Bowden กับ Direct Drive หัวฉีด 3D Printer แตกต่างกันอย่างไร เลือกยังไง

สวัสดีครับมีลูกค้าหลายคนถามกันเข้ามาครับว่า 3D Printer ระบบเส้นพลาสติก FDM/FFF ดูแล้วหน้าตาเหมือนๆกัน แต่ทำไมราคาต่างๆกันมาก จะเลือกเครื่องไหนให้เหมาะสมกับการใช้งาน ทาง 3DD ได้รวบรวมข้อมูลจากประสบการณ์และจากสื่อต่างประเทศมาไว้ ณ ที่นี่ครับ

โดยทั่วไปแล้วเครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบเส้นพลาสติก จะมีการฟีดเส้นพลาสติก และระบบหัวฉีดอยู่ 2แบบครับ คือแบบ Bowden (โบว์เด้น) และ Direct Drive (ไดเร็กไดร์ฟ) สองระบบนี้มีความแตกต่างกันในด้านการออกแบบ, แรงขับเส้นพลาสติก, ความเร็วในการพิมพ์ มีข้อดีข้อเสียแตกต่างกัน

• Bowden โบว์เด้น จะมีมอเตอร์ขับเส้นอยู่ที่ม้วนพลาสติก  ส่วนหัวฉีดมีนน. เบา
• Direct Drive ไดเร็กไดร์ฟ จะมีมอเตอร์ขับเส้นอยู่ที่หัวฉีด ส่วนหัวฉีดมีนน.มากกว่า(มีมอเตอร์อยู่ด้วย)

แต่ก่อนที่เราจะไปลง รายละเอียดระบบหัวฉีดทั้งสองแบบ เรามาปูพื้นความรู้ส่วนประกอบของหัวฉีดกันก่อนครับ / หรือใครไม่สะดวกอ่านตอนสรุปได้เลยครับ

ส่วนประกอบของหัวฉีด

ระบบหัวฉีดประกอบด้วยส่วนร้อนและส่วนเย็น  ส่วน Hot Zone จะมีการทำความร้อนให้เส้นพลาสติกหลอมละลายเป็นของเหลวและไหลออกทางรูฉีดส่วนนี้ต้องทำความร้อนสูง 160-260c พลาสติกแต่ละแบบใช้ความร้อนในการหลอมไม่เท่ากัน และ Cold Zone ทำหน้าที่ไม่ให้ความร้อนจากส่วน Hot Zone ขึ้นไปยังเส้นพลาสติกส่วนที่เหลือ เราต้องการให้เส้นหลอมที่ปลายสุดเท่านั้นไม่งั้นจะทำเส้นละลายตันที่ท่อนำเส้น ส่วนนี้จึงต้องมี Heatsink และพัดลดอุณหภูมิ

• หัวฉีด Nozzle ส่วนนี้ส่วนมากจะทำด้วยทองเหลือง, Stainless, หัวพิเศษแบบต่างๆ โดยทั่วไปแล้วรูหัวฉีดที่นิยมกันคือ 0.4mm
• ส่วนทำความร้อน The heating block ส่วนนนี้เป็นส่วนทำความร้อนและใช้ไฟฟ้าหลักของ 3D Printer,
• จุดเบรคความร้อน The heat break เป็นส่วนต่อระหว่าง Hot Zone และ Cold Zone
• แผงระบายความร้อน The heatsink: ทำหน้าที่นำความร้อนออกไม่ให้ล่วงเข้าไปในส่วนของ Cold Zone ป้อนไม่ให้พลาสติกหลอมตันท่อนำ
• ส่วนมอเตอร์ดันเส้น Feeding Motor ทำหน้าที่ดันเส้นพลาสติกให้เกิดแรงดัน ให้พลาสติกที่หลอมละลายฉีดออกมาที่รูฉีด **ส่วนนี้เองที่มีความแตกต่าง Bowden อยู่ที่ม้วนพลาสติก แรงดันน้อย | Direct Drive อยู่ที่หัวฉีด แรงดันมาก

Bowden กับ Direct Drive ต่างกันอย่างไง

เครื่องพิมพ์ 3D ระบบเส้นแบบ Bowden มอเตอร์อยู่ที่ม้วนเส้นพลาสติก เส้นถูกขับตามแรงดันแรงส่ง ไปยังส่วนหัวฉีด ระบบนี้หัวฉีดจะมีน้ำหนักเบา โครงสร้างเครื่องจึ่งไม่ต้องแข็งแรงมากก็ได้ ระบบจึงส่วนมากจึงทำราคาได้ถูก พิมพ์งานได้เร็ว Direct Drive มอเตอร์อยู่ติดที่หัวฉีดเลย แรงขับเลยมีมาก เส้นพลาสติกจะออกเสม่ำเสมอกว่า แต่โครงสร้างต้องสร้างให้แข็งแรงเพื่อรองรับนน.ของชุดหัวฉีด ระบบนี้สามารถใช้เส้นพลาสติกได้หลากหลายกว่า เส้นทางวิศวกรรม เส้นที่ยืดหยุ่นสูง เครื่องระบบนี้จะมีแนวโน้มแพงกว่า ใหญ่กว่า เครื่องใหญ่ๆล้วนใช้ระบบ Direct Drive ทั้งสิ้น

มีการถกเถียงนานแล้วว่าระบบไหนดีกว่า อีกระบบ เรื่องที่ตอบได้ยาก เพราะแต่ละระบบนั้นมีข้อดีของมัน และข้อเสียที่ลองพิจารณา ปัจจัยหลักที่เรามาพิจารณาอาจจะแยกเป็น 4 ส่วนดังนี้

• Retraction การดึงเส้นกลับ
• Flexible Filament การใช้เส้นพลาสติกที่นิ่ม
• แรงเฉื่อย คุณภาพงานพิมพ์
• ฟังก์ชั่นอื่นๆ เช่น Quick Release Nozzle

Retraction การดึงเส้นพลาสติกกลับ

การดึงเส้นกลับ เป็นกระบวนการสำคัญในกาพิมพ์ เนื่องจากเส้นพลาสติกมีลักษณะเป็นของเหลวเมื่อโดนหลอมละลาย ขณะพิมพ์ชิ้นงานอยู่มอเตอร์จะขับเส้นพลาสติก Extrude พิมพ์งานไปเรื่อย แต่เมื่อต้องการเปลี่ยนตำแหน่งไปอีกจุดหนึ่ง ทำเพียงแค่หยุดการดันเส้นพลาสติกไม่พอน้ำพลาสติกก็ยังไหลอยู่เนื่องจาก ความดันที่ยังค้างอยู่ เครื่องต้องดึงเส้นกลับ Retract เส้นกลับไม่ให้เส้นไหลมาเป็นส่วนเกิน ตรงนี้เองระบบทั้งสองมีความแตกต่าง Bowden มอเตอร์ขับอยู่ห่างมาก ต้องดึงเส้นกลับเยอะ (เส้นอาจจะหย่อยในท่อนำเส้น หากเส้นยืดหยุ่นมากยิ่งมีผล) ต้องดึงเส้นกลับ 5-6mm ส่วนระบบ Direct Drive เนื่องจากมอเตอร์อยู่ติดหัวฉีดเลย การดึงเส้นกลับใช้ระยะเพียง 0.8 – 2mm ยิ่งดึงเส้นพลาสติกกลับมากเท่าไหร่ มีโอกาสที่หัวตันมากเท่านั้น

Flexible Filament การใช้เส้นพลาสติกที่นิ่ม

โดยปกติท่อนำเส้นพลาสติก จะทำมาจากวัสดุจำพวก Teflon ที่มีแรงเสียดสีต่ำ อย่างไรก็ตามท่อนำก็ต้องใหญ่กว่าเส้นพลาสติก 1.75mm ตรงนี้เองทำให้เกิดปัจจัยเส้นคดอยู่ในท่อนำ Bowden ยิ่งท่อนำยาวเท่าไหร่ปัจจัยนี้ยิ่งส่งผล ในขณะที่ Direct Drive ไม่มีปัจจัยนี้เนื่องมอเตอร์ดันไปก็ถึงหัวฉีดเลย ดังนั้นเส้นพลาสติกที่นำไปใช้กับระบบ Bowden ส่วนมากจึงเป็น PLA มีความแข็งแรงยืดหยุ่นไม่มากจนเกินไป ส่วนเส้นพิเศษทีนิยมกันเช่น TPU TPE ที่มีความยืดหยุ่นค่อนข้างมากจะมีปัญหากับ Bowden เส้นจะขดอยู่ในท่อนำเส้นและดันไปไม่ถึงหัวฉีด

การแก้ปัญหาในส่วนนี้อาจจะช่วยด้วยการเปลี่ยนเส้นพลาสติกเป็นขนาด 2.85mm ซึ่งหายากกว่า, หรือเปลี่ยนท่อนำเส้น เป็นแบบเฉพาะที่ค่อนข้างเล็กๆเท่าๆกับขนาดเส้นพลาสติก

แรงเฉื่อย คุณภาพงานพิมพ์

Bowden มีข้อมีที่เห็นได้ชัดเลยคือหัวฉีดมี นน.เบา เครื่องมีจึงมาอาการสั่นน้อยกว่า นึกภาพเหมือนจักรยานยนต์เมื่อขี่มาด้วยความเร็วเท่ากันจะหยุดได้ง่ายกว่า รถบรรทุก เรื่องนี้ทำให้ Bowden มีแนวโน้มในการพิมพ์ได้เร็วกว่า ข้อก่อนๆนี้จะเห็นว่า Direct Drive ดีกว่าทุกอย่างแต่มาดูเรื่องความเฉื่อย เนื่องจากหัวฉีดมีนน.มากกว่า ให้เปรียบเทียบเหมือนรถบรรทุกการเร่งตัวและการหยุดจะทำได้ยากกว่า เครื่องจึ่งต้องออกแบบให้มีความแข็งแรงสูงกว่า หนักกว่า รางสไลด์ดีกว่าเพื่อรองรับ หากพิมพ์เร็วมากไปจะเกิดเหตุการ Ghost ร่องรอยเห็นเป็นคลื่นของการพิมพ์ Effect นี้จะหมดไปด้วยการออกแบบเครื่องให้แข็งแรง

ฟังก์ชั่นอื่นๆ เช่น Quick Release Nozzle

ในที่นี่เป็นเฉพาะบางยี่ห้อที่จะเพิ่มฟังก์ชั่นต่างๆเข้าไป Quick Release Nozzle อันนี้น่าสนใจ ธรรมดาหัวฉีดต้องใช้เครื่องมือการถอดออกมาเช่น บล็อค 6เหลี่ยม กว่าจะเป็นทีใช้เวลานาน Quick Release ออกแบบมาให้ใช้กับ Bowden FF Adventerer3, FF Adventurer4 

สรุป

อาจจะสรุปได้ว่าผู้ผลิตบางเจ้าเลือก Bowden เนื่องจากต้นทุนในการสร้างถูกกว่า รองรับวันวัสดุได้น้อยกว่า แต่อาจจะมี Function อื่นๆที่เข้ามาแทนที่เช่น Quick Release Nozzle เปลี่ยนหัวฉีดง่ายด้วยมือใน 5วินาที หัวฉีดเบาทำให้เครื่องสั่นน้อยกว่า เครื่องออกแบบให้มีขนาดได้เล็กกว่า  Direct Drive มีแนวโน้มเครื่องใหญ่กว่าหนักกว่า แพงกว่า แต่มาด้วยข้อดีที่ใช้งานเชิงธุรกิจได้หลากหลายกว่า

Bowden เหมาะกับ ผู้ใช้งานทั่วไป งานอดิเรกที่พิมพ์ชิ้นงานจากวัสดุ PLA หรือ ABS ไม่ได้คาดหวังกับวัสดุที่หลากหลาย เครื่องมีราคาโดยเฉพาะถูกกว่า กะทัดรัดกว่า  แต่เหมาะกับเส้นเชิงวิศวกรรม เช่น TPU TPE Flexible 

Direct Drive เหมาะกับ ผู้ใช้งานที่หวังผล มองว่าสามารถพิมพ์วัสดุได้หลากหลาย แต่แลกมากับเครื่องขนาดใหญ่ และหนักกว่า และแพงกว่า Bowden

---

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น แบบ Bowden
เครื่องพิมพ์ 3มิติ สำหรับนักเรียน ใช้ในโรงเรียน STEM, งานอดิเรก, เครื่องสำเร็จใช้งานง่ายๆไม่ยุ่งยาก Bowden คือมอเตอร์ขับเส้นพลาสติกอยู่ใกล้ม้วนพลาสติก หัวฉีดเบา Adv3 และ Adv4 ฟังก์ชั่นที่สำคัญคือ Quick Change Nozzle เปลี่ยนหัวฉีดภาพใน 5วินาที หมดกังวลเรื่องหัวตันไปเลย

พิมพ์ 3 มิติระบบเส้น แบบ Direct Drive
เครื่องพิมพ์ 3มิติ สำหรับใช้ในบริษัท มหาวิทยาลัย หวังผลได้ เครื่องมีความสเถียร แข็งแรง คุณภาพสูง แผนก R&D หัวฉีด Direct Drive มอเตอร์ขับเส้นอยู่ติดหัวฉีด ทำให้ใช้วัสดุได้หลากหลายกว่า รวมถึงเส้นทางวิศวกรรมเช่น Flexible