มทร.ธัญบุรี พัฒนา ‘เครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ’ สู่วงการอาหาร เบเกอรี่

สำหรับไอเดีย "เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ขึ้นรูปช็อกโกแลต" เป็นผลงานของนักศึกษาชั้นปีที่ 4 จากภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคล (มทร.) ธัญบุรี ประกอบด้วย นายสราวุธ ทามี, นายณัฐดนัย สุขมิ่ง, น.ส.นัทธิชา ฟักทองอ่อน และ น.ส.สุกันยา มีศาลา ซึ่งร่วมกันออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สำหรับพิมพ์ขึ้นรูปช็อกโกแลต ด้วยเทคนิคขึ้นรูปแบบฉีดหรือโรยเรียงเป็นชั้น โดยมี ดร.กุลชาติ จุลเพ็ญ อาจารย์ประจำภาควิชาวิศวกรรมอุตสาหการ มทร.ธัญบุรี เป็นที่ปรึกษาโครงงาน

นายสราวุธ กล่าวถึงการออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ เริ่มจากการศึกษากระบวนการขึ้นรูปช็อกโกแลต ซึ่งการผลิตแบบเดิมนั้นใช้วิธีการหล่อขึ้นรูป จึงจำเป็นต้องมีแบบพิมพ์ ซึ่งการทำแบบพิมพ์มีมูลค่าที่สูง และต้องใช้ผลิตหลายชิ้นจึงจะคุ้มค่ากับต้นทุนการผลิต จึงร่วมกันออกแบบและสร้างเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ เพื่อลดค่าใช้จ่ายการทำแบบพิมพ์ สามารถขึ้นรูปทรงที่ซับซ้อนและเป็นเอกลักษณ์ได้เมื่อเทียบกับการผลิตแบบเดิม

"เครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติ ที่ได้ออกแบบมีส่วนประกอบสำคัญหลัก ๆ ได้แก่ ชุดหัวฉีด ฮีตเตอร์ หลอดบรรจุช็อกโกแลต โครงสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ชุดเคลื่อนที่แกน X และแกน Y รวมถึงโต๊ะพิมพ์ชิ้นงาน ซึ่งออกแบบตามหลักการทำงานแบบคาร์ทีเชียน เคลื่อนที่แบบเชิงเส้นทั้ง 3 แกน ทั้งแกน X, Y และแกน Z พร้อมกับได้ทดสอบระยะเดินเครื่องตามแกนเคลื่อนที่โดยการวัดระยะจากจุดอ้างอิงถึงระยะที่กำหนด"

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

“การพิมพ์ขึ้นรูปช็อกโกแลตใช้เทคนิคการพิมพ์ขึ้นรูปแบบฉีดหรือโรยเรียงเป็นชั้น ซึ่งเป็นการนำช็อกโกแลตมาผ่านหัวที่ให้ความร้อน จนละลายเป็นของเหลวแล้วฉีดเรียงเป็นชั้น ๆ ซึ่งเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลตสามมิติมีขนาดพื้นที่การทำงานทั้งหมดกว้าง 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 อีกทั้งช็อกโกแลตชนิด Compound ที่มีส่วนประกอบน้ำตาล 51% ไขมันพืช 35% ผงโกโก้ 14% โกโก้แมส 14% มีความเหมาะสมกับเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติต้นแบบนี้ มากที่สุด” นายสราวุธ อธิบาย

ส่วนกระบวนการทำงาน ตัวแทนกลุ่มสรุปให้ฟังว่า เริ่มต้นจากการหลอมช็อกโกแลตให้เป็นแท่งให้มีขนาดที่เหมาะสมกับหลอดบรรจุ จากนั้นนำแท่งช็อกโกแลตใส่ในหลอดบรรจุ แล้วประกอบเข้ากับชุดหัวฉีด ปรับอุณหภูมิของช็อกโกแลตให้เหมาะสมเพื่อให้พร้อมกับการฉีดขึ้นรูป และตั้งค่าโปรแกรมให้เครื่องทำงานตามรูปทรงที่ต้องการ เพื่อทำการพิมพ์ขึ้นรูป

ด้าน ดร.กุลชาติ กล่าวว่า ประโยชน์และข้อดีของโครงงานวิศวกรรมเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติต้นแบบดังกล่าวนี้ว่าจะช่วยต่อยอดเพื่อการสร้างสรรค์สำหรับวงการอาหาร รวมถึงผู้ประกอบการเบเกอรี่ ให้สามารถออกแบบชิ้นงานที่มีความพิเศษหรือมีความเฉพาะตามที่ต้องการได้ และจะช่วยสร้างมูลค่าเพิ่มของสินค้าเบเกอรี่ได้ ขณะเดียวกันยังลดระยะเวลาในการทำงานและลดการใช้แรงงานคน โดยเครื่องพิมพ์ช็อกโกแลต 3 มิติต้นแบบนี้ใช้งบรวมทั้งหมด 30,000 บาท แต่หากได้รับการพัฒนาต่อยอดสู่เชิงพาณิชย์เชื่อว่าต้นทุนการผลิตจะมีราคาที่ต่ำลงกว่านี้ และจะช่วยลดการนำเข้าเครื่องพิมพ์ 3 มิติจากต่างประเทศได้อีกด้วย

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

ล่าสุด ผลงานด้านวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีในการสร้างสรรค์โครงงานดังกล่าวนี้ ทำให้ นายสราวุธ ได้รับทุนการศึกษา “ทุนเยาวชนคุณภาพแห่งปี 2019” พร้อมใบประกาศเกียรติคุณบุคคลคุณภาพแห่งปี 2019 จากมูลนิธิสภาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งประเทศไทย