Material of Machine

การเลือกวัสดุในการสร้างเครื่องจักร

          โครงสร้างหลักของเครื่องจักรทั่วไปใช้วัสดุที่เป็นโลหะ หรือ โพลิเมอร์ โลหะแต่ละชนิดจะมีเกรดแตกต่างกันออกไป ผู้ออกแบบ/ผู้ผลิตเครื่องจักรต้องคำนึงถึงคุณลักษณะของวัสดุที่เลือกใช้ให้เหมาะกับการใช้งาน โลหะเป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงยืดหยุ่น นำไฟฟ้า นำความร้อนได้ดี จุดเดือดและจุดหลอมละลายสูง มีผิวมันวาวเมื่อขัดผิว ทำปฏิกิริยาออกซิเดชันกับอากาศ เป็นวัสดุอเนกประสงค์เหมาะแก่การนำมาใช้งานหลากหลาย เช่นดังต่อไปนี้ – สร้างโครงสร้างเครื่องจักรที่ต้องการความแข็งแรง มีการรับน้ำหนักหรือแรงดันสูงเช่นขาตั้ง ถังแรงดัน
– ส่วนประกอบที่ต้องการการนำพาความร้อนเช่นท่อแลกเปลี่ยนความร้อนในเครื่องกำเนิดไอน้ำ (boiler)
– อุปกรณ์นำไฟฟ้า เช่น สายไฟฟ้าหุ้มฉนวนเพื่อความปลอดภัย
– ด้วยผิวขัดมันวาว และ คุณสมบัติความยืดหยุ่น นำมาดัดปั๊มขึ้นรูป ใช้เป็นส่วนโครงภายนอกเพื่อความสวยงาม เช่น โครงสร้างรถยนต์

Stainless steel สแตนเลสสตีล
สแตนเลสสตีลคือ สตีลอัลลอยด์ ที่มีส่วนประกอบสูงของ Iron, Chromium อย่างน้อย 10.5%,nickel
– SUS-304 เกรดสแตนเลสสตีลที่มีลักษณะทนทาน ไม่ขึ้นสนิม ทนกรด-ด่างอ่อน เป็นโลหะเกรดที่ใช้แพร่หลายที่สุดที่ใช้ในเครื่องจักรที่ได้มาตราฐานการรับรองให้ใช้สำหรับอาหารและยา (Food grade)
– SUS-316 เป็นเกรดสแตนเลสมาตราฐานอาหารและยา (food grade) อีกชนิดหนึ่งที่มีองค์ประกอบ nickel สูงกว่า 304 เล็กน้อย และมี molybdenum 2-3% มีคุณสมบัติทนทานต่อ คลอไรด์ และ กรดซัลฟูริก ที่สูงกว่า 304 ในส่วนประกอบที่ต้องการความคงทนต่อสารเคมีมักเลือกใช้เกรด SUS-316
– SUS-420-430-440 เป็นสแตนเลสที่คล้าย เกรด 304 แต่จะไม่มีสารนิเกิ้ล จึงทำให้ราคาถูกกว่าเกรดSUS-304 แต่ยังมีคุณสมบัติในการป้องกันสนิมได้ดี แม้จะไม่เท่าเกรด 304 มียอดการใช้สูงสุดกว่า 48 % เป็นอันดับหนึ่งของยอดการใช้เฟอร์ริติกทั้งหมด ซึ่งมีโครเมียมเป็นองค์ประกอบ 14-18 % และใกล้เคียงกับออสเทนนิติก 304 ใช้งานได้อย่างหลากหลายได้แก่ เครื่องครัว ถังปั่นเครื่องซักผ้า เครื่องล้างจาน กรอบประตูหน้าต่าง อ่างล้างหน้า ประดับยนต์ เป็นต้น

Steel เหล็กกล้า
เหล็กที่ผ่านการเพิ่มธาตุโลหะอื่นๆตามมาตราฐานเกรดเหล็กเข้าไป เพื่อปรับคุณสมบัติของเหล็กเป็นโลหะผสมมีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ 0.2 ถึง 2.04% ของน้ำหนักรวม มีการผสมธาตุ เช่น แมงกานีส โครเมียม วานาเดียม ทังสเตน คาร์บอน และอื่นๆ การเปลี่ยนปริมาณธาตุโลหะเป็นตัวกำหนดคุณภาพทั้งด้าน ความแข็ง การขึ้นรูป การรีด ซึ่งส่งผลกับระดับความตึงของเหล็ก แบ่งประเภทใหญ่ๆได้ออกเป็น 2 ประเภทได้แก่
1.เหล็กกล้าคาร์บอน (Carbon steel) ความแข็งแรงขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอน 0.2-1.7% ยิ่งเปอร์เซนต์คาร์บอนสูง เหล็กกล้ายิ่งแข็งแรง การใช้งานทั่วไปเช่น เหล็กเส้นก่อสร้าง ท่อน้ำ หลังคา ตัวถังรถยนต์ เป็นต้น
2.เหล็กกล้าอัลลอยด์ (Steel Alloy) เป็นเหล็กกล้าผสมคาร์บอนไม่เกิน 1.7% และมีธาตุอื่นๆผสม เช่น แมงกานิส นิกเกิล โครเมียม วาเนเดียม โมลิบดินัม โคบอลต์ ทังสเตน การผสมธาตุต่างๆ ช่วยปรับคุณสมบัติให้เหมาะกับความต้องการ เช่น การทนต่อความร้อนเพื่อใช้ทำ เตากระทะ เตาไฟฟ้า และ เตาอินดักชั่น เป็นต้น

อลูมิเนียมAluminium
อลูมิเนียมเป็นโลหะที่อ่อนและเบาที่มีลักษณะไม่เป็นเงา ความหนาแน่นต่ำแต่ไม่ทนต่อความเป็นกรด-ด่าง และสารละลายน้ำ มีความแข็งแรงสูงเมื่อผสมเป็น Aluminium alloy จึงถูกนำไปใช้ในชิ้นส่วนยานยนต์ พาหนะ เครื่องบิน เพื่อลดน้ำหนักของตัวพาหนะ ลดต้นทุนค่าเชื้อเพลิง

ไทเทเนียม Titanium
ไทเทเนียมคือโลหะมีความแข็งกว่าอลูมิเนียม 2 เท่า มีน้ำหนักเบา มีสีเทาขาวเนื้อเงา ไม่เกิดสนิม ไม่เป็นสื่อแม่เหล็ก สามารถนำกลับมาใช้ได้ใหม่ ไทเทเนียมนิยมเลือกใช้เป็นวัสดุสำหรับการผลิตสินค้าในด้านต่างๆ เช่น ด้านการบินและอวกาศ เนื่องจากน้ำหนักที่เบา ด้านการแข่งรถ เพราะมีความยืดหยุ่นสูง ด้านการแพทย์เนื่องจากไม่มีการต่อต้านจากระบบภูมิคุ้มกันของร่างกาย เนื่องจากคุณสมบัติที่ไม่สร้างความระคายเคืองแก่ผิวหนัง และมีน้ำหนักเบามีคุณสมบัติทนกรดทนด่าง แต่ด้วยราคาที่สูงจึงไม่เป็นที่นิยมมากนัก

โพลิเมอร์ Polymer
โพลิเมอร์มักเลือกใช้ในส่วนที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง เช่น ซีลปั๊ม ซีลหน้าแปลน เฟอร์รูล ซีลข้อต่อต่างๆ ป้องกันการรั่วไหลโดยการบีบอัดให้แน่น โพลิเมอร์ที่นิยมใช้ในเครื่องจักรสำหรับอาหารและยา ได้แก่ Teflon Ptfe Silicon Viton NBR ซึ่งโพลีเมอร์แต่ละชนิดมีหลากหลายรูปแบบ ความยืดหยุ่น ความทนต่อแรงดัน ความทนต่ออุณหภูมิที่สูงแต่ต่างกันออกไป ผู้ผลิตส่วนประกอบต่างๆสามารถให้คำแนะนำตามการใช้งานได้ โดยทั่วไปส่วนประกอบโพลีเมอร์เป็นอะไหล่จำเป็น มีอายุการใช้งานที่ต้องเปลี่ยนเมื่อถึงเวลา ทางผู้ใช้งานควรสั่งซื้อเก็บสต็อคไว้เพื่อความพร้อมในการซ่อมบำรุงเมื่อจำเป็น

          เครื่องจักรมาตราฐานของบริษัท ยูโร เบสท์ เทคโนโลยี จำกัด โลหะโครงสร้าง ตัวถังทั้งภายในและภายนอก ใช้วัสดุสแตนเลสเกรด SUS-304 เนื่องด้วยความมุ่งเน้นในการสร้างเครื่องจักรของบริษัทเป็นเครื่องจักรใช้สำหรับอาหารและยาเป็นหลัก ซึ่งต้องการความสะอาดสูง เช่น เครื่องสเปรย์ดรายเออร์(Spray dryer) ตัวถังรับวัตถุดิบของเหลว ทางเข้าลมร้อน ตัวถังภายในและภายนอก ไซโคลน ถังดักเก็บ ไปจนถึงโครงสร้างภายนอก และตู้ควบคุมไฟฟ้า ทำจากวัสดุสแตนเลสเกรด SUS-304 ทั้งสิ้นเครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง(Falling film evaporator) เครื่องระเหยแอลกอฮอล์(Alcohol evaporator and recovery) เครื่องสกัดน้ำมันหอม (Essential oil distiller) ในส่วนของตัวถังรับวัตถุดิบ ท่อแลกเปลี่ยนความร้อน ถังแยกไอ หัวปั๊มน้ำ ใช้วัสดุสแตนเลสSUS-304

          ขณะที่มาตราฐานสากล GMP, HACCP กำหนดให้ใช้วัสดุสแตนเลสเกรดSUS-304 เฉพาะส่วนที่สัมผัสกับวัตถุดิบ หรือ ผลิตภัณฑ์ บางโครงการที่มีขนาดใหญ่อาจเลือกวัสดุที่มีลักษณะคงทนแข็งแรงอื่นเช่น เหล็กกล้าทาสีใช้สำหรับงานโครงสร้างภายนอก หรือ อลูมิเนียมใช้สำหรับบุผนังภายนอกของเครื่องจักร เนื่องจากคุณลักษณะที่เบาและขึ้นรูปได้ง่าย เพื่อลดต้นทุนเงินลงทุนของโครงการ สิ่งที่ต้องตระหนักถึงคือการขยายตัว และ การนำความร้อน โลหะเป็นวัสดุที่มีการขยายตัวเมื่อสัมผัสความร้อนมากพอขึ้นอยู่กับลักษณะของชิ้นงาน การเชื่อมหรือต่อเกลียวหรือการติดตั้ง ต้องคำนึงถึงการยืด/หดตัวของโลหะ เช่นท่อไอน้ำอุณหภูมิสูงควรเลือกโลหะที่ไม่มีการยืด/หดตัวสูง จัดวางให้มีส่วนช่องว่างสำหรับการเคลื่อนที่ด้วยท่อแบบยืดหยุ่นได้ (Flexible) ด้วยลักษณะของโลหะที่เป็นวัสดุที่ทนความร้อนได้สูงเหมาะแก่การใช้งานเป็นพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อน (Heat exchanger) แต่ก็ส่งผลเสียในด้านการขนส่งถ่ายไอน้ำ/น้ำ/ไอความร้อนที่มีระยะทางเพราะทำให้สูญเสียพลังงานตลอดระยะทาง ดังนั้นท่อส่งความร้อนจึงควรหุ้มด้วยฉนวนกันความร้อนเพื่อลดการสูญเสียของพลังงานความร้อน

          ผู้ใช้งานต้องคำนึงถึงลักษณะของโลหะ ไม่ทำการเพิ่มหรือลดอุณหภูมิโลหะอย่างรวดเร็วเพราะอาจทำให้เครื่องจักรเสียหาย เช่น ภายในถังต้มแรงดัน หรือถังอบแห้งของสเปรย์ดรายเออร์ ห้ามทำการฉีดล้างหรือป้อนเข้าสิ่งที่มีอุณหภูมิต่ำขณะที่ภายในมอุณหภูมิสูง หากมีการยืด/หดอย่างฉับพลันอาจส่งผลให้รอยเชื่อมเกิดการแตกร้าว
ความเรียบของผิวโลหะมีระบุในมาตราฐาน GMP, HACCP หากผิวของสแตนเลสมีขอบ มีรอยขรุขระจะทำให้มีลักษณะร่องรอยที่ทำให้เกิดการตกค้างภายใน ทำให้ล้างทำความสะอาดได้ยากส่งผลให้เกิดการปนเปื้อนสะสมตามมา ท่อสแตนเลสภายในเครื่องจักรควรเลือกท่อแบบไร้รอยต่อ (Seamless pipe) ผิวแผ่นภายในควรเลือกแบบที่มีการรีดแบบเย็น (Cold roll) เนื่องจากแผ่นที่ได้จากการรีดเย็นมีลักษณะผิวที่เรียบกว่าแบบรีดร้อน (Hot roll) แต่หากใช้แผ่นที่มีความหนา4มิลขึ้นไป ไม่มีแบบรีดเย็นให้ทำการขัดผิวให้มันวาว (Mirror Finish) หลังทำการเชื่อมขึ้นรูป ให้ทำการขัดรอยเชื่อมให้เรียบร้อย ป้องกันการตกค้าง

          การทำความสะอาดอย่างถูกวิธีก็สำคัญเช่นกัน เครื่องแต่ละชนิดมีการล้างทำความสะอาดแตกต่างกัน เครื่องระเหยข้นแบบฟิล์มบาง (Falling film evaporator) มีลักษณะการให้ความร้อนไหลเวียนในระบบ จึงไม่จำเป็นต้องเตรียมระบบถัง CIP ใช้การไหลเวียน กรด-ด่าง-น้ำยาฆ่าเชื้อ และความร้อน ไหลเวียนตามระยะเวลาที่มาตราฐานกำหนด ไม่ควรเว้นการล้างทำความสะอาดเพราะอาจทำให้ตกค้างและทำการล้างออกยากกว่าปกติ