เครื่องพิมพ์ 3D มีอยู่ด้วยกันหลากหลายชนิด เรามาทำความรู้จักกับประเภทเครื่องพิมพ์ 3D ชนิดต่างๆ กัน
3D printer หรือ ที่คนทั่วไปเรียกว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นมีกลไกการสร้างชิ้นงานขึ้นมาที่แตกต่าง จากระบบ 2 มิติ โดย 2 มิติ จะทำงานโดยหลักการเป็นแค่แนวระนาบ x,y ที่เปรียบเสมือนเราปริ้นกระดาษอกกจากเครื่องปริ้น ที่ได้เพียง แค่ออกมาเป็นภาพที่ติดอยู่บนกระดาษ แต่ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นคือ ทำงานโดยใช้หลักการ x,y,z โดยเพิ่ม z เข้ามาทำให้กลายเป็นมีมิติ จาก อยู่บนแผ่นกระดาษ กลายเป็นโมเดล ที่สามารถจับต้องได้เป็นรูปร่างขึ้นมา กระบวนการสร้างชิ้นงาน 3 มิติ มีชื่อเรียกว่า Additive Process ซึ่งการพิมพ์นั้นจะค่อยเป็นไปทีละ Layer หรือทีละชั้น เป็นหลักการในการพิมพ์งานของ เครื่องปริ้น 3 มิติ ซึ่งเครื่องปริ้น 3 มิติ นั้นถือว่าเป็นนวัตกรรมที่มีมานานเป็น 40 ปี แล้วนับตั้งแต่ปี 1983 โดยผู้คิดค้นคือ Mr.Chuck Hull เป็นคนแรก และใช้ชื่อเรียก เทคโนโลยีการพิมพ์แบบนั้นว่า SLA หรือ Stereolithography
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นช่วยประหยัดเวลา ประหยัดต้นทุน เช่น ถ้าเราจะทำแม่แบบขึ้นมาสักขึ้นในการปั๊มขึ้นรูป ก็จะค่อนข้างใช้เวลาในการรอชิ้นงานค่อนข้างนานเนื่องจากโดยทั่วไปจะทำการว่าจ้างบริษัทที่รับทำต้นแบบ แม่แบบขึ้นมา ซึ่งราคาต้นทุนที่ทำถ้าแม่แบบเป็นเหล็กราคาก็จะค่อนข้างสูง ซึ่งอาจจะเกิดข้อผิดพลาดขึ้นได้ อาจจะต้องปรับขนาดหรือเปลี่ยนรายละเอียดของตัวชิ้นงาน ซึ่ง ทำให้ต้องเพิ่มเวลาในการผลิต และต้นทุนที่มากขึ้น ซึ่งพูดถึงถ้าเรามีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เราสามารถที่จะสร้างชิ้นงานขึ้นมาได้ตลอดเวลา และต้นทุนของวัสดุ ที่ใช้ เริ่มต้นเพียง หลักร้อย ซึ่งจะเห็นว่าค่อนข้างจับต้องได้ และราคา เครื่องที่ ไม่สูง ถ้าเปรียบเทียบในระยะยาวในการใช้งาน ราคาเริ่มต้นเพียงหลักพัน ทำให้เข้าถึงได้ง่าย คนทั่วไป ผู้ประกอบการ ประกอบธุรกิจ อาจจะยังมีความกังวล อยู่บ้าง ในการใช้เครื่องพิมพ์สามมิติระบบไหนดีที่เหมาะกับงานของคุณ วัสดุที่ใช้ต้องเป็นอย่างไร เครื่องที่จะใช้รวมถึงการอบรมการใช้งาน รวมถึงราคาและความคุ้มทุน บทความนี้จะเราจะนำคุณไปดูเครื่องพิมพ์สามมิติที่เป็นที่นิยมกันทั่วโลก คือแบบ Fused Filament Fabrication (FFF), stereolithography (SLA), และ selective laser sintering (SLS). เป็นต้น โดยยังมีเครื่องพิมพ์ 3 มิติอีกหลายแบบที่ยังไม่พูดถึงเช่น 1.Vat Photopolymerisation 2.Material Jetting 3.Binder Jetting 4.Material Extrusion 5.Power Bed Fusion 6.Sheet Lamination 7.Directed Energy Deposition ในวันนี้จะพูดถึงแค่ 3 แบบ ที่คนมักนิยมใช้ในปัจจุบันกันครับ
ควรรู้ก่อนจะตัดสินใจซื้อเครื่อง 3D ประเภท FDM
เครื่องพิมพ์ชนิด Material Extrusion หรือ เรียกง่ายๆ FDM
ซึ่งการทำงานของเครื่องนี้ คือ ทำความร้อนที่หัวฉีด (Nozzle) โดยสามารถกำหนดค่าได้ให้เหมาะสมกับ Material พลาสติกชนิดต่างๆ ที่ใช้งานกับเครื่อง เช่น
PLA (Polylactic Acid) เป็นเส้นพลาสติกที่ผลิตจากวัตถุดิบธรรมชาติ เช่น กากพืชผลทางการเกษตร เกือบทุกชนิดเนื่องจาก ค่อนข้างปลอดภัย ไม่มีกลิ่นพลาสติกไหม้ หดตัวน้อย ไม่จำเป็นต้องใช้ฐานทำความร้อน แต่มีข้อเสียอยู่บ้างเรื่องทนความร้อนได้ไม่สูงนัก
ABS (Acrylonitrile butadiene styrene) เป็นพลาสติกชนิดใยสังเคราะห์ เช่น กระเป๋าเดินทาง แก้วน้ำ ข้อดีคือ ทนต่อสภาพแวดล้อมได้ดี แต่ข้อเสียค่อนข้างมาก คือ พิมพ์ได้ยาก เนื่องจากมีอัตราการหดตัวสูง ต้องเปิดฐานทำความร้อน พิมพ์แล้วมีกลิ่นพลาสติกไหม้
นอกจากเส้นพลาสติกที่กล่าวไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีเส้นพลาสติกให้เลือกใช้อีกหลากหลายชนิด เช่น เส้นไม้(Wood Filament) เส้นผสมทองเหลือง(ฺBronze Filament) เส้นผสมทองเแดง(Copper Filament), Nylon, PETG, Rubber เป็นต้น
1. เครื่องพิมพ์ระบบ FDM มีชื่อเรียกได้ 2 ชื่อ
FDM หรือ Fused Deposite Modeling หรือบางคนเรียก FFF ซึ่งจริงๆแล้วทั้ง 2 ตัวนี้ มันคือลูกแฝด ที่มีหลักการเดียวกัน แตกต่างกันแค่ชื่อเรียก และวัสดุที่นิยมใช้ก็คือ พลาสติก ที่เราได้กล่าวไปข้างต้น ที่หัวข้อ Material ซึ่งจะมีเพิ่มเติมไปอีก เช่น ช็อคโกแลค เซรามิค แพนเค้ก เป็นต้น
FDM มีการทำงานโดยมีฮีตเตอร์ทำอุณหภูมิความร้อนที่หัวฉีด (Nozzle) เพื่อทำการละลายเส้นพลาสติกที่แข็งให้อ่อนตัวเป็นกึ่งแข็งกึ่งเหลว การตั้งค่าอุณหภูมิขึ้นอยู่กับแล้วแต่ วัสดุ (Material) จากนั้นจะทำการฉีดเส้นไปที่ละชั้นที่ละเลเยอร์ตามรูปแบบโมเดลออกมาเป็นวัตถุ ที่เราใส่ลงไปในโปรแกรม Slicer ของเครื่องพิมพ์เพื่อทำการตั้งค่าตัวชิ้นงาน โดยปกติหัวฉีดจะมีรูขนาด 0.4mm อาทิ ความแข็งแรง ด้านข้าง บน ล่าง และความละเอียดของพื้นผิวด้านนอกที่เราสัมผัส และมองเห็นด้วยตาเปล่า ได้ทั้งขึ้นรูปง่าย และซับซ้อนได้
ประเภทของเครื่อง FDM ที่มักนิยมใช้ มีดังนี้
1. Cartesian
ข้อดีของ เครื่องพิมพ์ค่อนข้างจะเสถียรกว่า เนื่องจากมีการเคลื่อนที่ของหัวฉีดจะเคลื่อนที่อยู่ใน 1 หรือ 2 แกนในรางสไลด์ (ตามทฤษฎีแล้วจะพิมพ์ได้นิ่งกว่า FDM ระบบอื่นๆ แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับผู้ผลิตแต่ละยี่ห้อด้วย) พื้นที่พิมพ์งานเป็นทรงกล่องสี่เหลี่ยม
ข้อเสียของ หากมีขนาดใหญ่ขึ้น จะผลิตค่อนข้างยาก น้ำหนักมาก (หนักโครงสร้าง รางสไลต์)
2. Delta เครื่องพิมพ์ระบบนี้มีจุดสังเกตได้ง่ายที่สุดคือ มีแกนเสาอยู่ 3 เสา เครื่อง Delta นั้นจะมีฐานพิมพ์อยู่กับที่ หัวฉีดจะเคลื่อนที่อย่างอิสระทั้งสามแกน X, Y, Z โดยควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวฉีดด้วยการทำงานสัมผัสกันของมอเตอร์ทั้งสามตัว เครื่องระบบนี้สามารถสร้างให้มีขนาดใหญ่มากๆ ได้
ข้อดีสามารถสร้างเครื่องให้พิมพ์ชิ้นงานได้ง่าย มีน้ าหนักน้อย และมีต้นทุนในการผลิตที่ต่ า
ข้อเสีย คุณภาพงานลดลงเมื่ออยู่ห่างจากจุดศูนย์กลาง (กลางฐานจะพิมพ์ชิ้นงานได้ดีกว่าส่วนที่ห่างจากจุดกึ่งกลาง)
2.ข้อควรระวังในการใช้งานเครื่องพิมพ์ระบบ FDM
1. ชิ้นงานไม่ติดฐาน (Part not stick to buildplate)
2. ชิ้นงานงอหลุดจากฐาน (Warping)
3.เส้นขาดหายบางส่วน (Underextrusion)
4.มีรอยตะเข็บ หรือเป็นปุ่ม (Seam line & Blob)
5.ชิ้นงานตกท้องช้าง ผิวไม่สวย (Sacking & Poor bridge)
6.ชิ้นงานผิวและเนื้อในประสานกันไม่สนิท (Gap on Wall and infill)
7.ชิ้นงานเป็นรอยคลื่น (Ghosting)
8. ชิ้นงานมีขน (String หรือ Hairing)
Note : ข้อควรระวังที่ได้ยกตัวอย่างไป เป็นเพียงเหตุการณ์ที่เกิดในบางครั้ง ไม่ใช่จะเกิดบ่อยๆ หากเราได้มีการใช้งาน และประสบการณ์สักระยะหนึ่ง ก็จะสามารถป้องกันไม่ให้เกิดปัญหาพวกนี้ได้ครับ
3.อุปกรณ์ในเครื่องพิมพ์ 3D ระบบ FDM นั้น ก็มีวัสดุสิ้นเปลือง
1.หัวฉีด (Nozzle)
2.แผ่นรองพิมพ์ (Platform)
การนำไปใช้งาน เช่น 1.ออกแบบผลิตภัณฑ์ 2.ทำต้นแบบชิ้นส่วนต่างๆทั้งด้านอุตสาหกรรมยานยนต์ พลาสติก เป็นต้น 3.เพื่อการศึกษา 4.งานสถาปัตยกรรม
เครื่องพิมพ์ชนิด Vat Photopolymerisation หรือ เรียกง่ายๆ SLA
เครื่องพิมพ์แบบ SLA หรือ DLP (บางครั้งอาจจะเรียกว่า RP อยู่คือ Rapid Prototype) นั้นมีหลักการทำงานเช่นเดียวกันคือการฉายแสงไปยังเรซิ่นที่ไวต่อแสง และแข็งตัวเมื่อโดยแสงที่ย่านความถึ่เฉพาะตัว ขึ้นรูปจากน้ำเรซิ่น(Photopolymer Resin) เป็นวัตถุแข็งตัว
เครื่องพิมพ์ 3D ชนิด SLA
1. เครื่องพิมพ์ระบบ SLA จำแนกออกได้เป็น 2 ประเภท คือ SLA and DLP
เครื่อง SLA มีชื่อเรียกเต็มๆว่า Stereolithography หลักการทำงานคือ ใช้หลักการในการฉายภาพลงบนวัสดุเรซิ่นที่อยู่ในรูปของเหลว เมื่อเรซิ่นโดนแสงในช่วงความยาวคลื่น UV หรือแสงสีม่วง น้ำเรซิ่นที่ว่านั้นคือ Photo-sensitive Resin เมื่อเรซิ่นชนิดนี้ถูกแสงที่ความถี่ช่วงประมาณ 360-420nm (แล้วแต่ชนิดของ Resin จะแข็งตัวที่ความถี่จำเพาะหนึ่ง)ส่วนที่โดนแสงก็จะเกิดการแข็งตัว ส่วนที่ไม่โดนแสงก็ยังอยู่ในรูปของเหลวต่อไป โดยใช้เลเซอร์วาดภาพลงไปบนเรซิ่น โดยจะคล้ายกับเครื่องพิมพ์ชนิด FDM ที่จะต้องขึ้นรูปไปที่ละเลเยอร์ เหมือนกัน ซึ่งจะมีการขยับขึ้นลงของแกน Z เท่ากับจำนนเลเยอร์ที่จะต้องทำ จนชิ้นงานเสร็จนั้นเองครับ พอเราได้ชิ้นงานเสร็จแล้ว เราก็จะต้องนำ Build Platform ออกมาเพื่อทำการแกะชิ้นงานออก หลังจากนั้น ก็จะนำไปล้างด้วย IPA หรือ น้ำเปล่า ขึ้นอยู่กับชนิดเรซิ่นที่ใช้
ข้อดีของ SLA คือ วัสดุที่มีความเรียบเนียนและสามารถใช้งานได้เป็นอย่างดีในระยะยาว ทำให้คุณสามารถใช้งานได้อย่างสะดวกสบาย และการปริ้นเรซิ่น ราคาไม่สูง ทำให้เหมาะกับการใช้งานในระยะยาวเป็นอย่างมาก ถือว่าเป็นประโยชน์อย่างมากในปัจจุบันนั้นเอง จะมีราคาถูกกว่า DLP และเป็นที่นิยมในปัจจุบัน
เครื่องพิมพ์ระบบ DLP นั้นจะมีความแตกต่าง คือ ใช้โปรเจคเตอร์ฉายรูปภาพลงไปบนเรซิ่น ในเรื่องของความเร็วในการพิมพ์ การฉายภาพจะเร็วกว่าการวาดภาพแบบSLA เพราะการฉายภาพสามารถสร้างรูปขึ้นมาได้เลย
Material
1. เรซิ่นธรรมดา เป็นน้ำเรซิ่น เมื่อแข็งตัวมีลักษณะคล้าย ABS มีทั้งแบบธรรมดา และ แบบแข็งแรงพิเศษ
2. เรซิ่นสำหรับหล่อ (Direct Cast Resin) เมื่อแข็งตัวมีลักษณะคล้าย Wax หรือขึ้ผึ้ง สามารถใช้ความร้อนละลายออกได้ จึงเหมาะกับการผลิต Jewelry
3. เรซิ่นอื่นๆ เช่น เรซิ่นที่ยืดหยุ่นได้
2.ข้อแตกต่างระหว่าง 2 เทคโนโลยี ระหว่าง SLA และ DLP
ถ้าเป็นระบบ DLP พื้นที่ในการพิมพ์จะมีขนาดเล็ก แต่ความละเอียดในการพิมพ์จะมีมาก สามารถเก็บรายละเอียดงานได้ดี เหมาะกับงานที่ต้องการรายละเอียดมากๆ ส่วนระบบ Laser นั้น พื้นที่ในการพิมพ์จะใหญ่ ส่วนความละเอียดนั้นขึ้นอยู่กับขนาดจุดของเลเซอร์ ยิ่งเล็กก็จะยิ่งละเอียด แต่ข้อดีของเครื่องระบบ SLA ที่ใช้เลเซอร์ก็คือ ขอบชิ้นงานจะเรียบเนียนไม่เป็นรอยขั้นบันได ซึ่งต่างจากเครื่องพิมพ์ระบบ DLP หรือ LCD ที่ชิ้นงานจะเห็นเป็นขั้นๆ ซึ่งรอยตรงนี้เกิดมาจาก รูปสี่เหลียมของเม็ด Pixel ที่เรียงต่อกัน
3.ข้อควรระวังในการใช้เครื่องประเภท SLA
1.การใช้น้ำยาเรซิ่น เวลาจะสัมผัสทุกครั้งจะต้องมีการป้องกันโดยการใส่ถุงมือทุกครั้ง และ บางครั้งถ้าไม่ระวังอาจจะมีน้ำยาเรซิ่นกระเด็นเข้าดวงตาเราได้ ควรมีแว่นตาใส่ป้องกันขณะทำงาน เวลาล้างควรล้างด้วยน้ำเปล่า
2.ความสะอาดในถาดน้ำยาเรซิ่น ต้องคอยเช็คหากมีการพิมพ์ชิ้นงานเสีย อาจมีเศษชิ้นงานตกหล่นอยู่ใน ถาดน้ำยา ถ้าลืมหรือไม่เอาออก พอเราพิมพ์งานครั้งถัดไป แผ่นรองพิมพ์ก็จะกด โดนตัวชิ้นงานที่หล่นอยู่ และดันเข้ากับฟิลม์ อาจจะทำให้ฟิลม์ขาด และทะลุลงไปภายในตัวเครื่อง ซึ่งมีบอร์ด และตัวเลเซอรื ที่ควบคุมการทำงานของเครื่องเสียหาย และพังได้ และ รวมถึงความสะอาดของแผ่นรองพิมพ์ถ้า มีคราบเรซิ่นติดอยู่เยอะอาจทำให้ชิ้นงานยึดเกาะกับแผ่นรองพิมพ์ได้จึงต้องทำความสะอาดด้วย หากมีคราบน้ำยาติดอยู่เยอะ
3.อาจจะต้องมีพื้นที่สเตชั่นข้างเครื่องพิมพ์ เพราะเวลานำชิ้นงานออกมา น้ำยาที่ติดอยู่ จะหกเลอะเทอะได้
การนำไปใช้งาน เช่น 1.งานโมเดลการ์ตูน คน สัตว์ 2.อาหาร 3.งานเครื่องประดับ เป็นต้น
เครื่องพิมพ์ชนิด Power Bed Fusion หรือ เรียกง่ายๆ SLS
Selective laser sintering เป็นระบบการพิมพ์สามมิติที่ใช้กันทั่วไปในงานอุตสาหกรรม SLS จะใช้แสงเลเซอร์กำลังสูงในการหลอมรวมผงพลาสติก ผงพลาสติกส่วนที่ไม่ถูกหลอมจะทำหน้าที่เป็น support ให้ตัวงานในระหว่างที่พิมพ์ ทำให้ไม่ต้องสร้าง support ขึ้นมาอีก ทำให้ระบบนี้เหมาะกับงานที่มีรูปร่างซับซ้อน งานที่มีโครงสร้างอยู่ภายใน งานที่มีส่วนเว้า และงานที่มีผนังบาง งานที่ผลิตจากเครื่อง SLS จะมีคุณสมบัติเทียบเท่างานที่ผลิตจากเครื่องฉีดพลาสติกในโรงงานอุตสาหกรรม
เครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบ SLS มีหลักการทำงานคล้ายกับระบบ SLA แต่ต่างกันที่วิธีการทำให้เรซิ่นแข็งตัวโดยการฉายเลเซอร์ โดยระบบ SLS นั้นจะยิงเลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวัสดุ เช่นผงทองเหลือง ทำให้ผงวัสดุหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกันและทับซ้อนกันต่อไปเป็นชั้นๆ
ข้อควรรู้ในการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3D ระบบ SLS
ข้อดีระบบ SLS
1.ได้ชิ้นงานที่มีความแข็งแรง คงที่ เท่ากันทุกส่วน
2.ขนาดของชิ้นงานมีความแม่นยำ คลาดเคลื่อนน้อยมาก
3.ผลิตชิ้นงานที่ซับซ้อนได้ โดยไม่ต้องมี Support
4.เบาแบบรู้สึกได้ ในขณะที่ยังแข็งแรงตามสเปคของวัสดุ (ไนลอน)
5.ผิวชิ้นงานสวยงาม มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว ทำสีไม่ยาก หากเป็นไนลอน สามารถใส่เครื่องอบสี เพื่อให้ซึมเข้าถึงเนื้อในได้เลย ซึ่งในอนาคตจะมีวางจำหน่ายหลายยี่ห้อ
6.ค่าวัสดุเฉพาะตัวงานที่พิมพ์ถือว่าถูก เมื่อเปรียบเทียบกับงานจากเครื่อง SLA หรือ Polyjet
ข้อเสียระบบ SLS
1.ราคาเครื่องจะค่อนข้างมีราคาสูงเมื่อเทียบกับเครื่อง ระบบ FDM และ SLA ของขนาดที่พิมพ์ชิ้นงาน ซึ่งเครื่องเริ่มต้น ก็พิมพ์ชิ้นงานได้งานขนากเล็กมาก แต่ราคาสูง
2.ต้นทุนราคาของ Material ค่อนข้างสูง
ข้อควรระวังของเครื่องพิมพ์ 3D ระบบ SLS
1.ผงพลาสติก หรือ ผงเหล็กที่ใช้จะมีขนาดค่อนข้างเหล็กมาก ถ้าสัมผัสด้วยมือเปล่าอาจก่อให้เกิดอันตรายเข้าสู่ร่างกายได้ ควรใส่ถุงมือขระทำงาน
2.ควรใส่หน้ากากกรอง เพราะอาจะสูดดมเข้าไปทำให้เกิดปัญหาต่อระบบทางเดินหายใจได้ครับ
ขอขอบคุณที่ให้ความสนใจในการเข้ามาดูและรับชมกันนะครับ หากใครได้สนใจ และได้ลองอ่านข้อมูลแล้ว ของเครื่อง ประเภท FDM SLA และ SLS ก็ล้วนนำไปสู่การทำงานที่ช่วยให้การทำงานง่ายขึ้น และพัฒนาไปได้ไม่จำกัด ใครยังไม่เคยใช้ครับ ไม่ต้องกังวล เครื่องพิมพ์สามารถเรียนรู้ได้ไม่ยากก็สามารถจะใช้