ย้อนกลับไปเมื่อครั้งที่การตัดโลหะเริ่มมีบทบาทอย่างจริงจังครั้งแรก ทุกอย่างขึ้นอยู่กับเครื่องกลึงแบบแมนนวลที่ผู้เชี่ยวชาญซึ่งใช้เวลาหลายปีในการฝึกฝนทักษะของตนเป็นผู้ควบคุม การดำเนินการทั้งหมดต้องใช้แรงงานคนอย่างมาก และพูดได้ว่าค่อนข้าง prone ต่อข้อผิดพลาด เนื่องจากทุกสิ่งขึ้นอยู่กับทักษะของมนุษย์โดยตรง สิ่งต่างๆ เปลี่ยนไปอย่างมากในช่วงทศวรรษที่ 1940 เมื่อเทคโนโลยี Numerical Control ถือกำเนิดขึ้น ซึ่งนำเอาบัตรเจาะรู (punch cards) มาใช้ในการโปรแกรมเครื่องจักร—พูดง่ายๆ คือรูปแบบการใช้งานระบบอัตโนมัติรูปแบบแรกที่ใครๆ เคยเห็นในยุคนั้น เมื่อเวลาผ่านไปถึงยุค 1970 ไมโครโปรเซสเซอร์ก็เปลี่ยนแปลงทุกสิ่งที่เคยเป็นไปได้ให้เปลี่ยนไปโดยสิ้นเชิง ทันใดนั้นเอง เราก็ได้เห็นกำเนิดระบบ Computer Numerical Control หรือ CNC ซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในปัจจุบัน ระบบที่ว่านี้สามารถจัดการกับรูปร่างและรอยตัดที่ซับซ้อนมากด้วยความแม่นยำที่เหนือกว่าที่เคยมีมา ผู้ผลิตต่างสังเกตเห็นการพัฒนาที่เด่นชัดเกือบจะทันที โดยบางโรงงานรายงานว่าเวลาการผลิตลดลงถึงสองในสามเมื่อเทียบกับวิธีการเก่าๆ พร้อมทั้งเพิ่มความสม่ำเสมอที่ดีกว่ามากในแต่ละล็อตสินค้า
ความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดที่ควรกล่าวถึง ได้แก่ เครื่องจักร Whirlwind ที่พัฒนาขึ้นที่สถาบัน MIT เมื่อปี ค.ศ. 1952 ซึ่งถือว่าเป็นระบบ NC ที่แท้จริงเป็นครั้งแรก จากนั้นในปี ค.ศ. 1976 ก็มีความก้าวหน้าครั้งใหญ่เมื่อมีการนำซอฟต์แวร์ CAD/CAM เข้ามาใช้งาน ทำให้กระบวนการจากแบบออกแบบไปจนถึงการผลิตจริงทำได้ง่ายขึ้นมาก เมื่อก้าวเข้าสู่ยุค 90 เครื่องจักรซีเอ็นซีแบบหลายแกนก็เริ่มปรากฏตัว เครื่องจักรเหล่านี้สามารถผลิตชิ้นส่วนที่ซับซ้อนมากสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศในขั้นตอนเดียว ช่วยประหยัดเวลาและลดข้อผิดพลาด สำหรับเทคโนโลยีในปัจจุบัน ระบบซีเอ็นซีแบบ 5 แกนสามารถควบคุมความแม่นยำได้ละเอียดถึง +/- 0.001 มม. ซึ่งเทียบได้กับความแม่นยำที่ดีกว่าประมาณสิบห้าเท่าเมื่อเทียบกับที่เคยทำได้ในยุค 80 ทำให้กระบวนการผลิตมีความแม่นยำและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นมากในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภท
เทคโนโลยีเครื่องจักรควบคุมเชิงตัวเลข (CNC) ได้เข้ามาแทนที่การปรับแต่งเส้นทางเครื่องมือแบบแมนนวลในอดีต โดยนำสิ่งที่เรียกว่าความแม่นยำเชิงอัลกอริทึมมาแทนที่ สิ่งนี้ทำให้โรงงานสามารถดำเนินการผลิตได้ตลอด 24 ชั่วโมง และผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูงมาก เช่น ใบพัดสำหรับเครื่องยนต์เจ็ท และอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่มีความซับซ้อน ซึ่งต้องพอดีกับร่างกายมนุษย์อย่างสมบูรณ์แบบ บริษัทรถยนต์รายงานว่า ปัจจุบันสามารถผลิตบล็อกเครื่องยนต์ได้รวดเร็วขึ้นราวครึ่งหนึ่ง เมื่อใช้เครื่องกัด CNC เมื่อเทียบกับเครื่องจักรแบบเก่าที่เคยใช้ในอดีต อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงที่สำคัญที่สุดคือคุณสมบัติเช่น ระบบเปลี่ยนเครื่องมืออัตโนมัติ และระบบระบายความร้อนในตัวที่มีอยู่ในโรงงานสมัยใหม่ส่วนใหญ่ ความก้าวหน้าเหล่านี้ทำให้อัตราความผิดพลาดในกระบวนการกลึงลดลงอย่างมาก ประมาณ 90 เปอร์เซ็นต์ ในภาคส่วนที่ต้องการการวัดขนาดที่แม่นยำสูง โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ และการผลิตอุปกรณ์ทันตกรรมเทียม
ระบบที่ใช้ CNC แบบหลายแกนในปัจจุบันสามารถให้ความแม่นยำได้ประมาณ 0.005 มม. ซึ่งเปิดโอกาสใหม่ในการผลิตรูปทรงที่มีความซับซ้อน ซึ่งก่อนหน้านี้จำเป็นต้องใช้เทคนิคการพิมพ์สามมิติ ความแตกต่างระหว่างเครื่องจักรแบบ 3 แกนมาตรฐานกับระบบขั้นสูงที่มี 5 แกนนั้นเห็นได้ชัดเจนมาก โดยการทำงานร่วมกันของแกนทั้งห้า (แกน X, Y, Z และการหมุนที่แกน A และ B) ทำให้ไม่จำเป็นต้องหยุดเครื่องและปรับชิ้นงานด้วยมือระหว่างการกลึง ระยะเวลาในการตั้งค่าก็ลดลงอย่างมากเช่นกัน โดยหลายโรงงานรายงานว่าสามารถลดขั้นตอนการเตรียมงานลงได้ถึงเกือบสองในสาม ในการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ใบพัดสำหรับเครื่องยนต์เครื่องบิน หรืออุปกรณ์เสริมเฉพาะทางสำหรับการผ่าตัดทางออร์โธปิดิกส์
จากการวิจัยที่เผยแพร่ในนิตยสาร Nature เมื่อปีที่แล้ว เครื่องจักร CNC แบบ 5 แกนสามารถลดเวลาการผลิตได้ประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์ เมื่อต้องทำงานกับชิ้นส่วนไทเทเนียมที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งใช้ในอุตสาหกรรมการบิน เมื่อเปรียบเทียบกับระบบแบบ 3 แกนดั้งเดิม สิ่งที่น่าประทับใจมากคือความสามารถในการทำงานที่ความเร็วสูงของเครื่องจักรเหล่านี้ โดยบางรุ่นสามารถหมุนเครื่องมือตัดได้สูงสุดถึง 50,000 รอบต่อนาที และยังคงรักษาความแม่นยำทางมิติไว้ภายใน 5 ไมครอนหรือน้อยกว่า แม้จะต้องเคลื่อนที่ตัดผ่านเหล็กกล้าที่ผ่านการบำบัดให้แข็งแล้ว ด้วยความเร็วสูงถึง 1,500 เมตรต่อนาที การทำงานในระดับนี้มีความสำคัญอย่างมากต่อการผลิตโครงเครื่องยนต์สำหรับรถยนต์ไฟฟ้า โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อผู้ผลิตจำเป็นต้องทำงานกับผนังอลูมิเนียมที่บางและเปราะ ซึ่งไม่สามารถทนต่อการสั่นสะเทือนใดๆ ในกระบวนการกลึงได้เลย
มีอยู่สามนวัตกรรมที่กำลังผลักดันเทคโนโลยีเครื่องมือ CNC ก้าวไปข้างหน้า:
เมื่อรวมเข้ากับระบบควบคุมเชิงปรับตัว เครื่องมือเหล่านี้สามารถรองรับการผลิตต่อเนื่องเป็นเวลา 72 ชั่วโมงในกระบวนการผลิตแม่พิมพ์และอุปกรณ์ตัด โดยยังคงค่าความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ ±0.0025 มม.
ระบบ CNC รุ่นใหม่ได้ผสานหลักการของอุตสาหกรรม 4.0 เข้าด้วยกันทั้งการเชื่อมต่อ IoT และการตัดสินใจที่ขับเคลื่อนด้วย AI แพลตฟอร์มที่เสริมด้วย AI จากผู้ให้บริการระบบอัตโนมัติชั้นนำ ช่วยให้การผนวกรวมหุ่นยนต์เป็นไปอย่างไร้รอยต่อผ่านการประมวลผลข้อมูลแบบเรียลไทม์ ลดการแทรกแซงของมนุษย์ลง 60% และเพิ่มความสม่ำเสมอในการตัดโลหะ
เซ็นเซอร์ IoT ที่ติดตั้งในเครื่องจักร CNC ตรวจสอบการสั่นสะเทือน อุณหภูมิ และการสึกหรอของเครื่องมือ ส่งข้อมูลไปยังแดชบอร์ดแบบรวมศูนย์ ระบบนี้ช่วยลดการหยุดทำงานที่ไม่ได้วางแผนไว้ลง 30% โดยการแจ้งเตือนล่วงหน้า ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการกลึงไทเทเนียม การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิจะกระตุ้นการปรับระดับสารหล่อเย็นโดยอัตโนมัติภายใน 0.5 วินาที เพื่อรักษาความเสถียรของมิติ
แพลตฟอร์มการวิเคราะห์ขั้นสูงประมวลผลชุดข้อมูลการดำเนินงานขนาดใหญ่เพื่อคาดการณ์ความต้องการในการบำรุงรักษา อัลกอริทึมเชิงคาดการณ์ช่วยลดเวลาหยุดทำงานของเครื่องจักรลง 45% เมื่อเปรียบเทียบกับการบำรุงรักษาตามกำหนดเวลาแบบดั้งเดิม และยืดอายุการใช้งานเครื่องมือเพิ่มขึ้น 22% ในสภาพแวดล้อมการทำงานที่มีปริมาณสูง ด้วยรอบการเปลี่ยนเครื่องมือที่เหมาะสม
โมเดลการเรียนรู้เชิงลึกวิเคราะห์ข้อมูลการกลึงในอดีตเพื่อสร้างเส้นทางการทำงานของเครื่องมือที่มีประสิทธิภาพ และลดของเสียให้น้อยที่สุด ผู้ผลิตรถยนต์รายหนึ่งสามารถลดเวลาในการทำงานได้เร็วขึ้น 18% สำหรับชิ้นส่วนเครื่องยนต์อลูมิเนียม หลังจากนำโซลูชันการกำหนดเส้นทางแบบปรับตัวมาใช้งาน
ระบบการมองเห็นด้วยเครื่องจักรที่ขับเคลื่อนด้วยเครือข่ายประสาทเทียม ตรวจสอบชิ้นส่วนที่ผ่านการกลึงด้วยความแม่นยำระดับไมครอน จากข้อมูลของเวิลด์อีโคโนมิกฟอรัม (World Economic Forum) ระบบที่ใช้ AI สามารถตรวจจับข้อบกพร่องบนพื้นผิวของชิ้นส่วนการบินได้ถึง 98% ช่วยลดงานแก้ไขหลังการผลิตลงถึง 75%
ระบบ CNC ที่สามารถปรับตัวเองได้จะปรับพารามิเตอร์การตัดในระหว่างการทำงานตามข้อมูลที่ได้จากเซ็นเซอร์ ในกระบวนการผลิตเหล็กกล้าไร้สนิม ระบบควบคุมแบบปิดช่วยรักษาความคลาดเคลื่อนอยู่ที่ ±0.001 นิ้ว แม้ในวัสดุที่มีความแข็งแตกต่างกัน ทำให้ได้ผลผลิตที่ผ่านการตรวจสอบในครั้งแรกสูงถึง 99.8%
ในวงการการผลิตด้านการบินและอวกาศ เทคโนโลยี CNC มีบทบาทสำคัญอย่างมากเมื่อพูดถึงการผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนที่เราเห็นบนเครื่องยนต์เจ็ทและกังหัน ซึ่งต้องการความแม่นยำระดับไมครอน ปัจจุบัน โรงงานส่วนใหญ่ในภาคส่วนนี้พึ่งพาเครื่องจักร CNC แบบ 5 แกนในการผลิตชิ้นส่วนสำคัญของการบินที่ต้องผ่านการตรวจสอบของ FAA และเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพ AS9100 ประมาณสามในสี่ของบริษัทในภาคการบินและอวกาศได้เปลี่ยนมาใช้ระบบขั้นสูงเหล่านี้แล้ว อะไรคือเหตุผลที่เรื่องนี้มีความสำคัญ? เนื่องจากแบบเครื่องบินรุ่นใหม่ในปัจจุบันต้องการวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง เช่น ไทเทเนียม และอินโคเนล ซึ่งสามารถกลึงได้ด้วยความคลาดเคลื่อนที่แน่นอนถึงระดับ +/- 0.0001 นิ้ว ระดับความแม่นยำนี้ไม่ได้เป็นเพียงแค่การปฏิบัติตามข้อกำหนดเท่านั้น แต่ยังช่วยให้เครื่องบินใช้เชื้อเพลิงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งกำลังกลายเป็นสิ่งสำคัญมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากสายการบินต่างมองหาวิธีการลดต้นทุนและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
ผู้ผลิตรถยนต์ใช้ระบบ CNC ความเร็วสูงเพื่อผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์ กล่องเกียร์ และชิ้นส่วนแบตเตอรี่รถยนต์ไฟฟ้า (EV) ได้มากกว่า 500 ชิ้นต่อชั่วโมง ขณะที่ยังคงความถูกต้องด้านมิติไว้ที่ 99.98% การขยายตัวในการผลิตนี้ช่วยลดต้นทุนการผลิตต้นแบบลง 40% พร้อมรองรับความต้องการในการปรับแต่งตามภูมิภาค
เครื่องจักรควบคุมเชิงตัวเลขด้วยคอมพิวเตอร์ (CNC) สามารถผลิตเครื่องมือผ่าตัดและชิ้นส่วนอวัยวะเทียมที่ได้รับการรับรองจากองค์การอาหารและยา (FDA) ได้ โดยรายละเอียดของชิ้นงานสามารถเล็กได้ถึง 0.002 นิ้ว ซึ่งบางกว่าเส้นผมของมนุษย์ปกติที่เรามองเห็นได้จริงๆ เครื่องกลึง CNC แบบสวิสที่มีความเฉพาะทางเหล่านี้กลายเป็นมาตรฐานที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมอุปกรณ์การแพทย์ที่มีมูลค่าสูงถึง 456 พันล้านดอลลาร์ เครื่องจักรเหล่านี้ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในการแปรรูปวัสดุที่เข้ากันได้กับร่างกายมนุษย์ เช่น โลหะผสมโคบอลต์-โครเมียม และโพลิเมอร์ PEEK ให้กลายเป็นสิ่งของต่างๆ เช่น สเตนต์สำหรับหลอดเลือดหัวใจ หรือข้อต่อเทียมสำหรับสะโพกและหัวเข่า และยังมีสิ่งอื่นๆ ที่เกิดขึ้นอีกด้วย ในปัจจุบันผู้ผลิตกำลังใช้กระบวนการตกแต่งผิวด้วยเทคโนโลยีระดับนาโนที่สามารถกำจัดตำหนิเล็กๆ บนพื้นผิวชิ้นงานในระดับไมโครสโคปให้หมดสิ้นไป แล้วทำไมเรื่องนี้ถึงสำคัญ? ก็เพราะแม้แต่รอยตำหนิที่เล็กที่สุดก็อาจก่อให้เกิดปัญหาภายหลังจากการผ่าตัด เมื่อมีวัตถุแปลกปลอมถูกฝังเข้าไปภายในร่างกายของมนุษย์
ผู้จัดจำหน่ายอากาศยานชั้นนำรายหนึ่งสามารถลดเวลาการกลึงชิ้นส่วนดิสก์เทอร์ไบน์จากไทเทเนียมได้ถึง 62% โดยใช้เครื่องจักร CNC 9 แกนที่มีอัลกอริธึมการสร้างเส้นทางเครื่องมือแบบปรับตัว ด้วยการผสานระบบจับชิ้นงานด้วยหุ่นยนต์และการสแกนด้วยเลเซอร์ระหว่างกระบวนการ ระบบสามารถบรรลุผลลัพธ์ดังต่อไปนี้
| เมตริก | การปรับปรุง |
|---|---|
| เศษวัสดุทิ้งจากวัสดุ | ลดลง 34% |
| ความสม่ำเสมอของพื้นผิวหลังการกลึง | Ra 0.2 μm |
| เวลานําการผลิต | 19 วัน 7 วัน |
กรณีศึกษานี้แสดงให้เห็นว่าระบบ CNC หลายแกนสามารถเอาชนะความท้าทายที่เกิดจากวัสดุพิเศษ และยังสามารถตอบสนองข้อกำหนดแบบไม่มีข้อบกพร่องในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ
อนาคตของระบบ CNC อยู่ที่การผสานระบบหุ่นยนต์ โดยระบบเปลี่ยนพาเลทอัจฉริยะที่สามารถทำงานได้ 95% โดยไม่ต้องใช้คน ผู้ผลิตชั้นนำรายงานว่ามีประสิทธิภาพการผลิตเพิ่มขึ้น 40% ในการผลิตใบพัดเทอร์ไบน์ โดยใช้ระบบ CNC แบบกลุ่มที่ควบคุมการทำงานของหุ่นยนต์ที่สามารถปรับเส้นทางเครื่องมือแบบเรียลไทม์ได้เอง
อุตสาหกรรมกำลังพัฒนาด้านความยั่งยืนด้วยแกนหมุนที่ประหยัดพลังงาน ซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่าแบบดั้งเดิมถึง 30% ระบบการกู้คืนเศษโลหะขั้นสูงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ถึง 98% ในขณะที่ระบบหล่อลื่นปริมาณน้อยช่วยลดการใช้สารหล่อเย็นลง 75% — ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างมากต่อการผลิตทางการแพทย์ที่มีความแม่นยำสูง
ความต้องการเครื่องจักร CNC คาดว่าจะเติบโตในอัตราเฉลี่ยต่อปี 5% จนถึงปี 2030 โดยได้รับแรงผลักดันจากภาคการบินและยานยนต์ไฟฟ้าที่ต้องการชิ้นส่วนที่ซับซ้อนและมีน้ำหนักเบา ตลาดคาดว่าจะแตะระดับ 126 พันล้านดอลลาร์ โดยภูมิภาคเอเชีย-แปซิฟิกจะคิดเป็นสัดส่วน 45% ของการติดตั้งใหม่
EN
