พอพูดถึงการพิมพ์โลหะ 3D ภาพในหัวของคนส่วนใหญ่คือเครื่องเฉพาะทางที่ถูกหุ้มไว้ในตู้ รังสีกวาดผงโลหะบนโต๊ะขึ้นรูปทีละนิด แนวทางล่าสุดของ FANUC ไม่ใช่แบบนั้น: บริษัทผลักหุ่นยนต์ข้อต่อหลายข้อแนวตั้ง 6 แกนซีรีส์ M-800 ขึ้นเวที ให้แขนกลอุ้มหัวขึ้นรูปแบบ DED (Directed Energy Deposition การสะสมวัสดุด้วยพลังงานนำทาง) หลอมผงโลหะหรือลวดด้วยเลเซอร์ แล้ว “กอง” ชิ้นส่วนขึ้นมาทีละชั้น ความแม่นยำสัมบูรณ์ของตัวเครื่องดีขึ้นราว 10 เท่าจากเดิม มาถึง ±0.1 มิลลิเมตร ความแม่นยำของเส้นทางทั้งแบบเส้นตรงและเส้นโค้งก็อยู่ที่ ±0.1 มิลลิเมตรเช่นกัน เป้าหมายคือชิ้นส่วนขนาดใหญ่และรูปทรงซับซ้อนที่เครื่องเฉพาะทางยื่นไม่ถึง
ก่อนอื่น ขอเรียงประเด็นสำคัญให้ครบ:
- FANUC สร้างระบบโลหะ AM (การผลิตแบบเพิ่มวัสดุ) โดยมีหุ่นยนต์แปรรูปซีรีส์ M-800 เป็นแกน เครื่องมือ DED เลือกใช้ผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตรายอื่น และเสนอให้ลูกค้าในรูปแบบโซลูชันระบบครบชุด
- ความแม่นยำสัมบูรณ์ของตัวเครื่องดีขึ้นราว 10 เท่าจากเดิมมาที่ ±0.1 มิลลิเมตร ความแม่นยำของเส้นทางแบบเส้นตรงและเส้นโค้งก็ ±0.1 มิลลิเมตรเช่นกัน
- เทียบกับเครื่องเฉพาะทางที่ถูกจำกัดด้วยขนาดโต๊ะขึ้นรูป หุ่นยนต์มีพิสัยการเคลื่อนที่กว้างกว่า จึงเน้นโจมตีชิ้นส่วนขนาดใหญ่และรูปทรงซับซ้อน
- เครื่องมือขึ้นรูปอยู่ในมือซัพพลายเออร์ภายนอก ส่วนความแม่นยำ ความแข็งแรง และการควบคุมเป็นของ FANUC — ใครจะเป็นผู้คุมคุณภาพของระบบทั้งชุด คือจุดโฟกัสเชิงกลยุทธ์
- การยกความแม่นยำเป็นเพียงเงื่อนไขตั้งต้น ไม่ใช่คำรับประกัน: ความเร็วขึ้นรูป คุณภาพการสะสมวัสดุ และเสถียรภาพของวัสดุ ยังต้องพิสูจน์บนชิ้นส่วนจริง
จาก “ตัดออก” สู่ “กองเพิ่ม”: การเปลี่ยนสายอาชีพของหุ่นยนต์แปรรูปหนึ่งตัว
ชาติกำเนิดของ M-800 มีน้ำมีเนื้อพอสมควร เดิมทีมันเป็นหุ่นยนต์แปรรูปสำหรับงานกัดและเจียร ทำงาน “ตัดวัสดุออก” มาหลายสิบปี — กลึงส่วนเกินของงานดิบทิ้งไป ครั้งนี้ FANUC ให้มันเปลี่ยนสายไปทำสิ่งตรงข้าม: “กอง” วัสดุเพิ่มขึ้นทีละชั้น ฝั่งเครื่องมือ หัวขึ้นรูป DED ที่หลอมผงโลหะ (powder) หรือลวด (wire) ด้วยเลเซอร์แล้วสะสมทีละชั้น มาจากผู้ผลิตรายอื่น ส่วน FANUC ทำหน้าที่ให้แขนกลพาหัวขึ้นรูปนี้เดินเส้นทางได้แม่นยำพอ แล้วบรรจุทั้งชุดเป็นโซลูชันระบบ
ระดับที่สมรรถนะของตัวเครื่องพุ่งขึ้นไม่ใช่เรื่องเล็ก ตามคำกล่าวของ FANUC ด้วยวิธีวิเคราะห์ของตัวเอง บวกกับเทคโนโลยีสอบเทียบ (calibration) ที่จับและชดเชยความแตกต่างรายเครื่องได้ บริษัทจึงบรรลุความแข็งแรงสูงพร้อมความแม่นยำสัมบูรณ์ ±0.1 มิลลิเมตร — ราว 10 เท่าของผลิตภัณฑ์ก่อนหน้า Kenichiro Abe กรรมการผู้จัดการบริหารอธิบายว่า “แค่ป้อนค่าตัวเลขก็ทำการสอนงานแบบง่ายได้สำเร็จ แม้เป็นชิ้นส่วนรูปทรงซับซ้อน ก็ทำโลหะ AM ได้อย่างแม่นยำสูง”
ความแม่นยำสัมบูรณ์กับความแม่นยำในการทำซ้ำ คำเดียวที่ต่างกันคือชี้ขาดที่สุด
การใช้หุ่นยนต์ทำงานแปรรูป จุดอ่อนเรื้อรังมาตลอดคือความแม่นยำ แขนกลข้อต่อหลายข้อเลี่ยงการแอ่นตัวไม่ได้ ระหว่างตำแหน่งที่คำสั่งสั่งให้ไปกับตำแหน่งที่มันไปถึงจริงจึงมีความเบี่ยงเบนเสมอ ตรงนี้ต้องแยกให้ชัดสองคำที่มักใช้ปนกัน: ความแม่นยำในการทำซ้ำ (repeatability) วัดความสามารถทำท่าเดิมซ้ำ ๆ ให้เหมือนเดิม ส่วนความแม่นยำสัมบูรณ์ (absolute accuracy) วัดว่าปลายแขนเข้าใกล้พิกัดที่สั่งได้เพียงใด การทำให้หุ่นยนต์ “ยิงแม่น” อาศัยตัวหลัง ความแม่นยำสัมบูรณ์ยิ่งสูง หุ่นยนต์ยิ่งขยับตามค่าตัวเลขในแบบได้โดยตรง ไม่ต้องเทียบของจริงไล่แก้ไปเรื่อย ๆ การพุ่งขึ้นราว 10 เท่าบวกกับการสอบเทียบชดเชยรายเครื่อง หมายถึงปริมาณการปรับแก้ความเบี่ยงเบนของเส้นทางลดลงมาก วิธีสอนงานแบบ “ป้อนตัวเลขแล้วลงมือ” จึงยืนได้
แต่ต้องพูดให้ครบ: นี่เป็นเพียงครึ่งหนึ่งของความแม่นยำ คือการส่งปลายแขนให้ถึงตำแหน่งเป้าหมาย ขนาดและคุณภาพขึ้นรูปของชิ้นส่วนสำเร็จขึ้นอยู่กับขั้นตอนกระบวนการ DED — การหลอม การแข็งตัว และการกองซ้อนทีละชั้น ความแม่นยำในการวางตำแหน่งเป็นเงื่อนไขจำเป็นข้อหนึ่งของโลหะ AM คุณภาพสูง ไม่ใช่เงื่อนไขเพียงพอ มันตัดสินคุณภาพสุดท้ายของชิ้นส่วนเองลำพังไม่ได้
ทำไมเลือกหุ่นยนต์ ไม่ใช่เครื่องเฉพาะทาง
ตัวรับงานหลักของโลหะ AM คือเครื่องเฉพาะทางที่ขนาดโต๊ะขึ้นรูปคือเพดาน: คุณภาพขึ้นรูปเสถียร แต่ขนาดชิ้นงานถูกกรอบด้วยช่องภายในเครื่องตรึงไว้เด็ดขาด หุ่นยนต์ตรงข้ามกัน — แขนกลมีพิสัยการเคลื่อนที่กว้าง องศาอิสระของท่าทางสูง ชิ้นงานจะใหญ่แค่ไหน ทิศทางของผิวจะซับซ้อนเปลี่ยนแปลงแค่ไหน แขนกลเปลี่ยนท่าก็เข้าไปเดินได้ FANUC กำหนดสมรภูมิหลักเป็นงานขนาดใหญ่และรูปทรงซับซ้อนที่เครื่องเฉพาะทางไม่ถนัด จับขอบรอยแยกด้านขนาดนี้นี่เอง
ด้านตลาดก็อาจช่วยหนุน ตามการคาดการณ์ของกระทรวงเศรษฐกิจ การค้า และอุตสาหกรรมญี่ปุ่น (METI) ภายในปี 2040 ตลาดโลหะ AM จะขยายเป็นราว 4 ถึง 10 เท่าของปี 2025: กรณีต่ำราว 14,900 ล้านยูโร (ประมาณ 2.7 ล้านล้านเยน หรือ 135,000 ล้านหยวน) กรณีสูงราว 42,500 ล้านยูโร ข้อควรระวังคือ โลหะ AM ไม่ได้จะมาแทนที่งานกัด งานหล่อ หรืองานตีขึ้นรูปทั้งหมด หากรับงานรูปทรงซับซ้อนและชิ้นส่วนปริมาณน้อยที่กระบวนการเหล่านี้ขึ้นรูปได้ยาก ส่วนหุ่นยนต์จะแย่งชิง คือพื้นที่ระดับใหญ่ มูลค่าสูง และปริมาณน้อย ที่เครื่องเฉพาะทางยื่นไม่ถึงเพราะข้อจำกัดด้านขนาด แนวหน้างานกำลังขยับจากการทดลองสู่ชิ้นส่วนจริง — บริษัทลูกของ Sodick ญี่ปุ่นก็พัฒนาระบบใช้โลหะ AM ทำการปรับปรุงพื้นผิวชุดเบรกรถยนต์ออกมาแล้ว
เครื่องมืออยู่นอก ความแม่นยำอยู่ใน: โจทย์การรวมระบบนี้ใครจะเป็นผู้ทำ
จุดที่สำคัญที่สุดและถูกมองข้ามง่ายที่สุดในโครงนี้: FANUC เองไม่ได้ถือเทคโนโลยี DED ไว้เอง เทคโนโลยีหลักการหลอมและการกองซ้อนมอบให้ซัพพลายเออร์ภายนอก ส่วน FANUC สร้างมูลค่าด้วยจุดแข็งของตัวเองอย่างความแม่นยำ ความแข็งแรง และการควบคุม แล้วนำทั้งสองมาประกอบเป็นโซลูชันรวมเสนอภายนอก ข้อดีคือแต่ละฝ่ายได้ทำในสิ่งที่ตัวเองเก่งที่สุด ข้อเสี่ยงก็ชัดไม่แพ้กัน — เครื่องมือสำคัญที่กำหนดคุณภาพขึ้นรูปไม่อยู่ในมือตัวเอง แล้วใครจะรับผิดชอบขบสองส่วนให้เข้ากันและค้ำประกันคุณภาพของระบบทั้งชุด? ความแม่นยำของหุ่นยนต์จะสูงแค่ไหน ก็ตัดสินสมรรถนะโดยรวมและคุณภาพขึ้นรูปของระบบโลหะ AM เองลำพังไม่ได้ คำตอบของโจทย์นี้จะเป็นตัวกำหนดโดยตรงว่า โซลูชันชุดนี้ในสายตาลูกค้าจะเป็น “ผลิตภัณฑ์” หรือ “งานวิศวกรรม”
สำหรับผู้ใช้ M-800 ที่มีอยู่เดิม ยังมีหัวข้อที่เป็นรูปเป็นร่างอีกข้อ: หุ่นยนต์เครื่องเดียวกัน ในทางหลักการมีโอกาสขยายจากงานกัดไปถึงโลหะ AM แต่มีเงื่อนไข — ต้องติดตั้งเครื่องมือ DED และต้องสะสมพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูป สินทรัพย์อุปกรณ์ที่ซื้อไว้เพื่องานกัดจึงไม่แน่ว่าจะเปลี่ยนไปใช้ได้โดยตรง พูดให้ถูกต้องไม่ใช่ข้อได้เปรียบที่ได้มาฟรี หากเป็นโจทย์ที่ต้องพิสูจน์
จุดน่าดูถัดไป: ความแม่นยำของเส้นทางจะแปลงเป็นคุณภาพของชิ้นงานสำเร็จที่เสถียรได้หรือไม่
DED จะใช้งานได้จริงหรือไม่ ตอนท้ายต้องดูสามเรื่อง: ความเร็วขึ้นรูป คุณภาพการสะสมวัสดุ และชนิดวัสดุที่ใช้ได้ ต่อให้ความแม่นยำสัมบูรณ์ของหุ่นยนต์สูงขึ้นแล้ว กระบวนการขึ้นรูปที่มาพร้อมการหลอมและการแข็งตัวจะเสถียรได้หรือไม่ ความผันผวนของคุณภาพระหว่างชิ้นจะกดให้แคบลงได้เพียงใด ก็ยังต้องดูบัตรคะแนนจากชิ้นงานจริง โฟกัสคือความเร็ว คุณภาพ และวัสดุ สามข้อนี้ — และไม่มีข้อใดถูกตัดสินโดยหุ่นยนต์เพียงลำพัง หากขึ้นอยู่กับผลงานรวมของมันกับเครื่องมือ DED ±0.1 มิลลิเมตรเป็นบัตรผ่านประตูที่สวยงามใบหนึ่ง แต่การแข่งขันเพิ่งจะเริ่มต้น สำหรับพวกเราผู้ทำธุรกิจหุ่นยนต์มือสองและงานบำรุงรักษา ขอจดไว้หนึ่งข้อก่อน: ถ้าคู่ผสมนี้เป็นกระแส มิติการประเมินหุ่นยนต์แปรรูปจะมีตัวชี้วัด “ความแม่นยำสัมบูรณ์” เพิ่มเข้ามาในเร็ววัน อ่านเพิ่ม: จำหน่ายหุ่นยนต์มือสอง และ FANUC × NVIDIA เติมช่องว่างการจำลอง
บทความที่เกี่ยวข้อง
- รันการควบคุมเครื่องจริงในการจำลอง: FANUC × NVIDIA
- Kawasaki, FANUC, Yaskawa ร่วมมือสร้างฐานรากข้อมูล
- แบรนด์ที่รองรับและเอกสารรุ่น
