บทวิเคราะห์ Cold Spray: ซ่อมเครื่องจักรด้วยผงโลหะความเร็วเหนือเสียง โดยไม่หลอม ไม่บิดเบี้ยว และไม่ต้องห้องก๊าซเฉื่อย
ซ่อมโดยไม่หลอม — ในโลกของ Additive Manufacturing ที่ทุกคนพูดถึงการ "สร้าง" ชิ้นส่วนใหม่ มีสายเทคโนโลยีหนึ่งที่เติบโตเงียบ ๆ จากทิศตรงข้าม คือการ "ซ่อม" ชิ้นส่วนเดิมให้กลับมาใช้งานได้ นั่นคือ Cold Spray (Gas Dynamic Cold Spray) กระบวนการพ่นผงโลหะด้วยความเร็วเหนือเสียงที่ ไม่หลอมโลหะตลอดกระบวนการ — และในมุมของผู้ดูแลสายการผลิต นี่อาจเป็นคำตอบของคำถามที่แพงกว่าการสร้างใหม่ นั่นคือ downtime Cold Spray ถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์รัสเซียในทศวรรษ 1990 ขณะทดลองเรื่องการกัดกร่อนของผงในอุโมงค์ลม แล้วบังเอิญพบว่าผงโลหะความเร็วสูงเกาะแน่นกับพื้นผิวเป้าหมายจนกลายเป็นเคลือบ เทคโนโลยีนี้ถูกพาไปสู่เชิงพาณิชย์ในทศวรรษเดียวกัน และวันนี้ถูกใช้ซ่อมชิ้นส่วนอากาศยานและอุปกรณ์ทหารเรือสหรัฐในระดับปฏิบัติการจริง หลักการ: พลังงานจลน์แทนความร้อน ขณะที่ thermal spray รุ่นเก่าอย่าง HVOF หรือ plasma spray ต้องหลอมหรือกึ่งหลอมผงก่อนพ่น Cold Spray เร่งผงโลหะขนาด 1–50 ไมโครเมตร ในกระแสก๊าซไนโตรเจนหรือฮีเลียมเหนือเสียง (สูงสุดราว 1,200 ม./วินาที) อุณหภูมิก๊าซไม่เกิน ~900°C ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมของโลหะที่พ่น เมื่ออนุภาคชนพื้นผิวด้วยความเร็วเหนือ critical velocity พลังงานจลน์เปลี่ยนเป็นการเสียรูปพลาสติก อนุภาคกระแทกแบนราบและยึดเกาะด้วยกลไก adiabatic shear instability — โลหะไหลตัวแบบของเหลวที่บริเวณรอยต่อแทบจะเข้าใกล้จุดหลอม ทั้งที่อุณหภูมิกว้างของชิ้นงานยังเย็น แผนภาพหลักการ Cold Spray: ผงโลหะถูกเร่งผ่าน nozzle De Laval จนเหนือเสียง ก่อนยึดเกาะพื้นผิวแบบ solid-state | ที่มา: Wikimedia Commons (CC BY 4.0) ทำไมโลกอุตสาหกรรมถึงหันมาสนใจ เหตุผลที่ Cold Spray ได้แรงผลักดันในช่วงหลายปีมานี้ วงจรมาจากปัญหาจริงของโรงงาน: ความร้อนต่ำ = ไม่บิดเบี้ยว — ชิ้นงาน base แทบไม่โดนความร้อน จึงซ่อมได้โดยไม่ทำให้ dimension ดั้งเดิมเปลี่ยน ไม่ต้อง heat treatment ซ้ำ ไม่ต้องห้องก๊าซเฉื่อย — ต่างจาก laser-based AM ที่ต้อง vacuum หรือก๊าซเฉื่อย Cold Spray ทำงานในบรรยากาศปกติ ทำให้ทำงานกับชิ้นงานใหญ่และถึงขนาด 9×3×1.5 เมตรได้ (เครื่องพิมพ์โลหะ cold spray ที่ใหญ่ที่สุดในโลกใช้หลักการนี้) อัตราการเติมวัสดุสูงถึง 45 กก./ชม. — เร็วกว่า…
