“วัสดุอัจฉริยะ” มาแรง หนุนดีมานด์การใช้งานในอุตสาหกรรมโลหการทั่วโลก

นับตั้งแต่เมื่อ 3,000 ปีก่อนคริสตกาล ที่ค้นพบการถลุงแร่ทองแดง และนำมาใช้ในเครื่องประดับ เรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน เทคโนโลยีด้านวัสดุมีวิวัฒนาการมาเป็นลำดับ กระทั่งมีการพัฒนาเทคโนโลยี “วัสดุอัจฉริยะ” (Smart Material) อย่างต่อเนื่องเป็นลำดับ จนเข้ามามีบทบาทและเกี่ยวข้องกับการดำเนินชีวิตประจำวันของเรามากขึ้นเรื่อยๆ โดยปัจจุบันวัสดุอัจฉริยะได้ถูกนำมาใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมต่างๆ อย่างต่อเนื่อง รวมถึงอุตสาหกรรมโลหการ ที่เป็นรากฐานสำคัญของการขับเคลื่อนเศรษฐกิจและการพัฒนาประเทศ

“วัสดุอัจฉริยะ” เป็นวัสดุที่ปรับเปลี่ยนได้หรือวัสดุที่ชาญฉลาดที่สามารถเปลี่ยนแปลงได้จากสิ่งเร้าภายนอก เช่น ความชื้น อุณหภูมิ แสง สนามแม่เหล็กไฟฟ้า และความดัน เพื่อให้ได้ผลลัพธ์การทำงานที่เราต้องการ นอกจากนี้ วัสดุเหล่านี้ยังมีคุณสมบัติบางประการที่โดดเด่น แตกต่างจากวัสดุทั่วไป เช่น ไม่คงรูปตายตัว คืนรูปได้ หากแตกหักหรือเสียหาย สามารถซ่อมแซมตัวเองได้ และตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมได้ดี และมีปฏิสัมพันธ์ในทันที ซึ่งการเปลี่ยนแปลงนี้ สามารถผันกลับได้ และเกิดซ้ำได้ครั้งแล้วครั้งเล่า โดยวัสดุอัจฉริยะมีหลากหลายชนิดซึ่งแต่ละชนิดมีคุณสมบัติ และความสามารถในการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างหนึ่งในวัสดุอัจฉริยะยอดนิยม คือ โลหะผสมจำรูป (Shape-memory alloys; SMA) ซึ่งเป็นโลหะที่มีความสามารถพิเศษในการจำรูปร่างของตัวเองก่อนถูกเปลี่ยนแปลงได้ หากถูกบิดจนเปลี่ยนรูปร่าง มันจะกลับสู่รูปร่างเดิม แตกต่างจากวัสดุทั่วไปที่เมื่อถูกบิดงอจนรูปร่างเปลี่ยนไป จะคงอยู่ในรูปนั้น และเปลี่ยนกลับมาเหมือนเดิมไม่ได้ ซึ่งวัสดุอัจฉริยะประเภทนี้สามารถนำมาใช้ในอุปกรณ์กีฬาและตัวถังรถยนต์ ตลอดจนการใช้งานทางการแพทย์บางอย่าง รวมถึงอุปกรณ์เปิดหัวฉีดดับไฟ ตัวควบคุมวาล์วน้ำร้อนในฝักบัวหรือเครื่องชงกาแฟ และกรอบแว่นตา เป็นต้น

ขณะที่วัสดุอัจฉริยะที่เป็นโลหะอย่าง “ไทเทเนียม” และ “โลหะผสมไทเทเนียม” ก็มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในทางการแพทย์และทางทันตกรรม เนื่องจากมีความแข็งแรง ทนทาน และมีความเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อทางชีวภาพ ทั้งยังมีความสามารถในการต้านทานการกัดกร่อนดีเยี่ยม โดยในทางการแพทย์ใช้เป็นวัสดุปลูกฝัง เช่น ข้อเข่าเทียม และข้อสะโพกเทียม ส่วนในทางทันตกรรม ไทเทเนียมมีบทบาทสำคัญเพิ่มมากขึ้นอย่างต่อเนื่องเช่นกัน โดยใช้เป็นรากฟันเทียมเพื่อทดแทนฟันที่สูญเสียไป

จะเห็นได้ว่าปัจจุบันวัสดุอัจฉริยะถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมปลายทางต่างๆ เพิ่มขึ้น ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศ การบินและอวกาศ ยานยนต์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค

ขณะเดียวกัน แผนสนับสนุนจากรัฐบาลในหลายประเทศทั่วโลก โดยเฉพาะในบรรดาประเทศเศรษฐกิจเกิดใหม่ ทำให้มีความต้องการใช้งานวัสดุอัจฉริยะสูง และการที่บรรดาผู้เล่นที่โดดเด่นได้เทงบด้านการวิจัยและพัฒนา เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ และคุณภาพ ตลอดจนลดต้นทุนการผลิต ยิ่งทำให้วัสดุประเภทนี้เป็นที่น่าจับตามากขึ้น โดย Gartner คาดการณ์กว่าตลาดวัสดุอัจฉริยะจะมีมูลค่า 72,630 ล้านดอลลาร์สหรัฐฯ ในปี 2565 โดยมีอัตราการเติบโตต่อปี 14.9% (ในช่วงระยะเวลาคาดการณ์ปี 2559-2565)

ทั้งนี้ วัสดุอัจฉริยะมีความเกี่ยวเนื่องกับอุตสาหกรรมโลหการโดยตรง เนื่องจากเป็นอุตสาหกรรมพื้นฐานที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ ตั้งแต่การผลิตวัสดุ รวมถึงการแปรรูปสู่ชิ้นส่วนและผลิตภัณฑ์ต่างๆ ซึ่งมีบทบาทสำคัญอย่างมากต่อการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ ดังนั้น กระทรวงอุตสาหกรรมจึงจัดทำยุทธศาสตร์การพัฒนาอุตสาหกรรมไทย 4.0 ระยะ 20 ปี (2560-2579) เพื่อเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของประเทศไทย และรองรับการเปลี่ยนแปลงที่จะเกิดในอนาคต โดยกำหนดให้อุตสาหกรรมโลหการจะต้องมีการใช้เทคโนโลยีและนวัตกรรมเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่างๆ เช่น การพัฒนาวัสดุผสม หรือการพัฒนาวัสดุให้มีน้ำหนักเบา ลดการใช้พลังงาน ทนทาน ยั่งยืน และเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เหล่านี้ทำให้วัสดุอัจฉริยะเป็นที่ต้องการของตลาด และฉายความโดดเด่นยิ่งขึ้นกว่าเดิม

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง “อะลูมิเนียม” ซึ่งได้รับความนิยมเป็นอย่างสูง เนื่องจากเป็นโลหะที่มีปริมาณมากที่สุดในโลกชนิดหนึ่ง และตอบโจทย์ความต้องการในการใช้งานได้เป็นอย่างดี ด้วยน้ำหนักที่เบา ใช้งานได้หลากหลาย ทั้งยังมีความทนทาน มักถูกนำมาใช้เป็นวัสดุทดแทนเหล็ก ซึ่งการใช้อะลูมิเนียมในรถยนต์และรถบรรทุกขนาดเล็กมีอัตราเติบโตสูงสุด หรือสูงกว่าการใช้งานอะลูมิเนียมอื่นๆ นั่นเอง โดยการสำรวจของ WardsAuto และ DuPont Automotive ยืนยันว่าอะลูมิเนียมเป็นวัสดุที่วิศวกรและนักออกแบบเลือกใช้ เพื่อตอบสนองความต้องการประหยัดเชื้อเพลิงและสอดคล้องกับมาตรฐานการปล่อยมลพิษ EURO7 ที่จะถูกบังคับใช้ในยุโรปในปี 2568

จะเห็นได้ว่า ความต้องการอะลูมิเนียมที่สูงขึ้นนั้น สอดคล้องกับการเติบโตของอุตสาหกรรมยานยนต์ไฟฟ้า (EV) ซึ่งเติบโตเร็วกว่าที่คาดคิด โดยในตลาด EV นอกจากราคาแล้ว ปัจจัยสำคัญที่สุดที่ขับเคลื่อนพฤติกรรมของผู้บริโภค คือ "พิสัย" เพราะหลายคนกลัวว่าพลังงานไฟฟ้าที่เก็บในแบตเตอรี่จะหมดก่อนจะถึงที่หมาย เนื่องจากพิสัยที่มีจำกัดในรถพลังงานไฟฟ้า ดังนั้นเพื่อให้ได้พิสัยที่เพิ่มขึ้น จึงจำเป็นต้องบรรจุขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ที่มีประสิทธิภาพ และนั่นทำให้การลดน้ำหนักของ EV จึงเป็นสิ่งจำเป็น และคำตอบที่ใช่ในขณะนี้ที่จะทำให้ EV มีน้ำหนักเบา เพื่อเพิ่มพิสัยให้ดียิ่งขึ้น ก็คือการใช้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุในการผลิตตัวถัง

หากใครที่สนใจเกี่ยวกับวัสดุอัจฉริยะ ตลอดจนความเคลื่อนไหวของเทคโนโลยีอื่นๆ ในโลกอุตสาหกรรม โปรดติดตาม METALEX Blogs ได้เลยครับ และปีหน้าเตรียมพบกับงาน เมทัลเล็กซ์ มาร์ช (METALEX March) ที่มีกำหนดจัดในระหว่างวันที่ 9 – 12 มีนาคม 2565 ณ ไบเทค บางนา นั้น ก็จะมีโซนวัสดุอัจฉริยะเช่นกัน