3D Printer คืออะไร / มีกี่แบบ / เลือกยังไง

ในส่วนของบทความนี้ ทางผมอยากจะขอเป็นบทความแบบที่ทุกคนอ่านได้ โดยที่จะไม่ขอลงรายละเอียดในเชิงเทคนิคมากนัก เอาแค่เนื้อหาใจความที่สำคัญ เพื่อที่คนอ่านจะได้มีความเข้าใจในระดับที่อ่านจบแล้ว สามารถรู้ว่าเครื่องปริ้น 3D Printer คืออะไร แล้วมันทำอะไรได้บ้าง รวมไปถึงว่า ถ้าอยากจะซื้อมาใช้ ควรจะเลือกแบบไหนให้มันเหมาะสมกับงาน

ก่อนจะพูดถึง 3D printer เรามาลองนึกภาพ หรือลองย้อนไปดูหนังเรื่อง Star Trek 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

ฉากในหนังเรื่อง Lost in Space ที่มีการใช้ 3D printer มาพิมพ์เฝือก

3D Printer คืออะไร

3D printer คือเครื่องจักรที่ใช้กระบวนการเติมเนื้อวัสดุ เพื่อทำให้เกิดเป็นรูปร่างที่สามารถจับต้องได้ตามที่ต้องการ โดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งการเติมเนื้อหรือพิมพ์วัสดุลงไปนั้นเรียกว่า Additive Process ซึ่งการพิมพ์นั้นจะค่อยเป็นไปทีละ Layer หรือทีละชั้น

ยกตัวอย่างง่ายๆ คือถ้าเราต้องการสร้างตึกที่มีจำนวน 25 ชั้น เราก็ต้องเริ่่มสร้างจากฐานรากก่อน แล้วค่อยๆ ต่อเสาขึ้นไปทีละชั้น จนเสร็จทั้งหมด 25 ชั้นกลายเป็นตึกขึ้นมา ซึ่งการสร้างแบบที่ละชั้น ถูกนำไปเป็นหลักการในการพิมพ์งานของ เครื่องปริ้น 3 มิติ โดยที่วัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูปอาจจะแตกต่างกัน เช่นบางวัสดุใช้เป็นพลาสติก บางวัสดุเป็นน้ำหรือของเหลว และบางวัสดุอาจจะเป็นผง แต่หลักการในการขึ้นรูปให้เป็นโมเดล 3 มิติ ก็ยังเป็นการสร้างที่ละชั้น ต่อกันไปเรื่อยๆ จนกลายเป็นชิ้นงานโมเดล 3 มิติ ที่จับต้องได้

ชิ้นงานจากเครื่องพิมพ์ 3D Printer

รู้หรือไม่ ว่าจริงๆแล้ว เครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นเริ่มใช้กันมาในปี 1983 หรือเมื่อ 40 กว่าปีที่แล้ว แต่ยังไม่แพร่หลาย เพราะราคาสูงและติดสิทธิบัตร ทำให้ต้องรอสิทธิบัตรนั้นหมดอายุเสียก่อน ซึ่งคนที่คิดระบบการพิมพ์ 3 มิติขึ้นมาคนแรก ชื่อว่า Mr. Chuck Hull ซึ่งสิทธิบัตรที่แกเป็นคนจด ก็คือเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ SLA หรือ Stereolithography การที่มีสิทธิบัตรในมือ ก็ทำให้ Mr.Chuck Hull จัดตั้งบริษัท 3D System ขึ้นมาในปี 1986 ซึ่งถือว่าเป็นบริษัทที่ขายเครื่องพิมพ์ 3 มิติ บริษัทแรกในโลก ซึ่งในปัจจุบัน ก็ยังดำเนินธุรกิจนี้อยู่ และเป็นผู้เล่นหลักในวงการนี้อีกด้วย

Mr.Chuck Hull คนที่คิดค้นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ คนแรก

3D Printer ทำงานอย่างไร

สำหรับการใช้งาน 3D printer นั้น จำเป็นต้องมีไฟล์ 3 มิติก่อน ซึ่งเจ้าไฟล์ตัวนี้ สามารถที่จะเขียนขึ้นมาจากโปรแกรมออกแบบ 3 มิติ หรือ จะใช้เครื่องสแกนเนอร์ 3 มิติ ทำการแปลงวัตถุในโลกจริงให้กลายเป็นไฟล์ดิจิตอล เมื่อได้ไฟล์มาแล้ว ก็เข้าโปรแกรมที่เรียกว่า Slicer เพื่อกำหนดค่าต่างๆ รวมถึงเลือกวัสดุที่จะใช้พิมพ์ ตัวโปรแกรม Slicer ก็จะเอาค่าที่ตั้งไว้ มาคำนวนและหั่นโมเดล 3 มิติออกมาเป็นชั้นๆ หรือเลเยอร์ และเปลี่ยนให้เป็นตัวเลข เพื่อให้เครื่องพิมพ์ สามารถอ่านค่าได้

ซึ่งเวลาพิมพ์ ก็จะพิมพ์ที่ละชั้น หรือที่ละเลเยอร์ เมื่อชั้นแรกพิมพ์เสร็จ ก็จะเติมเนื้อในชั้นต่อไป กระบวนการ ก็จะวนแบบนี้ไปเรื่อยๆ ถ้านึกไม่ออก ก็ลองเอาปืนกาว มายิงตามรูปที่ต้องการ พอกาวแข็งตัว ก็ยิงกาวทับลงไปบนกาวชั้นที่แข็งก่อนหน้า แล้วทำแบบนี้ไปเรื่อยๆ ก็จะได้โมเดล 3 มิติขึ้นมา

สำหรับการที่จะให้วัสดุติดกันเป็นรูปโมเดล 3 มิตินั้น จะขึ้นอยู่กับประเภทวัสดุหรือหมึกที่ใช้ในการขึ้นรูป ถ้าเป็นหมึกพลาสติก ก็จะใช้หลักการให้ความร้อนกับพลาสติก เพื่อให้พลาสติกเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของหนืด แล้วก็ใช้หัวฉีด ทำการฉีดพลาติกออกมา

แต่ถ้าเป็นหมึกหรือวัสดุเป็นแบบผง ก็จะใช้ความร้อนยิงลงไปที่ผง เพื่อให้ผงหลอมละลายติดกัน ซึ่งความร้อนที่ยิงออกมา อาจจะมาจากเลเซอร์กำลังสูง แต่ถ้าเป็นของเหลว ก็อาจจะใส่สารพิเศษที่มีความไวต่อแสง เมื่อมีแสงมาโดน ก็จะเปลี่ยนจากของเหลว กลายเป็นของแข็ง

วัสดุหรือหมึกที่ใช้กับเครื่องปริ้น 3 มิติ จะมีในรูปของเส้นพลาสติก เรซิ่นและผง

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer มีกี่แบบ)

ในส่วนของเทคโนโลยีการขึ้นรูปชิ้นงาน 3 มิตินั้น จะมีหลากหลายเทคนิค ขึ้นอยู่กับวัสดุหรือหมึกที่จะขึ้นรูปเป็นโมเดล รวมไปถึงการเชื่อมวัสดุให้ติดกัน แต่หลักการในการขึ้นรูป ไม่ว่าจะเป็นเทคโนโลยีไหนก็ตาม ในตอนนี้ก็ยังต้องใช้โปรแกรม Slicer เข้ามา เพื่อจะตัดซอยชิ้นงานเป็นแผ่นบางๆ แล้วพิมพ์แผ่นพวกนั้นซ้อนกันไปเรื่อยๆ จนได้เป็นชิ้นงาน 3 มิติ ซึ่งเทคโนโลยีการปริ้น 3 มิติ สามารถแบ่งออกได้ประมาณนี้

  1. Material Extrusion (นิยมมากที่สุด)
  2. Vat Photopolymerisation
  3. Power Bed Fusion
  4. Material Jetting
  5. Binder Jetting
  6. Sheet Lamination
  7. Directed Energy Deposition

ซึ่งเทคโนโลยีทั้งหมดนี้ ยังออกลูกเป็นเทคโนโลยีย่อยๆ ลงไปอีก อย่างเทคโนโลยี Vat Photopolymerisation ก็ออกลูกออกมาเป็นอีก 3 เทคโนโลยีย่อย เช่น Stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP) และ Continuous Liquid Interface Production (CLIP) ส่วน Material Extrusion ก็มีแบ่งออกมาเป็น Fused Deposition Modeling (FDM) และ Fused Filament Fabrication (FFF) นอกจากนั้นตัวเทคโนโลยี Powder Bed Fusion ก็มีการออกลูกออกหลาน มาเป็น Multi Jet Fusion (MJF), Selective Laser Sintering (SLS) และ Direct Metal Laser Sintering (DMLS)

Material Extrusion

เป็นเทคโนโลยีที่เรียกได้ว่า เป็นตัวจุดกระแสความนิยมเครื่องปริ้น 3 มิติเลยก็ว่าได้ เพราะเป็นเทคโนโลยีที่สิทธิบัตร หมดก่อน ราคาไม่แพง และเป็นเทคโนโลยีที่จับต้องได้ง่ายที่สุด สามารถใช้ในบ้านได้ ไม่ว่าจะเด็กหรือผูัใหญ่ก็ใช้ได้ ซึ่งเจ้าตัว Material Extrusion ถ้าแปลกันง่ายๆ ก็คือการดันวัสดุออกมา ซึ่งวัสดุที่ใช้ถูกดันออกมาส่วนใหญ่จะเป็นของหนืด เช่นพลาสติก / ซิลิโคน / ดินขาว / ครีม รวมไปถึง ช็อคโกแลต

เทคโนโลยีลูกของ Material Extrusion ที่คนส่วนใหญ่จะรู้จักก็คือ FDM หรือ Fused Deposite Modeling / Fused Deposit Material หรือบางคนเรียก FFF ซึ่งจริงๆแล้วทั้ง 2 ตัวนี้ มันคือลูกแฝด ที่มีหลักการเดียวกัน แตกต่างกันแค่ชื่อเรียก และวัสดุที่นิยมใช้กับเทคโนโลยีนี้ก็คือ พลาสติก ซึ่งพลาสติกที่ใช้ ก็เลือกได้ว่าจะเอาแบบไหน เช่น PLA, ABS , Nylon, PC, PP, PET เป็นต้น

หลักการในการขึ้นรูปโมเดล 3 มิติของระบบ FDM หรือ FFF ก็คือการให้ความร้อนที่หัวฉีด และฉีดพลาสติกที่มีความหนืด ออกมาจากหัวฉีดที่มีขนาดเล็ก ทับซ้อนกันไปเรื่อยๆ จนเกิดเป็นรูปวัตถุ 3 มิติขึ้นมา สำหรับเครื่องปริ้น 3 มิติระบบนี้ จะมีให้เลือกหลายราคา โดยเริ่มต้นที่ประมาณ 6 พันกว่าบาทจนไปถึงหลัก 10 ล้านบาท ซึ่งขึ้นอยู่กับพื้นที่การพิมพ์และประเภทเส้นพลาสติกที่จะใช้

ในส่วนของวัสดุหรือเส้นพลาสติก หรือ Filament ที่จะใช้กับเครื่อง FDM จะอยู่ในรูปเส้นลวดยาวต่อเนื่อง ที่บรรจุอยู่ในม้วน ซึ่งปัจจุบันนี้มีขนาดให้เลือกด้วยกัน 2 ขนาดได้แก่ 1.75 มิลลิเมตร และ 2.85 มิลลิเมตร ตัวขนาด 1.75 มิลลิเมตร จะเป็นนิยมและหาง่ายที่สุด สำหรับบ้านเรา ก็จะนิยมใช้เส้นพลาสติกที่มีขนาด 1.75 มิลลิเมตร

เส้นพลาสติก ที่ใช้กับเครื่องปริ้น 3 มิติระบบ FDM หรือ Material Extrusion

Vat Photopolymerisation

สำหรับเทคโนโลยีนี้ ถ้าให้เรียกชื่อนี้หลายคนอาจจะไม่ค่อยรู้จัก แต่ถ้าเรียก SLA หลายคนก็จะร้อง อ๋อ ซึ่ง SLA หรือ Stereolithography ถือว่าเป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบแรก ที่ถูกคิดค้นขึ้นโดย Mr. Chuck Hull ซึ่งหัวใจหลักของเทคโนโลยีนี้ก็คือ ของเหลวที่มีความไวต่อแสง UV ซึ่งของเหลวที่ถูกใช้ในตอนนี้ จะเป็นเรซิ่น ซึ่งถ้าเจาะลึกลงไปของคำว่า Vat ถ้าให้เรียกกันตรงๆ แบบภาษาไทยก็คือ อ่าง ซึ่งอ่างอันนี้ จะเป็นตัวที่เอาไว้รองรับ เรซิ่นที่มีความไวต่อแสง ซึ่งการที่จะทำให้เรซิ่นแข็งตัวเมื่อโดยแสง UV จำเป็นต้องใส่สาร Photo Initiator ลงไปในเรซิ่น ซึ่งสารตัวนี้ จะมีความไวต่อแสงมาก แค่โดนแสงสีขาว ก็จะเกิดปฎิกริยาทางเคมี ทำให้เรซิ่นแข็งตัวในทันที

หลักการในการใช้เทคโนโลยีนี้ ก็คือ หาแหล่งกำเนิดแสง UV และแหล่งกำเนิดภาพ โดยเอาทั้ง 2 อย่างนี้รวมกันแล้วฉายลงไปที่เรซิ่นความไวแสง เมื่อภาพฉายลงไปโดนเรซิ่น ก็จะทำให้เรซิ่นในส่วนที่โดนภาพแข็งตัว ตรงไหนไม่โดนก็ไม่แข็ง ซึ่งเมื่อเรซิ่นแข็งตัว เครื่องพิมพ์ก็จะทำการพิมพ์ชั้นต่อไปทับกับชั้นที่แข็งตัว จนเกิดเป็นชิ้นงานโมเดล 3 มิติเกิดขึ้น ซึ่งข้อดีของเทคโนโลยีนี้ ก็คือ ความละเอียด และความแม่นยำ ทีสูงมาก งานที่พิมพ์ออกมาจะดูเหมือนกับงานฉีดพลาสติก ที่พร้อมจะขาย

ตัวอย่างงานปริ้น เรซิ่นใส จากเครื่อง SLA

สำหรับแหล่งกำเนิดภาพนั้นอาจจะมาจาก เลเซอร์ ที่สามารถเคลื่อนที่หรือวาดออกมาเป็นรูป หรือว่าจะเป็นภาพที่ฉายออกมาจากจอ โปรเจคเตอร์หรือจอ LCD ก็ได้ ส่วนเรซิ่น ก็มีให้เลือกหลายแบบ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติ ส่วนเรื่องราคานั้น จะอ้างอิงกับขนาดพิ้นที่การพิมพ์ / ความละเอียด และวัสดุเรซิ่นที่ใช้ ซึ่งตอนนี้ ราคาจะอยู่ระหว่าง 15,000 – 10 ล้านบาท

เครื่อง SLA ในปัจจุบันใช้หน้าจอ LCD เป็นแหล่งกำเนิดภาพแทน โปรเจคเตอร์ ทำให้ราคาเครื่องถูกลงไปมาก

ข้อเสียของเครื่องปริ้น 3 มิติ เทคโนโลยีนี้ก็คือ เรซิ่นที่มีกลิ่นแรง และจะต้องระวังเวลาใช้งาน หัามสัมผัสโดยตรง มาไปกว่านั้น หลังจากปริ้นเสร็จ จะต้องมีการทำความสะอาดชิ้นงาน เพื่อล้างคราบเรซิ่นที่ติดอยู่ที่ตัวงาน ซึ่งน้ำยาที่ใช้ ก็จะเป็น แอลกฮอล์ หรือสารเคมี ซึ่งก็ต้องระวังเวลาใช้

ในส่วนของหมึกปริ้น จะทำมาจากเรซิ่น ที่เป็นของเหลว มีให้เลือกหลายประเภท ขึ้นอยู่กับการนำไปใช้งาน มีให้เลือกตั้งแต่ เรซิ่นที่มีความหยืดหยุ่นเหมือนยาง จนไปถึงเรซิ่นที่ทนความร้อนสูง สำหรับทำแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

ตัวอย่างเรซิ่นยาง ทีมีความนิ่มและหยืดหยุ่น เหมาะสำหรับปริ้นงานที่ต้องรับแรงกระแทก

Power Bed Fusion

ในส่วนเทคโนโลยีนี้ เรียกได้ว่า เป็นเทคโนโลยีสำหรับใช้ในอุตสาหกรรมเป็นหลัก เพราะเน้นงานพิมพ์จำนวนมาก และวัสดุที่ใช้พิมพ์จะเป็นจำพวก เน้นใช้งานจริงเป็นหลัก ซึ่งหมึกหรือวัสดุที่ใช้จะอยู่ในรูปของผง ซึ่งผงก็จะมีทั้งผงที่เป็นพลาสติก จำพวกไนลอน จนถึงผงที่เป็นโลหะ เช่น สแตนเลส, ไทเทเนียม รวมไปถึง ผงที่เป็นทองคำก็มี

ตัวอย่างแม่พิมพ์พื้นรองเท้าทำจากโลหะ ที่ปริ้นขึ้นรูปจากเทคโนโลยี Power Bed Fusion

เทคโนโลยีนี้ถูกแบ่งออกมาจาก Power Bed Fusion และเป็นที่นิยมในตอนนี้ก็คือ SLS (Selective Laser Sintering) และ MJF (Multi Jet Fusion) ซึ่ง SLS จะเป็นการใช้เลเซอร์กำลังสูง ยิงลงไปที่ผง เพื่อให้ผงหลอมละลายติดกัน จนเป็นเนื้อเดียวกัน เมื่อพิมพ์เสร็จหนึ่งชั้น ตัวเครื่อง ก็จะเติมผงใหม่ลงไปและเกลี่ยปิดทับผงที่พิมพ์เสร็จแล้ว จากนั้นเลเซอร์ก็จะยิงลงไปอีก ซึ่งกระบวนการก็จะซ้ำไป ซ้ำมาแบบนี้ จนได้โมเดลงาน 3 มิติขึ้นมา

วิดีโอแสดงการทำงานของเครื่อง SLS ที่กำลังยิงเลเซอร์ ลงไปที่ผงโลหะ เพื่อให้หลอมติดกัน

ส่วนเทคโนโลยี MJF นั้น ถือว่าเป็นเทคโนโลยีใหม่ คิดค้นและจดสิทธิบัตรโดยบริษัท HP ซึ่งหลักการนั้นจะไม่ใช้เลเซอร์ในการหลอมผง แต่จะเป็นการพิมพ์หมึกพิเศษที่สามารถดูดความร้อนได้ไว เนื่องจากบริษัท HP นั้นจะมีองค์ความรู้เกี่ยวกับหัวพิมพ์ Inkjet ทางบริษัทก็เลยเอาองค์ความรูันี้มาใช้ โดยเปลี่ยนจากหมึกธรรมดาเป็นหมึกดูดความร้อน พิมพ์ลงไปบนผง เมื่อพิมพ์เสร็จแล้ว ตัวเครื่องก็จะเอาหลอดอินฟาเรดความร้อนสูง วิ่งผ่านหมึกที่ถูกพิมพ์ลงไป เมื่อหมึกโดนความร้อน ก็จะหลอดเอาผงวัสดุให้ละลายติดกัน เมื่อพิมพ์ชั้นนึงเสร็จแล้ว ตัวเครื่องก็จะทำการเติมผงใหม่ ทับงานพิมพ์ที่หลอมติดกันแล้ว แล้วก็ทำวนไปแบบนี้ไปเรื่อย จนได้ชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติ

วิดีโอการทำงานของเครื่อง HP ที่ใช้หมึกความร้อนพิมพ์ลงบนผงไนลอน แล้วใช้หลอด Infared ในการหลอมให้ผงไนลอนติดกัน

จุดเด่นของเทคโนโลยีทั้ง 2 ตัวนี้คือ สามารพิมพ์ชิ้นงานที่มีความซับซ้อนได้ รวมไปถึงชิ้นงานที่มีการขยับ ไปมา โดยที่ไม่ต้องมาประกอบที่หลัง สามารถปริ้นเสร็จจากในเครื่องได้เลย นอกจากนั้น

ตัวอย่างงานปริ้นจากเครื่อง SLS แบบครั้งเดียว ปริ้นออกมาแล้ว ขยับและหมุนได้เลย

ในส่วนของวัสดุที่ใช้ปริ้นกับระบบ SLS และ MJF จะอยู่ในรูปของผง ซึ่งมีให้เลือกหลากหลายชนิด ตั้งแต่ผงพลาสติก จนไปถึงผงโลหะ ซึ่งเครื่องที่ใช้ ก็ต้องแยกกันไปเลย ว่าจะปริ้นโลหะ หรือจะใช้ปริ้นพลาสติก ไม่สามารถใช้รวมกันได้ เพราะเลเซอร์ที่ใช้ จะแตกต่างในเรื่องของกำลัง และประเภทเลเซอร์

สำหรับเครื่องที่ใช้เทคโนโลยี Powder Bed Fusion ไม่ว่าจะเป็น SLS หรือ MJF นั้น ตัวเครื่องจะมีราคาสูง เหมาะสำหรับงานอุตสาหกรรม ซึ่งราคาของตัวเครื่องก็จะขึ้นอยู่กับขนาดพื้นที่การพิมพ์และผงวัสดุที่ใช้ ซึ่งราคาเริ่มต้นในตอนนี้ อยู่ประมาณ 400,000 บาท จนถึง 20,000,000 บาท

Material Jetting

ในส่วนของเทคโนโลยี มีชื่อเลือกอีกอย่างว่า PolyJet หรือ Multi Jet Modeling ซึ่งจะให้หลักการเหมือนเครื่องปริ้นกระดาษทั่วๆ ไปที่ใช้กันอยู่ ซึ่งจะมีหัวพิมพ์ ที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ ที่สามารถพ่นเรซิ่นออกมาที่หัวได้ ซึ่งหัวพ่น ก็จะมีขนาดเล็กมากๆ เหมือนกับเครื่องปริ้นเตอร์แบบกระดาษ ตัวเครื่องก็จะพ่นหมึกที่เป็นเรซิ่นชนิดพิเศษ ที่มีความไวแสง และจะแข็งตัวอย่างรวดเร็ว เมือโดนแสง UV หรือแสงอัลตร้าไวโอเลต

ด้านข้างหัวพิมพ์ จะมีการติดหลอดไฟ UV เมื่อหัวพิมพ์พ่นหมึกเรซิ่นออกมา ก็จะแข็งตัวแทบจะทันที เมื่อโดนแสง UV และก็เหมือนกับเครื่องปริ้น 3 มิติแบบอื่นๆ ที่เมื่อพิมพ์เสร็จ 1 ชั้นหรือ 1 เลเยอร์ ตัวฐานปริ้น ก็จะขยับ เพื่อให้หัวปริ้น มาพ่นเรซิ่นทับลงไป ในชั้นที่แข็งตัวก่อนหน้านี้ กระบวนนี้ก็จะทำซ้ำไปเรื่อยๆ จนได้โมเดล 3 มิติออกมา

จุดเด่นของเทคโนโลยีนี้ก็คือ สามารถที่จะพ่นหมึกเรซิ่นที่มีคุณสมบัติต่างกันได้ ลงไปในโมเดลตัวเดียวกัน ซึ่งทำให้ชิ้นงานที่ปริ้นออกมา มีความสมจริง นอกจากนั้นยังสามารถปริ้นรายละเอียด พื้นผืว หรือ Texture รวมไปถึง ปริ้นสีลงไปในตัวชิ้นงานได้เลย

ตัวอย่างงานปริ้นกระดูกสันหลัง ที่มีการผสมวัสดุ ที่แตกต่างกัน รวมไปถึงสี ของโมเดล ที่ทำออกมาได้สมจริง

ในส่วนของการนำไปใช้ ส่วนใหญ่จะนำไปปริ้น ชิ้นงานต้นแบบ หรือ Prototype ในขั้นตอนสุดท้าย ที่ต้องการความสมจริง รวมไปถึง การนำไปใช้ ปริ้นงานเกี่ยวกับการแพทย์ เช่น แบบจำลอง สำหรับวางแผนการผ่าตัด รวมไปถึง อวัยวะเทียม ที่ต้องการความสมจริง เช่น ลูกตาเทียม เป็นต้น

ตัวอย่างชิ้นงาน ปุ่มกด Keyboard ที่ปริ้นออกมาเป็นสี จากเครื่อง PolyJet

สำหรับข้อจำกัด ของเทคโนโลยี Material Jetting คือ ราคา ที่แพง ทั้งค่าเครื่องและค่าหมึกเรซิ่น ซึ่งตอนนี้ มีผู้ผลิต ไม่กี่เจ้าในตลาดรวมไปถึงขนาดพื้นที่การพิมพ์​ ที่มีขนาดเล็กกว่า เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติแบบอื่นๆ มากไปกว่านั้น ตัวเรซิ่นที่ใช้กับเทคโนโลยี จะเน้นไปในเรื่องของสีสันมากกว่า การนำไปใช้จริง

Binder Jetting

ในส่วนของเทคโนโลยีนี้ จะคล้ายกับ Material Jetting หรือ PolyJet แต่จะแตกต่างในเรื่องของหมึกที่พ่นออกมา ถ้าเป็น PolyJet จะใช้เรซิ่นเป็นหมึก พ่นออกมาจากหัวพิมพ์ ขึ้นรูปมาเป็นชิ้นงานเลย แต่ตัวเครื่อง Binder Jetting จะใช้หมึกที่เป็นกาว หรือสารพิเศษ พ่นลงไปที่วัสดุ เพื่อที่จะทำให้วัสดุติดกัน ซึ่งตัววัสดุที่ใช้ขึ้นรูป จะอยู่ในรูปของผง เช่น ทราย / ปูนยิปซั่ม / น้ำตาล รวมไปถึงผงโลหะ

ตัวอย่างงานจาก Binder Jetting ที่ใช้น้ำตาลเป็นวัสดุในการปริ้น

ตัวหัวพิมพ์ ก็จะคล้ายกับหัวพิมพ์เครื่องปริ้นกระดาษแบบ Inkjet ที่ด้านในหัวจะมีรูเล็กๆ หลายพันรู ที่จะพ่นกาว หรือสารเคมีลงไปตามรูปแบบ หรือแพทเทิรน์ ของโมเดล 3 ที่จะขึ้นรูป

หลังจากที่พ่นกาวลงไปแล้ว ตัวเครื่อง ก็จะเติมเนื้ิอวัสดุ ลงไปเพิ่มเป็นชั้นๆ เพื่อที่จะให้หัวพิมพ์ มาพ่นกาวลงไป ซึ่งกระบวนการ ก็จะทำวนซ้ำไปแบบนี้ ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงานออกมา จุดเด่นของเทคโนโลยี Binder Jetting ก็คือ สามารถปริ้นงานได้เป็นจำนวนมาก ในระยะเวลาอันสั้น รวมไปถึงปริ้นโมเดลที่มีความซับซ้อน นอกจากนั้น ยังสามารถที่จะปริ้นสีลงไปบนชิ้นงานได้เลย

งานตัวอย่าง การปริันสี ลงบนผงยิปซั่ม ด้วยเทคโนโลยี Binder Jetting

สำหรับการนำไปใช้งานของเทคโนโลยี Binder Jetting ในปัจจุบัน จะพบเห็นได้มากในกระบวนการหล่อทราย โดยจะพิมพ์โมลด์ที่เป็นโพรงด้านใน เพื่อสำหรับการเทโลหะเข้าไป ซึ่งเหมาะสำหรับชิ้นงานที่มีความซับซ้อนสูง หรืองานที่มีมูลค่าสูง

กระบวนการสร้างห้องเครื่องยนต์ ด้วยการพิมพ์ทราย สำหรับเทโลหะ

ในส่วนของข้อจำกัดของเทคโนโลยี ก็คือ เรื่องผิวชิ้นงานที่อาจจะยังหยาบ กว่าเทคโนโลยีอื่นๆ รวมไปถึงขั้นตอนที่ต้องทำหลายอย่าง หลังจากได้งาน วัสดุบางชนิด อาจจะต้องเข้าเครื่องอบ เพื่อให้กาวละลาย แล้วเชื่อมเนื้อวัสดุให้ติดกัน ซึ่งกระบวนการนี้ ต้องใช้เวลา และเครื่องที่ออกแบบมาโดยเฉพาะ

Sheet Lamination

สำหรับกระบวนการปริ้น มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า Laminated Object Manufacturing หรือ LOM เทคโนโลยีนี้ จะใช้แผ่นกระดาษ หรือ แผ่นพลาสติก เป็นวัสดุในการปริ้น ซึ่งตัวเครื่องปริ้นจะมีใบมีด หรืออาจะเป็นเลเซอร์ สำหรับตัดให้ขาด ซึ่งกระบวนการขึ้นรูป ก็จะเป็นแบบตัด ทากาวหรือสารเคมีเพื่อให้เชื่อมติดกัน แล้วแปะซ้อนๆกัน ขึ้นไป เมื่อปริ้นเสร็จ ก็ทำการกำจัดเศษรอบๆ ทิ้งออกไป ให้เหลือแต่ชิ้นงาน

ตัวอย่างการปริ้น ด้วยวิธี Sheet Lamination ที่ใช้วัสดุเป็นกระดาษ ที่สามารถปริ้นออกมาเป็นสีได้เลย

ข้อดีของการปริ้นด้วยเทคนิค Sheet Lamimation ก็คือ สามารถที่จะปริ้นสีลงบนวัสดุได้เลย และตัววัสดุที่เป็นกระดาษ ก็มีราคาไม่แพง และยังสามารถนำกลับไป รีไซเคิลได้

ในปัจจุบัน ได้มีการพัฒนา เทคโนโลยีนี้ ให้สามารถปริ้นวัสดุที่มีความแข็งแรงและน้ำหนักเบาได้ จำพวก CF หรือคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งใช้หลักการคล้ายๆ กัน เรียกว่า CBAM หรือ Composite Based Additive Manufacturing

เทคนิคนี้จะใช้แผ่นวัสดุที่เป็นใยคาร์บอนไฟเบอร์ เป็นวัสดุในการขึ้นรูป โดยจะใส่เข้าไปในเครื่องที่ละแผ่น ซึ่งตัวเครื่องก็จะมีหัวพิมพ์ คล้ายๆกับหัวพิมพ์ Inkjet ที่จะพ่นพลาสติกออกมา ตามรูปร่างของโมเดล เมื่อได้รูปร่างแล้ว ตัวแผ่น ก็จะผ่านความร้อน เพื่อให้พลาสติกละลาย แล้วไปเกาะกับเส้นใยคาร์บอนไฟเบอร์ ตัวแผ่นที่ผ่านความร้อน ก็จะถูกวางซ้อนกันเป็นชั้น แล้วเข้าเครื่องอัดกำลังสูง ที่มีฮีทเตอร์ให้ความร้อนอีกที เพื่อที่จะอัดรวมแผ่นเส้นใยคาร์บอนและพลาสติกที่พ่นไปก่อนหน้าทั้งหมด ให้รวมเป็นเนื้อเดียวกัน

เทคโนโลยี CBAM ที่ใช้แผ่นเส้นใยคาร์บอน ในการขึ้นรูป

เมื่อผ่านกระบวนการทั้งหมด ก็จะได้ชิ้นงาน ที่ัทั้งเบาและแข็งแรง สามารถนำไปตกแต่ง ตัดเฉือน เจาะรู ด้วยเครื่องจักร หรือจะนำไปใช้งานเลยก็ได้

Direct Energy Deposition

สำหรับเทคโนโลยี 3 มิติ ตัวสุดท้าย มีชื่อย่อว่า DED จะใช้หลักการ ที่เรียกว่า เชื่อมพอก โดยจะเน้นวัสดุที่เป็นโลหะที่อยู่ในรูปของผง ตัวหัวพิมพ์ จะถูกติดเข้ากับแขนหุ่นยนต์ ที่สามารถเคลื่อนที่ได้หลายทิศทาง ซึ่งเวลาพิมพ์งาน ก็จะพ่นผงโลหะพร้อมกับปล่องแสงเลเซอร์กำลังสูง เพื่อให้โลหะละลาย ตัวแขนหุ่นยนต์ก็จะเคลื่อนที่ไปตามรูปโมเดล 3 มิติ ที่ได้มีการออกแบบไว้

เทคโนโลยี DED ส่วนใหญ่ จะใช้ในอุตสาหกรรมหนัก และ High Technology เช่น ปริ้นท่อไอพ่นของเครื่องยนต์จรวด หรือกังหันของเครื่องผลิตไฟฟ้า นอกจากจะใช้ในการปริ้นขึ้นรูปแล้ว ยังสามารถที่จะเอาเทคโนโลยี ไปใช้ซ่อมแม่พิมพ์ฉีด หรือใบพัดกังหัน ที่เสียหายก็ได้

ตัวอย่างการใช้ 3D Printer ระบบ DED ในการซ่อม ใบพัดกังหัน

จุดเด่นของการใช้ DED ก็คือห้วปริ้น ที่สามารถที่จะดัดแปลงไปใส่กับเครื่องจักรพวก CNC หรือจะไปติดกับแขนหุ่นยนต์ก็ได้ รวมไปถึงขนาดชิ้นงานที่ปริ้น ก็สามารถปริ้นงานได้ใหญ่ กว่าเทคโนโลยีอื่นๆ

แขนหุ่นยนต์ที่ติดหัวปริ้นแบบ DED ทำงานร่วมกับฐานหมุน

ข้อจำกัดหรือข้อด้อยของเทคโนโลยี นี้จะเป็นในเรื่องของราคา ที่อาจจะสูง ทั้งค่าเครื่องและค่าวัสดุ รวมไปถึงเวลาที่ใช้ในการปริ้น อาจจะใช้เวลานานกว่า เทคโนโลยีอื่นๆ

การเลือกเครื่องปริ้น 3 มิติ

สำหรับการเลือกเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้น จะต้องดูหลายๆอย่าง ประกอบกัน เช่น

  1. ใครเป็นคนใช้เครื่องพิมพ์ ?
  2. ลักษณะของงานที่พิมพ์เป็นแบบไหน?
  3. งานที่พิมพ์เสร็จแล้วเอาไปทำอะไร?
  4. ขนาดชิ้นงานที่จะพิมพ์ประมาณไหน?
  5. งบประมาณที่จะซื้อมีเท่าไหร่?

การตอบคำถามเหล่านี้ จะช่วยให้การเลือกเครื่องปริ้น 3 มิติทำได้ง่ายขึ้น ยกตัวอย่าง ถ้าคนใช้เป็นเด็ก ก็ควรเลือกเครื่องพิมพ์ที่เป็นระบบพลาสติกหรือ FDM เพราะอันตรายน้อยสุด และราคาไม่แพง แต่ถ้าคนใช้เป็นผู้ใหญ่ ก็อาจจะต้องมาถามกันต่อว่างานที่พิมพ์เป็นแบบไหน ถ้าเป็นงานรูปปั้น ศิลปะ หรือพวกโมเดลของเล่น ก็อาจจะเลือกได้ทั้งเครื่องแบบพลาสติก หรือแบบเรซิ่นก็ได้ ต่อจากนั้นก็มาดูว่าถ้างานที่พิมพ์เสร็จต้องเอาไปขัดทำสี เพื่อเอาไปจำหน่ายต่อ ถ้าเป็นแบบนี้ ก็อาจจะต้องเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จำพวกเรซิ่น เพราะงานที่ได้จะละเอียด ไม่ต้องขัด แต่งเยอะ สามารถลงสี และนำไปขายได้เลย

ภาพเปรียบเทียบชิ้นงานในแต่ละเทคโนโลยีการพิมพ์

ในทางตรงข้าม ถ้างานที่พิมพ์เป็นพวกงานวิศวกรรม จำพวก ชิ้นส่วนเครื่องจักร หรือกล่องใส่อุปกรณ์อิเลคทรอนิคส์ อันนี้ก็ต้องเลือกเป็นเครื่องพิมพ์ระบบ FDM หรือพลาสติกจะดีกว่า เพราะจะมีเส้นพลาสติกให้เลือกหลากหลายรูปแบบ รวมไปถึงเส้นพลาสติกแบบวิศวกรรม เช่น เส้นไนลอน, เส้น PP, เส้น PC, เส้น ESD ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ รวมไปถึงเส้นพลาสติกทีผสมคาร์บอนไฟเบอร์ เพื่อเพิ่มความแข็งแรง สามารถนำชิ้นส่วนที่พิมพ์ ไปใช้ได้จริง แต่ถ้างานที่พิมพ์เน้นจำนวนมากๆ และเป็นงานเกี่ยวกับพวก Connector หรือปลั๊กข้อต่อสายไฟ อันนี้ก็อาจจะไปใช้เครื่องปริ้น ระบบ SLS ที่เป็นผง ถึงแม้เครื่องจะแพง แต่ก็จะคุ้มค่าในระยะยาว เพราะต้นทุนในการพิมพ์จะถูกกว่าเครื่องระบบ FDM และ SLA แถมได้งานจำนวนมากในการพิมพ์แค่ครั้งเดียว

เส้นพลาสติกวิศวกรรม สำหรับเครื่องปริ้นพลาสติกแบบ FDM ที่มีให้เลือกมากกว่าเครื่องปริ้นระบบเรซิ่น
เครื่องพิมพ์ระบบ SLS เหมาะพิมพ์ชิ้นงานจำนวนมากๆ ในครั้งเดียว

อีกตัวเลือกที่เป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกเครื่องปริ้น 3 มิติ ไม่ว่าจะระบบไหนก็ตาม นั่นก็คือพื้นที่การพิมพ์ ว่ากันง่ายๆ เลย ถ้าพื้นที่พิมพ์ยิ่งใหญ่ ราคาเครื่องยิ่งแพง ดังนั้นการเลือก ควรจะเลือกขนาดชิ้นงานที่คิดว่าพิมพ์บ่อยสุด ไม่ควรจะเผื่อขนาด ให้ใหญ่เกินไป เพราะต้องจำไว้ว่า เครื่องปริ้นที่มีขนาดพื้นที่พิมพ์ใหญ่ ถ้ามีระบบการพิมพ์ที่ไม่ดี งานที่พิมพ์ก็จะเสีย ทำให้เสียทั้งเวลา และวัสดุที่ใช้พิมพ์ ซึ่งส่วนใหญ่ เครื่องปริ้น 3 มิติที่มีขนาดใหญ่ ราคาจะแพง เพราะผู้ผลิตจะใส่ฟีเจอร์ที่จำเป็นหลายๆ อย่างเข้าไป เพื่อทำให้แน่ใจว่างานที่พิมพ์จะไม่เสียกลางทาง ฟีเจอร์ที่ใส่ไป ทำให้เครื่องมีราคาที่สูงขึ้น

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Big Rep จากเยอรมัน เป็นเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่ ออกแบบสำหรับใช้ในอุตสาหกรรม

สุดท้ายก็คืองบประมาณ ต้องบอกไว้ก่อนเลยว่า ตอนนี้ ราคาเครื่องพิมพ์ 3D Printer นั้นมีให้เลือกตั้งแต่ระดับราคา 6000 จนถึงหลักสิบล้าน ซึ่งการที่ราคามันแตกต่างกันขนาดนี้ มันก็ขึ้นอยู่กับปัจจัยที่บอกได้ ได้แก่ พื้นที่การพิมพ์และก็ฟีเจอร์ที่ช่วยให้การพิมพ์ง่ายและสำเร็จ ซึ่งถ้าซื้อเครื่องหลักพัน ก็ต้องเตรียมใจ ว่าฟีเจอร์เหล่านี้ เครื่องพวกนี้จะเป็นเครื่องระบบ FDM ที่ฉีดพลาสติกและส่วนใหญ่จะเป็นเครื่องที่มาจากจีน ซึ่งเอาจริงๆ เครื่องพวกนี้ พิมพ์สวยใช้ได้เลย แต่เครื่องแบบนี้ จะเป็นอารมณ์แบบ 3 วันดี 4 วันไข้ เช่น วันนี้พิมพ์สวยดี พอจะมาใช้วันรุ่นขึ้น งานพิมพ์อาจจะไม่สวย ถ้าจะเล่นเครื่องราคานี้ อาจจะต้องดูแลและปรับตั้งเครื่องบ่อยๆ หรือดูแลรักษาบ่อยหน่อย

เครื่องปริ้น 3 มิติ Hornet จากจีนราคา 7490 บาท พิมพ์สวย แต่ต้องดูแลรักษากันเยอะหน่อย

แต่ถ้ามีงบมากหน่อย ก็แนะนำให้หาเครื่องที่มีฟีเจอร์พวกนี้ เพื่อที่จะให้การใช้งานเครื่องง่ายขึ้น เสถียรขึ้น เช่น ฟีเจอร์ไฟดับพิมพ์ต่อที่เดิม, ฟีเจอร์เส้นพลาสติกหมด เครื่องต้องหยุด และกลับมาพิมพ์ต่อที่เดิมได้หลังจากเปลี่ยนเส้นใหม่ และถ้าให้ดี ฐานพิมพ์ก็ควรจะเป็นแบบยกออกจากฐานทำความร้อนได้ เพื่อให้การเอางานพิมพ์ออกง่ายขึ้น อีกอย่างที่อาจจะต้องดูก็คือ เครื่องทุกตัวควรจะมีใบรับรอง ว่าผ่านมาตรฐานอุตสาหกรรม เพื่อเป็นการยืนยันว่า อุปกรณ์ที่ใช้มีมาตรฐาน โดยเฉพาะระบบไฟฟ้า เพื่อป้องกันการเกิดไฟไหม้

เครื่องปริ้น 3 มิติ Prusa Mk3s+ ขวัญใจมหาชนชาวโลก เป็นเครื่องจากยุโรป มีฟีเจอร์ที่ครบมากๆ ทั้งอึด ทั้งทน แถมพิมพ์สวย

ในปี 2024 ได้มีเครื่องปริ้น 3 มิติระบบ FDM ยี่ห้อ Bambulab ที่ออกมาปฎิวัติวงการเทคโนโลยีการพิมพ์​ 3 มิติ ซึ่งเป็นเครื่องที่ปริ้นได้เร็วกว่าเครื่องรุ่นเก่า 3-5 เท่า และมีฟีเจอร์การวัดฐานแบบ Full Auto Calibration ที่ผู้ใช้ไม่ต้องเข้ามายุ่ง ตัวเครื่องสามารถจัดการได้หมดทุกอย่าง แถมมีการนำ AI หรือปัญญาประดิษฐ์ เข้ามาไว้ในเครื่อง เพื่อช่วยตรวจเช็คงานที่กำลังปริ้นอยู่ ถ้าปริ้นเสีย เครื่องจะหยุด ไม่ทำงาน และจะส่งข้อความเข้ามือถือ ของผู้ใช้ เพื่อแจ้งให้ทราบ

bambulab 3d printer x1 carbon with AMS
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Bambulab ที่เข้ามาตั้งมาตรฐานใหม่ให้กับเครื่องระบบ FDM

สำหรับเครื่องเรซิ่นหรือเครื่องปริ้น ระบบ SLA การเลือกก็อาจจะต้องดูว่างานที่พิมพ์นั้น ขนาดเท่าไหร่ เพราะเครื่องประเภทนี้ ยิ่งใหญ่ ยิ่งราคาสูง อีกอย่างก็คือเรซิ่นที่ใช้ ถ้ายิ่งใช้เรซิ่นได้หลากหลายมากเท่าไหร่ ราคาเครื่องก็ยิ่งแพง สำหรับเครื่องปริ้นระบบเรซิ่นนั้น ตอนนี้ราคาในตลาด เริ่มต้นอยู่ประมาณ 10000 กว่าบาท จนถึงหลัก 10 ล้าน เครื่องปริ้น SLA ก็เหมือนอย่างเครื่องปริ้นระบบ FDM ก็คือ เครื่องราคาถูก ส่วนใหญ่จะมาจากจีน

เครื่องพิมพ์ระบ SLA พวกนี้ การ Setting จะไม่ค่อยยากเท่าไหร่ จะง่ายกว่าเครื่องปริ้นแบบพลาสติก FDM แต่จะยุ่งยากตอนล้างชิ้นงานที่พิมพ์เสร็จแล้ว เพราะจะมีเรื่องของสารเคมี เข้ามาเกี่ยวข้อง และจำเป็นต้องใส่อุปกรณ์ป้องกัน อย่าง ถุงมือไนไตรด์และแว่นนิรภัย

ถ้าให้เทียบกันในตอนนี้ ต้นทุนในการใช้งานเครื่องปริ้นระหว่างพลาสติกกับเรซิ่น ตอนนี้เครื่องเรซิ่นจะแพงกว่า ในเรื่องของราคาเรซิ่นและอุปกรณ์สิ้นเปลือง เครื่องเรซิ่นจำเป็นต้องเปลี่ยนหน้าจอ ทุกๆ 2000 ชั่วโมง หรือเร็วกว่านั้น ขึ้นอยู่กับงานที่พิมพ์ รวมไปถึงแผ่นฟิลม์ ที่อาจจะต้องเปลี่ยนบ่อยกว่าหน้าจอ ซึ่งราคา ของ 2 อย่างนี้รวมๆกัน ก็จะประมาณ 5000 ถึง 10000 บาท ขึ้นอยู่กับขนาดหน้าจอที่ใช้พิมพ์ ในทางตรงข้าม เครื่องปริ้นพลาสติกส่วนใหญ่ จะมีค่าใช้จ่ายในเรื่องของหัวฉีดเป็นหลัก ซึ่งจะตกประมาณ 100 – 1000 บาท ขึ้นอยู่กับชนิดและขนาดของรูหัวฉีด

สำหรับใครที่อ่านมาถึงตรงนี้ ผมเชื่อว่า น่าจะรู้แล้วว่า 3D Printer คืออะไร แล้วตอนนี้เทคโนโลยีของ 3D print มันมีกี่แบบ รวมไปถึงการที่จะเลือกเครื่อง 3D printer ให้เหมาะกับการใช้งาน ซึ่งถ้าใครอยากเจาะลึกลงไปมากกว่านี้ ผมก็มีเขียนบทความเกี่ยวกับ ขั้นตอนการใช้งาน 3D Printer รวมไปถึงหลักขั้นตอนในการเลือกเครื่องปริ้น 3 มิติระบบ FDM หรือฉีดพลาสติก สามารถเข้าไปอ่านเพิ่มความรู้กันต่อได้ ซึ่งถ้าอ่านจบ ผมเชื่อว่า คุณพร้อมที่จะใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติแล้ว

Similar Posts