วิธีการพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่: พิมพ์โครงสร้างซับซ้อนได้ง่ายขึ้นและลดขยะ

วิศวกรจาก MIT ได้พัฒนาเทคนิคการสร้างโครงสร้างที่มีความละเอียดซับซ้อน โดยใช้ “ตัวรองรับ (Supports)” ที่สามารถละลายและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ แทนที่จะต้องทิ้งไปเหมือนแต่ก่อน

เรซิน 2 สถานะจาก MIT พิมพ์ 3 มิติได้ซับซ้อนขึ้นพร้อมระบบรีไซเคิล

ผลิตภัณฑ์ที่ต้องออกแบบเฉพาะบุคคลอย่าง เครื่องช่วยฟัง, ฟันยาง, หรือรากเทียม มักถูกผลิตด้วยเทคนิคการพิมพ์ 3 มิติแบบ Vat Photopolymerization ซึ่งเป็นการใช้แสงฉายลงบนน้ำเรซินเพื่อกำหนดรูปทรงและทำให้แข็งตัวทีละชั้น

โดยปกติแล้ว กระบวนการนี้จำเป็นต้องพิมพ์ “โครงสร้างรองรับ (Supports)” จากวัสดุชนิดเดียวกันเพื่อยึดชิ้นงานไว้ระหว่างพิมพ์ แต่เมื่อชิ้นงานเสร็จสมบูรณ์ โครงสร้างรองรับเหล่านี้จะต้องถูกแกะออกด้วยมือและมักจะกลายเป็นขยะที่นำกลับมาใช้ใหม่ไม่ได้

การค้นพบที่พลิกวงการ

วิศวกรจาก MIT ได้ค้นพบวิธีที่จะข้ามขั้นตอนการตกแต่งชิ้นงานที่ยุ่งยากนี้ ซึ่งช่วยให้การพิมพ์ 3 มิติรวดเร็วขึ้นอย่างมาก โดยพวกเขาได้พัฒนา “เรซินสูตรใหม่” ที่สามารถเปลี่ยนสถานะเป็นของแข็งได้ 2 รูปแบบ ขึ้นอยู่กับชนิดของแสงที่ได้รับ:

1. แสงอัลตราไวโอเลต (UV): จะทำให้เรซินแข็งตัวเป็นโครงสร้างที่ ทนทานและแข็งแรง (สำหรับตัวชิ้นงานหลัก)

2. แสงที่ตามองเห็น (Visible Light): จะทำให้เรซินชนิดเดียวกันกลายเป็นของแข็งที่ ละลายได้ง่าย ในสารละลายเฉพาะ (สำหรับโครงสร้างรองรับ)

กระบวนการทำงาน

ทีมวิจัยได้ฉายแสงทั้งสองชนิดพร้อมกันเพื่อสร้างชิ้นงานที่แข็งแรงคู่ไปกับโครงสร้างรองรับ แทนที่จะต้องมานั่งแกะส่วนเกินออก พวกเขาเพียงแค่นำชิ้นงานไปแช่ในสารละลายเพื่อละลายโครงสร้างรองรับออก เผยให้เห็นชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยแสง UV อย่างสมบูรณ์

จุดเด่นที่น่าสนใจ:

• ปลอดภัย: โครงสร้างรองรับสามารถละลายได้ในสารละลายที่ปลอดภัยต่ออาหาร เช่น เบบี้ออยล์ (Baby oil)

• รีไซเคิลได้ 100%: ที่น่าทึ่งคือ ตัวรองรับสามารถละลายกลับลงไปใน “ส่วนผสมหลักของเรซินเดิม” ได้ (เปรียบเหมือนน้ำแข็งที่ละลายกลายเป็นน้ำ) ทำให้วัสดุที่ใช้ทำตัวรองรับสามารถนำกลับไปผสมกับเรซินใหม่เพื่อพิมพ์ชิ้นงานต่อไปได้ทันทีโดยไม่เกิดขยะ

ผลลัพธ์จากการทดสอบ

นักวิจัยได้นำวิธีการนี้ไปทดลองพิมพ์โครงสร้างที่มีความซับซ้อนสูง เช่น ชุดเฟืองที่ใช้งานได้จริง (Functional gear trains) และ โครงสร้างตาข่ายที่มีความละเอียด (Intricate lattices) ซึ่งพิสูจน์ให้เห็นว่าเทคนิคนี้ใช้ได้ผลดีกับงานวิศวกรรมที่ซับซ้อน