3D Printer คืออะไร

3D Printer คืออะไร

ก่อนจะพูดถึง 3D printer เรามาลองนึกภาพ หรือลองย้อนไปดูหนังเรื่อง Star Trex ที่มีเครื่องจักรตัวหนึ่ง ที่สามารถสร้างสิ่งของอะไรก็ได้ตามที่ต้องการ ไม่ว่าจะเป็นอาวุธ หรือของใช้ต่างๆ ที่เมื่อก่อนตอนดูหนัง เราอาจจะคิดว่ามันเป็นสิ่งที่เป็นไปไม่ได้ มันเป็นแค่หนังที่ทำออกมาให้สนุก แต่หนังหรือภาพยนตร์หลายๆ เรื่อง ก็อาจจะไปสร้างแรงบัลดาลใจให้กับคนบางคน เพื่อที่จะคิดว่าสื่งนั้นสามารถเป็นไปได้ ไม่ว่าจะเป็น ยานอวกาศ หรือเรือดำน้ำ ซึ่งสิ่งเหล่านี้ ก่อนจะเกิดขึ้นจริง ก็เป็นเพียงสิ่งที่ถูกบรรยายหรือเขียนเอาไว้ในหนังสือ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติหรือ 3D printer ก็เช่นกันมันเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่ถูกเพ้อฝันของนักเขียนนิยาย และได้นำสิ่งเหล่านี้ใส่เข้าไปในหนังสือ แต่ตอนนี้สิ่งเพ้อฝ้นชิ้นนี้ กำลังจะเปลี่ยนเทคโนโลยีการผลิตในปัจจุบันไปตลอดการ

3D Printer คืออะไร

3D printer คือเครื่องจักรที่ใช้กระบวนการเติมเนื้อวัสดุ เพื่อทำให้เกิดเป็นรูปร่างที่สามารถจับต้องได้ตามที่ต้องการ โดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งการเติมเนื้อหรือพิมพ์วัสดุลงไปนั้นเรียกว่า Additive Process ซึ่งการพิมพ์นั้นจะค่อยเป็นไปทีละ Layer หรือทีละชั้น ยกตัวอย่าง ถ้าเราต้องการสร้างตึกที่มีจำนวน 25 ชั้น เราก็ต้องเริ่่มสร้างจากฐานรากก่อน แล้วค่อยๆ ต่อเสาขึ้นไปทีละชั้น ซึ่งก็เป็นหลักการเดียวกับการพิมพ์งานของ เครื่องปริ้น 3 มิติ

3D Printer ทำงานอย่างไร

เครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นก่อนที่จะพิมพ์งานได้ ต้องมีข้อมูลในรูปแบบของ Digital ซึ่งสามารถใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์จำพวก CAD (Computer Aided Design) ในการออกแบบ นอกจากจะใช้คอมพิวเตอร์ในการออกแบบแล้ว ยังสามารถใช้ สแกนเนอร์ 3 มิติ ในการเปลี่ยนวัตถุในโลกความจริงไปเป็นไฟล์ดิจิตอล ที่สามารถนำไปใช้งานกับ 3D printe

เมือได้โมเดลหรือชิ่้นงานในรูปของไฟล์ดิจิตอลแล้ว ก็จะนำไฟล์นั้นไปทำการ Slice หรือตัดเลเยอร์งานออกมาให้เป็นแผ่นบางๆ เพื่อที่จะให้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ พิมพ์แผ่นหรือชั้นบางๆ นั้นทับต่อกัน จนเกิดเป็นวัตถุ 3 มิติขึ้นมา ถ้ายังนึกไม่ออก ลองนึกถึง ก้อนขนมปังก้อนยาวๆ แล้วถูกหั่นเป็นแผ่นบางๆ ซึ่งถ้าเราเอาแผ่นบางๆ มาวางซ้อนกันแล้วทาแยม ลงระหว่างแผ่นขนมปัง ก็จะทำให้เกิดเป็นขนมปังก้อนยาว ก้อนเดียว ซึ่งตัวแยมนั้น ก็เปรียบเสมือนกาว ที่เอาไว้ยึดระว่างแผ่นขนมปัง

เทคโนโลยี 3D Printer

เทคโนโลยีของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นจะใช้หลักการเดียวกัน คือตัดหรือ Slice งานเป็๋นแผ่นบางๆ แล้วพิมพ์แผ่นนั้นซ้อนทับกันไปเรื่อยๆ ซึ่งข้อแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีแต่ละตัวนั้น จะต่างกันในส่วนของวัสดุที่ใช้พิมพ์ และกระบวนการในการพิมพ์ เทคโนโลยีของ 3D printer นั้นสามารถแบ่งออกมาได้ดังนี้

  • Vat Photopolymerisation
  • Material Jetting
  • Binder Jetting
  • Material Extrusion
  • Powder Bed Fusion
  • Sheet Lamination
  • Directed Energy Depostion

Vat Photopolymerisation

เทคโนโลยีนี้ เป็นการใช้เรซิ่นที่มีความไวต่อแสง UV เทลงในถาด แล้วใช้แสง UV ในการทำให้เรซิ่นแข็งตัว ซึ่งแหล่งของแสง UV นั้นมาอาจจะมาจาก เลเซอร์หรือหลอดไฟ ฺUV เทตโนโลยีถูกคิดค้นโดย Charles Hull ในปี 1986 ซึ่งถือว่าเป็นบิดาแห่งวงการ 3D Printer และยังคงเป็นผู้ก่อตั้ง บริษัท 3D System ที่เป็นบริษัทที่ขาย เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในปัจจุบัน การทำงานของเทคโนโลยีนี้เรียกว่า SLA หรือ Stereolithography ?หลักการคือการฉายภาพวัตถุที่ถูก Slice หรือตัดเป็นแผ่นบางๆ ลงไปใเรซิ่นที่มีความไวต่อแสง UV เรซิ่นจะแข็งตัว เป็นภาพที่ถูกฉาย เมื่อแข็งตัว ถาดจะยกขึ้น ตามค่าความละเอียดที่กำหนด แล้วเริ่มทำการฉายภาพในชั้นตต่อไป ซึ่งตัวเรซิ่นจะเชื่อมต่อกันไปเรี่อยๆ จนเกิดเป็นวัตถู 3 มิติขึ้น ซึ่งเทคโนโลยีนี้ ก็เหมือนกับการปั้นน้ำเป็นตัว.

Material Jetting

เป็นวิธีการพิมพ์เหมือนกับการพิมพ์เอกสาร โดยน้ำหมึกที่ใช้ในการพิมพ์นั้น เป็นน้ำหมึกที่มีส่วนผสมของพลาสติก ซึ่งหัวพิมพ์นั้น จะคล้ายกับหัวพิมพ์ ของเครื่องพิมพ์กระดาษ ตัวน้ำหมึกนั้นจะถูกทำให้แข็งตัวโดยหลอดไฟ UV ?ซึ่งก่อนที่จะพิมพ์ในชั้นต่อไป จะมีหลอด UV วิ่งผ่าน เพื่อให้หมึกแข็งตัวก่อน ที่จะพิมพ์ชั้นต่อไป

Binder Jetting

เทตโนโลยีแบบนี้ จะใช้วัสดุ 2 ชนิด ได้แก่ วัสดุที่เป็นผง และอีกชนิดเป็น ตัวเชื่อมผงที่เป็นของเหลว โดยหลักการทำงานก็คือ จะมีตัวเกลี่ยผงแป้งให้เป็นแผ่นบางๆ หลังจากนั้นจะมีหัวพ่นที่จะพ่นกาวลงไปบนผงแป้ง เพื่อให้แป้งเชื่อมติดกัน หลังจากนั้นตัวถาดก็จะเลื่อนลงตามค่าความละเอียดที่ถูกกำหนดไว้ ตัวเกลี่ยแป้งก็จะเข้ามาเพิ่มเนื้อแป้ง แล้วเกลี่ยให้ผงแป้งเรียบเสมอกัน เพื่อเริ่มพิมพ์ในชั้นถัดไป ข้อดีของเทคโนโลยีนี้ก็คือ ไม่ต้องสร้างตัวรองรับ เพราะผงแป้งจะทำหน้าที่เป็นตัวรองรับชิ้นงานเอง ซึ่งเทคโนโลยี ได้ถูกนำไปใช้ในการพิมพ์ทราย ซึ่งสามารถพิมพ์เป็นบล็อคทราย สำหรับเทโลหะลงไปในแบบทรายได้เลย โดยไม่ต้องทำต้นแบบก่อนป

Material Extrusion

เทคโนโลยีนี้ถือว่าเป็นเทคโนโลยี ที่ถูกนำมาใช้มากที่สุด เพราะราคาที่จับต้องได้ ชื่อเรียกของเทคโนโลยีนี้เรียกว่า FDM (Fuse Deposition Material) เทคโนโลยี 3D Printer ชนิดนี้ ถือว่าเป็นที่รู้จักมากที่สุดกว่าว่าได้ เพราะเป็น Open Source ที่เหล่านักสร้าง สามารถนำไปสร้างเครื่องโดยไม่ติดลิขสิทธิ์ โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM ที่เป็นที่รู้จักในตลาดมากที่สุดคือ Makerbot หลักการทำงานของเทคโนโลยีนี้ก็คือ การฉีดเส้นวัสดุที่มีความหนืด ออกมาจากหัวฉีดที่มีขนาดเล็ก ทับซ้อนกันไปเรื่อยๆ จนเกิดเป็นรูปวัตถุ 3 มิติขึ้นมา วัสดุที่นิยมใช้กับ เทคโนโลยีนี้คือ พลาสติกจำพวก Thermal Plastic เช่น ABS Nylon PLA PET เป็นต้น ซึ่งพลาสติกแต่ละชนิดจะให้คุณสมบัติของชิ้นงานที่พิมพ์แตกต่างกัน สำหรับเทคโนโลยีนี้ จะกล่าวในบทความต่อไป เพราะเป็นเทคโนโลยี ที่ทำให้ 3D printer นั้นเป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน อ่านบทความ FDM 3D Printer ทำงานอย่างไร

Power Bed Fusion

หลักการของเทคโนโลยีนี้คือ ใข้วัสดุที่เป็นผง แล้วใข้เลเซอร์ที่มีกำลังสูงยิงลงไปบนวัสดุที่เป็นผงให้เกิดการเชื่อมติดกันอย่างหลวมๆ ที่เรียกว่า Sinter ซึ่งเทคโนโลยีนี้มีอีกชื่อ SLS หรือ Selective Laser Sintering ซึ่งวิธีนี้สามารถนำมาใช้ในการพิมพ์วัสดุที่เป็นโลหะ หรือพลาสติก ซึ่งพลาสติกที่นิยมใช้จะเป็นจำพวก Nylon ซึ่งมีความเหนียวและแข็งแรง การพิมพ์วิธีนี้จะคล้ายกับเทคโนโลยี Binding Jetting ซึ่งไม่จำเป็นที่จะต้องสร้างตัวรองรับงานหรือ Support เหมือนกับเทคโนโลยีอื่นๆ เพราะตัวผงวัสดุจะทำหน้าที่เป็นตัวรองรับชิ้นงานเอง เมื่อพิมพ์เสร็จแล้วจะต้องนำชิ้นงานเข้าไปใส่ในตู้อบความร้อย เพื่อให้ชั้นต่างๆ ที่พิมพ์นั้นเชื่อมติดกันได้

Sheet Lamination

เทคนิคนี้เป็นการขึ้นรูปโดยการใช้วัสดุที่เป็นแผ่นวางซ้อนกันไปเรื่อยๆ จนเกิดเป็นชิ้นงาน 3 มิติ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้วิธีนี้ ได้แก่ Mcor ซึ่งวัสดุที่ใช้เป็น Sheet หรือแผ่นนั้นเป็นกระดาษธรรมดา ซึ่งผู้ใช้สามารถที่จะพิมพ์งานออกมาเป็นสีได้ โดยเอากระดาษไปพิมพ์สีออกมาก่อน ซึ่ง Software จะคำนวนว่าจะพิมพ์สีตรงไหน เมื่อเสร็จให้นำกระดาษที่พิมพ์เสร็จใส่เข้าเครื่องพิมพ์ เครื่องก็จะเริ่มดึงกระดาษเข้ามาทีละแผ่น แล้วใช้มีดตัดให้เป็นรูปร่างตามชิ้นงานที่ Slice แล้ว หลังจากนั้นตัว เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ก็จะเริ่มดึงกระดาษแผ่นต่อไป ผ่านระบบทากาว ของเครื่อง แล้วนำมาแปะบนกระดาษที่ได้ตัดเอาไว้ก่อนหน้านี้ กระบวนการก็จะวนแบบนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงาน 3 มิติออกมา

Direct Energy Depostion

เทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ?แบบนี้ นิยมใช้ในอุตสาหกรรมไฮเทค ซึ่งเป็นเทคโนโลยี ที่มีความซับซ้อน หลักการก็คือ การพ่นผงโลหะลงไปพร้อมกับใช้พลาสมาในการหลอมละลายโลหะ โดยที่หัวพ่นก็จะเคลื่อนที่ไปตามรูปแบบงานที่ผ่านการ Slice ซึ่งผงโลหะที่ใช้สามารถเป็นโลหะที่มีความพิเศษเช่น ไททาเนียม เป็นต้น เทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบนี้ได้มีการนำไปรวมกับเทคโนโยลีการขึ้นรูปแบบ Subtractive หรือการกัดเอาเนื้องานออก เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของงานที่ได้ออกมา โดยที่ หัวพิมพ์จะทำการพ่นวัสดุลงเป็นรูปร่าง แล้วเครื่องพิมพ์ จะเปลี่ยนเป็นหัวกัด เพื่อนำมากัดงานให้มีขนาดตามที่ต้องการ แล้วจึงกลับไปใช้หัวพ่น พิมพ์งานในชั้นต่อไป

จากบทความด้านบนจะเห็นได้ว่า หลักการของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นจะใช้หลักการเดียวกัน ก็คือใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ในการตัดชิ้นงานให้เป็นในรูปแบบ 2D หรือเป็นแผ่นระนาบ แล้วค่อยให้เครื่องพิมพ์ เริ่มพิมพ์งานออกมาเป็นชั้นๆ เมื่อพิมพ์เสร็จชั้นแรก ก็จะขยับขึ้นไปพิมพ์ในชั้นต่อไป ทำแบบนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงาน 3 มิติออกมา ซึ่งเทคโนโลยีแต่ละแบบนั้นจะแตกต่างกันในรูปของวัสดุที่ใช้พิมพ์ กับกระบวนการที่ใช้

.

Share this post