช้แม่พิมพ์ที่สามารถทำให้สูญหายโดยการให้ความร้อนทำให้เกิดช่องว่างในแบบเป็นไปตามแม่พิมพ์ซึ่งเป็นรูปร่างที่เราต้องการโดยวิธีนี้เรียกว่า Investment Casting ซึ่งวัสดุที่นิยมนำมาใช้เป็นแม่พิมพ์ที่สามารถเผาไล่ได้มีอยู่ 2 ชนิดคือ โฟม (Lost Foam) และ ขี้ผึ้ง (Lost Wax) โดยขี้ผึ้งนั้นจะนิยมนำมาใช้ผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างซับซ้อนกว่าโฟม เนื่องจากการขึ้นรูปโฟมให้เป็นรูปร่างที่ซับซ้อนนั้นมีวิธีการหลายขึ้นตอนมากกว่าขี้ผึ้ง
จากการศึกษาการขึ้นรูป 3 มิติพบว่า การขึ้นรูปชนิดนี้สามารถใช้วัสดุที่สามารถเผาไล่ได้คลายกับขี้ผึ้งคือ Polylactic acid (PLA) ใช้วิธีการขึ้นรูป 3 มิติแบบ Fused Deposition Modeling (FDM) ซึ่งเป็นวิธีที่มีต้นทุนของวัสดุพิมพ์ต่ำและสามารถขึ้นรูปแม่พิมพ์ตามรูปร่างที่ต้องการได้ ทางผู้วิจัยจึงสนใจนำวิธีนี้มาทำการทดลองผลิตชิ้นงานโลหะ ในกระบวนการ Investment casting แทนการใช้ขี้ผึ้ง โดยใช้ Lost PLA แทน ซึ่งกระบวนการเหมือนกับการ Lost Wax ทุกประการ แต่จะแตกต่างจาก Lost Wax คือทางผู้วิจัยจะใช้วิธีการขึ้นรูปแบบ FDM โดยใช้วัสดุเป็น PLA แทน
กระบวนการ Lost PLA Investment Casting นั้นต้องมีการขึ้นรูป 3 ขั้นตอนคือ 1 การเขียนแบบชิ้นงาน (Drawing) 2 การขึ้นรูปชิ้นงาน (3D Printing) และ 3 การหล่อขึ้นรูปชิ้นงาน ( Casting ) ซึ่งในขั้นตอนที่ 2 และ 3 นั้นอาจเกิดความคลาดเคลื่อนของขนาดชิ้นงานซึ่งเกิดจากธรรมชาติของการขึ้นรูปได้ ดังนั้นหากต้องการชิ้นงานที่มีขนาดมีความคลาดเคลื่อนต่ำเหลือไม่มีความคลาดเคลื่อนเลย เช่น ชิ้นส่วนข้อต่อต่าง ๆ ทั้งในเครื่องมือวัด หรือในร่างการมนุษย์ เราจำเป็นต้องรู้ค่าเผื่อขนาดในการออกแบบชื้นงาน (Allowance) โดยมีวิธีการคือ วาดภาพ 3 มิติและกำหนดขนาดของภาพนั้นให้ชัดเจน (Drawing) จากนั้นเปลี่ยนจาก Drawing เป็น PLA model โดยใช้วิธีการขึ้นรูปแบบ FDM (3D Printing) จากนั้นวัดขนาดของ PLA model ก่อนนำมาเข้ากระบวนการ Investment Casting เพื่อเปลี่ยนจาก PLA model เป็น Aluminum model (Casting) จากนั้นวัดขนาดของ Aluminum model และนำขนาดของทั้ง 3 ขั้นตอนมาเปรียบเทียบกันเพื่อหาค่าความแตกต่างของขนาดในแต่ละขั้นตอน จากข้อมูลนี้ทำให้สามารถเผื่อขนาดในขั้นตอน Drawing แล้วให้ได้ขนาดของชิ้นงาน Casting ได้ ดังนั้นผู้วิจัยจึงจำเป็นต้องวิจัยหาค่า Allowance นี้เพื่อให้สามารถออกแบบชิ้นงานให้ได้รูปร่างและขนาดตามต้องการ