วัสดุหนัก รักษ์โลก

ผลวิจัยด้านวิศวกรรม มจธ. มุ่งปฏิวัติวงการอุตสาหกรรมหนัก ทั้งยานยนต์และชิ้นส่วน หวังช่วยลดรายจ่ายผู้ประกอบการ สร้างทางเลือกประหยัด และช่วยสร้างพลังงานให้กับโลก เพิ่มสมรรถภาพอะลูมิเนียม-เหล็กกล้า

ปัจจุบันวงการอุตสาหกรรมยาน นำอะลูมิเนียมผสมมาใช้งานขึ้นรูปชิ้นส่วนโลหะทดแทนเหล็กกล้า ทว่าอะลูมิเนียมที่มีคุณสมบัติความแข็งแรงต่อหน่วยสูง แต่หนาแน่นต่ำทำให้น้ำหนักเบากว่าเหล็กถึงหนึ่งในสาม กลับมีข้อจำกัดว่าจะมีความแข็งแรงจะสูญเสียไปเมื่อไปใช้งานที่อุณหภูมิสูง จึงเป็นที่มาของ “โครงการปรับปรุงอะลูมิเนียมผสมสำหรับอุตสาหกรรมหล่อโลหะและการอัดขึ้นรูป”

รศ.ดร. เชาวลิต ลิ้มมณีจิตร รองอธิการบดีฝ่ายพัฒนานักศึกษา และอาจารย์ประจำสาขาวิศวกรรมหล่อโลหะและโลหการ ภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี (มจธ.) อธิบายขั้นตอนการปรับโครงสร้างใหม่ครั้งนี้ว่า “โลหะสแกนเดียม” (Scandium) คือกุญแจดอกสำคัญ

สแกนเดียม เป็นโลหะที่มีทั้งความเบาและแข็งแรง สามารถนำมาใช้ร่วมกับอะลูมิเนียมหล่อผสมในกลุ่มหล่อ ทำให้ได้เกรนที่เล็กละเอียด และสามารถทนต่ออุณหภูมิที่สูงขึ้นได้ ซึ่งประโยชน์ที่จะได้รับพุ่งไปที่อุตสาหกรรมยานยนต์ เพราะหากผู้ประกอบการเลือกเทคโนโลยีที่พัฒนาด้านอะลูมิเนียมยุคใหม่ที่สามารถทนต่อความร้อนสูงได้มากขึ้นกว่าเดิม 20-30% ก็จะส่งผลดีต่อการผลิตระบบหล่อเย็นฝาสูบเครื่องยนต์ การผลิตล้อแม็กซ์ หรืออะลูมิเนียมอัลลอยด์มีความแข็งแรงสูงและใช้งานด้วยขนาดหน้าตัดที่เล็กลงได้

ในขณะที่อะลูมิเนียมกลายเป็น “ฮีโร่” ของวงการ อย่างไรก็ตาม “พระเอกตลอดกาล” อย่าง เหล็กกล้าก็ยังมีบทบาทอยู่ โดยเฉพาะภาคการขึ้นรูปชิ้นส่วนโลหะโดยใช้แม่พิมพ์เป็นส่วนสำคัญ

รศ.ดร. พงศ์พันธ์ แก้วตาทิพย์ หัวหน้าภาควิชาวิศวกรรมเครื่องกล หัวหน้าทีมวิจัยโครงการ “การป้องกันการเกิด adhesion (ชิ้นเนื้องานหลุดติดแม่พิมพ์) ในการขึ้นรูปชิ้นงานเหล็กกล้าไร้สนิม”

แล้วจุดสำเร็จของโครงการก็คือ “หาสูตร และสร้างส่วนผสมขึ้นเอง”

“งานวิจัยชิ้นนี้เกิดขึ้นจากปัญหาในอุตสาหกรรม ชิ้นงานเกิดรอยขีดข่วนและเสียหาย จึงต้องเพิ่มค่าใช้จ่ายในการขัดผิว ซึ่งเป็นการแก้ปัญหาที่ปลายเหตุและเพิ่มต้นทุนการผลิตโดยไม่จำเป็น แต่เราจะไม่ใช้สินค้านำเข้า เพราะต้นทุนสูง เราจึงต้องเลือกวัสดุทำแม่พิมพ์ใหม่ โดยดัดแปลงจากอะลูมิเนียมบรอนซ์ โลหะผสมระหว่างทองแดง อะลูมิเนียม และธาตุอื่นๆ รวมทั้งเคลือบผิวแม่พิมพ์ และการใช้สารหล่อลื่นใหม่ อย่างคอลรีนและซัลเฟอร์” รศ.ดร. พงศ์พันธ์ กล่าว

ผลิตไฟ+บำบัดโรค

นอกจากงานวิจัยจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพและลดการใช้ทรัพยากรและพลังงานแล้ว ยังมีอีกทางเลือกหนึ่ง คือ วัสดุเพิ่มกำลังในการผลิตกระแสไฟฟ้า ผศ. ดร. อนรรฆ ขันธะชวนะ หัวหน้าทีมวิจัยสมาร์ทแล็บ และอาจารย์หลักสูตรวิศวกรรมชีวภาพ กล่าวถึง ที่มาของงานวิจัยนั้นมีแนวคิดที่จะนำพลังงานความร้อนที่เหลือใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมและบ่อน้ำร้อนตามธรรมชาติมาผลิตกระแสไฟฟ้า

แล้วคีย์เวิร์ดครั้งนี้ ก็คือ “เทคโนโลยีด้านโลหะฉลาด (Smart Material) หรือโลหะผสมจำรูป” เป็นต้นกำลังในการเครื่องจักรกลความร้อน

“เราใช้หลักการยืดหดของขดลวดปริง ร่วมกับกระบวนการออกแบบโครงสร้างทางวิศวกรรม ทำให้เครื่องจักรหมุน และเมื่อสัมผัสกับน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิ 40-60 องศาเซลเซียส จะทำให้เกิดพลังงานกลไปปั่นเครื่องกำเนิดไฟฟ้า (Generator) ก่อให้เกิดการผลิตกระแสไฟฟ้าขึ้น”

ผศ. ดร. อนรรฆ เล่าต่อว่า จุดเด่นของงานวิจัยชิ้นนี้ ถือเป็นพลังงานสะอาด เพราะการใช้น้ำร้อนไม่ต้องลงทุน อีกทั้งไม่จำเป็นต้องใช้น้ำร้อนจุดเดือดสูง เพื่อให้ได้ไอน้ำไปผลิตไฟฟ้า และไม่ต้องสิ้นเปลืองพลังงานในการต้ม เพียงแค่ใช้น้ำอุณหภูมิต่ำๆ ก็สามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้แล้ว ทั้งยังพัฒนาต่อยอดเป็นเครื่องผลิตกรแสไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อใช้ในโรงงานหรือตามบ้านเรือนได้ทันที

หลอด LED เพื่อการบำบัด

และทิ้งท้ายด้วยวัสดุกำเนิดแสง อย่าง หลอด LED เพื่อการบำบัดผู้ป่วยอัลไซเมอร์ หัวหน้าทีมวิจัยสมาร์ทแล็บ อธิบายการทำงานว่า นี่คือการบำบัดด้วยแสง (Phototherapy) โดยแต่ละช่วงของแสงจะส่งผลต่อการเพิ่มพลังงานระดับเซลล์ และการสังเคราะห์โปรตีนต่างๆที่มีผลต่อการทำงานของเซลล์

และในที่สุดก็พบว่าช่วงแสงอินฟาเรด คลื่นแสงที่มีความยาวคลื่น 600- 1100 นาโนเมตรในระดับคงที่ จะสามารถลดการเกิดโปรตีนเบต้าอมัยลอยด์ ซึ่งเป็นต้นเหตุของการเกิดโรคอัลไซเมอร์ ซึ่งในระยะสร้างต้นแบบ ทีมวิจัยยังไม่มุ่งเน้นดีไซน์ แต่พยายามสื่อให้เข้าถึงด้วยรูปลักษณ์ "หมวก"

ทั้งนี้ งานวิจัยต่างๆของคณะวิศวกรรมศาสตร์ มจธ. มุ่งสู่การพาณิชย์และใช้ได้จริงในอุตสาหกรรม ทุกชิ้นจึงต้องจดทรัพย์สินทางปัญญา จดสิทธิบัตร เพื่อส่งต่อให้ภาคอุตสาหกรรมได้โดยไม่ติดขัด ขณะเดียวกันก็จับมือร่วมกับองค์กรวิชาการและภาครัฐ อย่างสวทช. ที่จะนำผู้ประกอบการที่สนใจมาซื้อขาย หรือร่วมทุนกับมหาวิทยาลัยในอนาคต