คอลัมน์ “ด้วยสมองและสองมือ”

ด้วยสมองและสองมือของกลุ่มนักศึกษาวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี ออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ขึ้นรูปช็อกโกแลต ต่อยอดเพื่อการสร้างสรรค์ สำหรับวงการอาหาร

ไอเดียนักศึกษาชั้นปีที่ 4 จากภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี ประกอบด้วย นายสราวุธ ทามี, นายณัฐดนัย สุขมิ่ง, น.ส.นัทธิชา ฟักทองอ่อน และ น.ส.สุกันยา มีศาลา ได้ร่วมกันออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สำหรับพิมพ์ขึ้นรูปช็อกโกแลตด้วยเทคนิคขึ้นรูปแบบฉีดหรือโรยเรียงเป็นชั้น โดยมี ดร.กุลชาติ จุลเพ็ญ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ มทร.ธัญบุรี เป็นที่ปรึกษาโครงงาน

นายสราวุธกล่าวถึงการออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลตสามมิติ เริ่มจากการศึกษากระบวนการขึ้นรูปช็อกโกแลต ซึ่งการผลิตแบบเดิมนั้นใช้วิธีหล่อขึ้นรูป จึงจำเป็นต้องมีแบบพิมพ์ ซึ่งการทำแบบพิมพ์มีมูลค่าที่สูง และต้องใช้ผลิตหลายชิ้นจึงจะคุ้มค่ากับต้นทุนผลิต จึงร่วมกันออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ เพื่อลดค่าใช้จ่ายการทำแบบพิมพ์ สามารถขึ้นรูปทรงที่ซับซ้อนและเป็นเอกลักษณ์ได้เมื่อเทียบกับการผลิตแบบเดิม

เครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ ที่ได้ออกแบบมีส่วนประกอบสำคัญหลักๆ ได้แก่ ชุดหัวฉีด ฮีตเตอร์ หลอดบรรจุช็อกโกแลต โครงสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชุดเคลื่อนที่แกนXและแกนY รวมถึงโต๊ะพิมพ์ชิ้นงาน ซึ่งออกแบบตามหลักการทำงานแบบคาร์ทีเชียน เคลื่อนที่แบบเชิงเส้นทั้ง 3 แกน ทั้งแกนX, YและแกนZพร้อมกับทดสอบระยะเดินเครื่องตามแกนเคลื่อนที่โดยวัดระยะจากจุดอ้างอิงถึงระยะที่กำหนด

ทดสอบประเภทช็อกโกแลต และทดสอบประสิทธิภาพในการฉีดช็อกโกแลตเป็นเส้นตรงและเส้นโค้ง เพื่อหาค่าการปรับตั้งอุณหภูมิการพิมพ์ช็อกโกแลตที่เหมาะสม จากนั้นทดลองหาค่าอุณหภูมิ และความเร็ว โดยออกแบบชิ้นงานขนาดกว้าง 30 ยาว 30 และสูง 30 มิลลิเมตร เพื่อพิมพ์ขึ้นรูป

“การพิมพ์ขึ้นรูปช็อกโกแลต ใช้เทคนิคพิมพ์ขึ้นรูปแบบฉีดหรือโรยเรียงเป็นชั้น ซึ่งเป็นการนำช็อกโกแลตมาผ่านหัวที่ให้ความร้อน จนละลายเป็นของเหลวแล้วฉีดเรียงเป็นชั้นๆ ซึ่งเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลตสามมิติ มีขนาดพื้นที่การทำงานทั้งหมดกว้าง 150 มิลลิเมตร ความยาว 150 มิลลิเมตร และความสูง 100 มิลลิเมตร และมีความจุของกระบอกฉีดสูงสุด 50 มิลลิลิตร ซึ่งมีความเร็วเคลื่อนที่ 10 มิลลิเมตรต่อวินาที และอุณหภูมิที่ 34 องศาเซลเซียส ที่อัตราการไหล 23.4 ลูกบาศก์มิลลิเมตรต่อวินาที

ได้ชิ้นงานที่มีขนาดใกล้เคียงกับขนาดออกแบบเนื่องจากอุณหภูมิที่ใช้มีความเหมาะสมกับการไหลตัวของช็อกโกแลต และความเร็วเคลื่อนที่เหมาะสมกับเวลาการแข็งตัวของช็อกโกแลต โดยอุณหภูมิแข็งตัวอยู่ที่ 30 องศาเซลเซียส อีกทั้งช็อกโกแลตชนิดCompoundที่มีส่วนประกอบน้ำตาล 51% ไขมันพืช 35% ผงโกโก้ 14% โกโก้แมส 14% มีความเหมาะสมกับเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติต้นแบบนี้ มากที่สุด” นายสราวุธ อธิบาย

ในส่วนกระบวนการทำงาน ตัวแทนกลุ่มสรุปว่า เริ่มจากหลอมช็อกโกแลตให้เป็นแท่งให้มีขนาดที่เหมาะสมกับหลอดบรรจุ จากนั้นนำแท่งช็อกโกแลตใส่ในหลอดบรรจุ แล้วประกอบเข้ากับชุดหัวฉีด ปรับอุณหภูมิของช็อกโกแลตให้เหมาะสมเพื่อให้พร้อมกับการฉีดขึ้นรูป และตั้งค่าโปรแกรมให้เครื่องทำงานตามรูปทรงที่ต้องการ เพื่อพิมพ์ขึ้นรูป

ด้านดร.กุลชาติกล่าวว่า ประโยชน์และข้อดีของโครงงานวิศวกรรมเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต3มิติต้นแบบนี้จะช่วยต่อยอดเพื่อสร้างสรรค์สำหรับวงการอาหาร รวมถึงผู้ประกอบการเบเกอรี่ ให้สามารถออกแบบชิ้นงานที่พิเศษหรือมีความเฉพาะตามที่ต้องการได้ และจะช่วยสร้างมูลค่าเพิ่มของสินค้าเบเกอรี่ได้ ขณะเดียวกันยังลดระยะเวลาทำงานและลดใช้แรงงานคน โดยเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติต้นแบบนี้ใช้งบฯรวมทั้งหมด 30,000 บาท แต่หากได้พัฒนาต่อยอดสู่เชิงพาณิชย์เชื่อว่าต้นทุนผลิตจะต่ำลงกว่านี้ และจะช่วยลดการนำเข้าเครื่องพิมพ์ 3 มิติจากต่างประเทศได้อีกด้วย

“ในอนาคตหากได้พัฒนาต่อยอดในเชิงพาณิชย์ เชื่อได้ว่าคงได้เห็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีราคาไม่แพง ขนาดเล็ก เคลื่อนย้ายสะดวก มีความแม่นยำสูง สร้างสรรค์รูปทรงได้หลากหลายและรวดเร็ว เพื่อใช้ในระดับครัวเรือน รวมถึงอุตสาหกรรมธุรกิจอาหารต่อไปได้” ดร.กุลชาติ สรุปทิ้งท้าย

ล่าสุด ผลงานด้านวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีในการสร้างสรรค์โครงงานดังกล่าวนี้ ทำให้นายสราวุธได้รับทุนการศึกษา “ทุนเยาวชนคุณภาพแห่งปี 2019” พร้อมใบประกาศเกียรติคุณบุคคลคุณภาพแห่งปี 2019 จากมูลนิธิสภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย

สำหรับผู้สนใจข้อมูลหรือรายละเอียดเพิ่มเติม สอบถามโดยตรงที่ 086 628 9294

อลงกรณ์ รัตตะเวทิน มทร.ธัญบุรี