รู้จักเครื่องพิมพ์เรซิ่น 3D มือใหม่ต้องรู้

นอกจากเครื่องทำน้ำแข็งแล้ว เครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นก็เป็นอีกเครื่องหนึ่งที่เรียกเล่น ๆ ว่าเครื่องปั้นน้ำเป็นตัว มันสามารถสร้างชิ้นงานสามมิติที่จับต้องได้ขึ้นจากเรซิ่นเหลว (หรือเรียกง่าย ๆ ว่าพลาสติกเหลว) ซึ่งนับว่าเป็นเทคโนโลยีที่น่าตื่นตาตื่นใจอย่างมาก มักใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่มาสักระยะหนึ่งแล้ว และในปัจจุบันทุกคนก็สามารถซื้อหามาใช้ในบ้านเรือนได้อย่างง่ายดาย ด้วยการทำงานที่ง่ายขึ้น ราคาที่ถูกลง สามารถใช้ทำเป็นงานอดิเรกได้เลย

อะไรคือเครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่น

เครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นเช่น Elegoo, Phrozen เป็นที่รู้กันดีว่าให้รายละเอียดสูง และมีเรซิ่นให้เลือกเยอะ

เครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นเป็นชื่อเรียกรวม ๆ ของชนิดของเครื่องพิมพ์สามมิติที่ใช้เรซิ่นซึ่งอยู่ในถาดหรืออ่างเรซิ่น (vat) ในการพิมพ์ขึ้นรูป โดยจะมีอยู่สามรูปแบบหลัก ๆ คือ

• Stereolithography (SLA)
• Liquid Crystal Display (LCD) หรือเรียกอีกอย่างว่า Masked Stereolithography (MSLA)
• Digital Light Processing (DLP)

 

เรซิ่นยังใช้ในเครื่องพิมพ์ชนิดอื่น ๆ อีกเช่น PolyJet และ MultiJet แต่เราจะโฟกัสที่เครื่องพิมพ์แบบใช้อ่างเรซิ่นเท่านั้นก่อน และไม่ต้องกังวลไป เพื่อน ๆ ไม่ต้องรู้ลึกไปถึงเทคโนโลยีที่มันใช้ เราจะดูภาพรวมว่ามันทำงานอย่างไรเพื่อเลือกเครื่องที่ใช่สำหรับเรา

Stereolithography (SLA)

Stereolithography เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแรกที่เกิดขึ้นบนโลกใบนี้ โดยนาย Charles W. Hull ได้จดสิทธิบัตรตั้งแต่ปี 1984 นับเป็นจุดเริ่มต้นของยุคแห่งการพิมพ์สามมิติอย่างไม่เป็นทางการ

เขาพัฒนาการบวนการที่แสงเลเซอร์ทำให้เรซิ่นเหลวแข็งตัว สร้างชิ้นงานสามมิติขึ้นมาได้ ทุกวันนี้เครื่องพิมพ์ SLA ใช้กระจกในการเล็งแสงเลเซอร์ไปยังจุดที่ต้องการด้วยความรวดเร็ว เพื่อทำให้เรซิ่นแข็งตัวตามรูปร่างที่ต้องการ แล้วแท่นพิมพ์ก็จะขยับสูงขึ้น (หรือต่ำลงตามชนิดของเครื่องพิมพ์) ทีละเลเยอร์ และเลเยอร์ถัดไปก็จะยึดติดกับเลเยอร์ก่อนหน้าจนได้ชิ้นงานที่ต้องการ

เรซิ่นที่ใช้กับเครื่องพิมพ์สามมิติทั้งหมดจะเป็น “photopolymer” หมายความว่ามันจะมีปฏิกิริยากับแสง โดยจะแข็งตัวเมือสัมผัสกับแสง

ด้วยระบบแสงเลเซอร์และชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวภายในเครื่อง ทำให้ระบบ SLA นี้มีราคาค่อนข้างสูง อาจจะไม่เหมาะกับการใช้งานตามบ้านเรือนนัก

Liquid Crystal Display (LCD) หรือ MSLA/MLCD

เครื่องพิมพ์ 3D แบบ LCD (หรือเรียกอีกอย่างว่า masked stereolithography หรือ MSLA/MLCD), ใช้จอ LCD ทำหน้าที่เหมือน “หน้ากาก” ในการปิดบังแสงในส่วนที่ไม่ต้องการ และปล่อยให้แสงผ่านไปในส่วนที่ต้องการเพื่อสร้างชิ้นงานขึ้นมา ภายใต้อ่างเรซิ่นจะมีแหล่งกำเนิดแสง UV ซึ่งปกติจะเป็น UV LED เรียงตัวกันเป็นตับ เมื่อจอ LCD แสดงภาพของเลเยอร์ที่ต้องการพิมพ์ เครื่องจะปล่อยแสง UV ออกมา แสงจะผ่านจอ LCD ในส่วนที่ใส (ไม่ถูกปิดกั้น) ผ่านไปยังเรซิ่นในบริเวณที่ถูกกำหนดไว้และเรซิ่นก็จะแข็งตัว

จากนั้นแท่นพิมพ์ก็จะเคลื่อนตัวให้เรซิ่นสำหรับเลเยอร์ใหม่ไหลเข้ามาแทนที่ จอภาพก็จะเปลี่ยนเป็นรูปเลเยอร์ถัดไป และเริ่มฉายแสง UV เป็นวงรอบต่อไปเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นวัตถุสามมิติ

ในทางตรงกันข้ามกับการพิมพ์ระบบ SLA ที่ใช้การวาดพื้นที่ใน 1 เลเยอร์ด้วยจุดของแสงเลเซอร์ ระบบ MSLA จะฉายภาพพื้นที่ของทั้งเลเยอร์ขึ้นมาในคราวเดียวเลย

ในการปิด-เปิดส่วนที่ต้องการให้แสงผ่าน จอ LCD จะใช้การเปิด-ปิดแบบดิจิตอลผ่านพิกเซลสี่เหลี่ยม โดยขนาดของพิกเซลจะเป็นตัวกำหนดความละเอียดของงานพิมพ์ ส่วนคุณภาพของงานพิมพ์จะถูกกำหนดโดยความหนาแน่นของจอ LCD และขนาดของเครื่องพิมพ์ จำนวนพิกเซลที่มากกว่าในพื้นที่ของจอภาพขนาดเดียวกัน (6K, 8K…) จะให้คุณภาพงานที่ดีกว่า

Digital Light Processing (DLP)

ระบบต่อมาก็คือ DLP ซึ่งคล้ายกับ LCD แต่แทนที่จะใช้จอ LCD ในการเปิด หรือปิดกั้นแสง DLP จะใช้เครื่องโปรเจคเตอร์ความละเอียดสูงส่องแสงไปยัง digital micromirror device (DMD) ที่เป็นกระจกขนาดเล็กมากจำนวนนับล้านแผ่นสะท้อนจุดของแสงเป็นรูปร่างของเลเยอร์ไปยังเรซิ่นเพื่อให้แข็งตัวเป็นเลเยอร์

กระจกจิ๋วใน DMD จะถูกปรับให้ส่องไปยังเรซิ่น หรือหันไปอยู่ด้านข้างเพื่อไม่ให้แสงส่องไปยังเรซิ่น กระจกแต่ละแผ่นเทียบเท่ากับพิกเซลในการสร้างภาพ DLP สามารถสร้างงานพิมพ์ที่คมกว่า LCD เนื่องจากกระจกที่สะท้อนแสงไปยังส่วนที่ต้องการเท่านั้น และ LCD จะมีแสงที่กระจายออกไปเล็กน้อยระหว่างกระจกของจอภาพ และ LCD เองก็ไม่ได้ปิดกั้นแสงได้ 100%

เครื่อง DLP ตั้งโต๊ะส่วนใหญ่จะกำหนดค่าตายตัวของความละเอียดแนวแกน X-Y (ระหว่าง 35 ถึง 100 ไมครอน) แต่บางเครื่องก็จะเพิ่มชุดเลนส์เพื่อให้ปรับระยะระหว่างแหล่งกำเนิดแสงกับเลเยอร์ของเรซิ่น ทำให้เพิ่มความละเอียดของงานพิมพ์ด้วย

ทำไมถึงต้องเป็นเครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่น

เป็นที่กล่าวกันอย่างกว้างขวางว่าการพิมพ์แบบเรซิ่นมักถูกเลือกใช้มากกว่าแบบอื่น ๆ ในเรื่องของการเก็บรายละเอียด และผิวงานที่เรียบเนียน

เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีการพิมพ์แบบใช้เส้นพลาสติก (FFF หรือ FDM) แบบเรซิ่นจะแทบมองไม่เห็นเส้นเลเยอร์เลย และรายละเอียดเล็ก ๆ จะมีมากกว่า

เครื่องพิมพ์ 3D แบบ FDM มักจะมองเห็นชั้นของเลเยอร์ได้ด้วยตาเปล่า และอาจมองเห็นความคลาดเคลื่อนในงานที่มีความซับซ้อนสูง งานที่พิมพ์จากเครื่องเรซิ่นจะมีขอบที่คมกว่า ผิวเรียบ และแทบไม่เห็นเลเยอร์เลย

ถ้าเพื่อน ๆ ชอบทำงานอดิเรกอย่างจริงจัง ที่ต้องการพิมพ์ฟิกเกอร์ ของเล่น ตุ๊กตา หรือรูปปั้น น่าจะลองเลือก Elegoo Saturn 4 Ultra 16K เพราะด้วยราคาที่ไม่แพงเลย และจอ LCD ขนาด 16K ไม่มีเครื่องพิมพ์ FDM ที่สามารถทำงานได้ละเอียดเทียบเท่าได้เลย

เครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นยังเป็นที่นิยมในวงการผู้ผลิตเครื่องประดับ เพราะมันสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนเล็ก ๆ ที่มีรายละเอียดมาก เพื่อเอาไปทำแม่พิมพ์ต่อ และมีเรซิ่นที่เป็นแว็กซ์ เมื่อพิมพ์เสร็จแล้วก็สามารถนำไปหล่อได้เลย

ราคาเครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นขึ้นอยู่กับ

• การพิมพ์รายละเอียดเล็ก ๆ ได้
• ผิวงานเรียบเนียน
• มีเรซิ่นหลากหลาย
• พิมพ์ได้เร็ว
• ประสิทธิผลสูง
• โครงสร้างซัพพอร์ต

เครื่องพิมพ์ 3D แบบเรซิ่นที่ดีที่สุดในวันนี้

จะจำกัดตัวเลือกอย่างไร?

เมื่อเราจะเลือกเครื่องพิมพ์เรซิ่น ความละเอียดจะเป็นหัวข้อที่มักจะถูกกล่าวถึง เครื่องพิมพ์เรซิ่นในปัจจุบันมีความแตกต่างกันน้อยมาก โดยส่วนใหญ่จะมีความละเอียดที่ 25 – 50 ไมครอน (โดยที่เส้นผมคนเรากว้างประมาณ 50ไมครอน)

ที่ 50ไมครอน หรือ 100ไมครอนยังพอมองเห็นเลเยอร์ได้ถ้ามองใกล้ๆ หรือใช้กล้องส่อง  ส่วนที่ 25 ไมครอนแม้นจะมองใกล้ๆ ก็ยังเห็นเลเยอร์ได้ยาก แต่การตกแต่งหลังพิมพ์เช่นการขัด การลงสี หรือวิธีการอื่นๆ ก็ช่วยเรื่องความเรียบได้

เครื่องพิมพ์ 3D  นั้นพิมพ์ได้เร็วแค่ไหน?

ความเร็วในการพิมพ์จะขึ้นกับหลายปัจจัยเช่น ความละเอียดที่เลือก ชนิดของเรซิ่น ปริมาตรของงาน และยังรวมถึงชนิด และคุณภาพของเหล่งแสง ทั้งหมดนี้เป็นเหตุผลที่มีเครื่องพิมพ์ราคาหลักหมื่น และยังมีเครื่องพิมพ์ราคาหลักล้าน อย่างที่กล่าวไปแล้วเทคโนโลยีบางอย่างเช่น SLA มักจะทำงานช้ากว่า DLP ความแรงและคุณภาพของแสงก็ช่วยให้พิมพ์ได้เร็วขึ้นด้วย

ต่อไปก็จะพูดถึงอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ต้องใช้นอกจากตัวเครื่องพิมพ์ เพราะงานที่พิมพ์ด้วยเรซิ่น ไม่สามารถนำไปใช้งานได้ทันทีที่นำออกจากเครื่องพิมพ์ ต้องล้างเรซิ่นส่วนเกินด้วยแอลกอฮอล์ (หรือน้ำเปล่าเมื่อใช้เรซิ่น Washable) และอบด้วยแสง UV ให้แข็งตัวเต็มที่ เพื่อน ๆ สามารถล้างด้วยมือ และนำไปตากแดดก็ได้ แต่เครื่องล้าง และเครื่องอบ UV ก็จะช่วยให้งานเสร็จเร็วขึ้นมาก

เรซิ่นคืออะไรกันแน่ มารู้จักเรซิ่นกัน

เพื่อน ๆ อาจนึกถึงเรซิ่นว่าเป็นแค่พลาสติกเหลว แต่มันมีหลากหลายชนิด นับไม่ถ้วนทีเดียว เราอาจจะเลือกใช้เรซิ่นที่มีความแกร่ง หรือบิดงอได้ คล้ายยางหรือทนทาน ทนไฟ หรือแม้แต่แข็งแรงระดับอุตสาหกรรม

การเรียกชนิดของเรซิ่นไม่ได้ตรงไปตรงมาเหมือนเส้นพลาสติก เช่น PLA, ABS, PETG, PP, TPU, และอื่น ๆ เรซิ่นไม่ได้เรียกชนิดของมันตามชื่อทางเคมี ผู้ผลิตมักจะเก็บส่วนผสมเป็นความลับ ขั้นสุดยอด แล้วเรียกเรซิ่นของพวกเขาว่า “Strong” หรือ “Tough” หรือ “Flexible” หรือ “Water washable” ทำให้ยากต่อการเทียบเคียงระหว่างแบรนด์ แต่ยังพอหาข้อมูลได้บ้างจาก Data sheet ที่บอกถึงคุณลักษณะหลัก

แต่เมื่อเราขยับไปเป็นเครื่องระดับโปรฯ เรซิ่นที่ใช้ได้ก็จะถูกจำกัดด้วยคำว่า “Compatible” คือต้องใช้แบรนด์เดียวกับตัวเครื่องพิมพ์เท่านั้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่เป็นไปตามผู้ผลิตกำหนด

เรซิ่นเป็นอัตราย หรือเป็นพิษหรือไม่?

เรซิ่นเป็นสารเคมี ให้เจาะจงก็คือสาร photopolymer ของสาร monomers และ oligomers รวมถึงสารเติมแต่งอีกมากมาย แน่นอนว่าเรซิ่นเป็นสารพิษในรูปของเหลว มันนับเป็นสารก่อมะเร็ง ระคายเคืองผิวหนัง และระบบทางเดินหายใจ และยังทำลายสิ่งแวดล้อมด้วย ต้องสวมถุงมือทุกครั้งที่ต้องสัมผัสกับเรซิ่น ควรพิมพ์ในที่ที่อากาศถ่ายเทสะดวก เพื่อป้องกันการสะสมไอเรซิ่น เรซิ่นที่ไม่ใช้แล้วต้องตากแดดให้แข็งตัวก่อนทิ้งในถังขยะอันตราย

เรซิ่นราคาเท่าไหร่?

ขึ้นอยู่กับชนิดของเรซิ่นเป็นหลัก เรซิ่นเกรดต่ำสุดเริ่มต้นที่ประมาณ 400 บาทต่อกิโลกรัม อีกมุมหนึ่งเรซิ่นที่เข้าได้กับร่างกายคน หรือในงานทันตกรรมอาจมีราคาต่อกิโลกรัมสูงถึงกว่า 40,000 บาท

เรซิ่นชนิดพิเศษ

เราเรียกเรซิ่นว่าเป็นพลาสติกเหลว แต่เราสามารถผสมหรือเติมด้วยเซอรามิค หรือผงโลหะเพื่อสร้างชิ้นส่วนที่เป็นเซรามิค หรือโลหะได้

Ceramic Resins

มีเรซิ่นที่เสริมแรงด้วยผงเซอรามิค หรือที่เรียกว่า “technical ceramic”เรซิ่น มีความแตกต่างกันที่อัตราส่วนผสมของเรซิ่นกับผงเซอรามิค

ระบบเครื่องพิมพ์ที่ใช้เรซิ่นเซอรามิคมาอย่างยาวนานคือระบบ SLA และ DLP มันสามารถพิมพ์งานที่มีความหนาแน่นสูง มีคุณสมบัติที่ดดีในอุตสาหกรรมไฮ-เทค เช่นชิ้นส่วนอิเลคโทรนิค การปลูกถ่ายกระดูก จนถึงยานอวกาศ

Software for Resin 3D Printers

เครื่องพิมพ์ 3D  ทุกเครื่องต้องมีซอฟแวร์ควบคุมการทำงาน (ซึ่งเรียกว่า Slicer) ในการที่จะเปลี่ยนโมเดลดิจิตอลไปเป็นข้อมูลคำสั่งให้เครื่องพิมพ์ทำงานตามคำสั่งเหล่านั้น หากเพื่อน ๆ เคยใช้เครื่องพิมพ์ชนิดเส้นพลาสติก ก็จะรู้ว่ามันเป็นหลักการเดียวกัน แต่ซอฟแวร์ทั้งสองใช้ร่วมกันไม่ได้

ในซอฟแวร์สำหรับเครื่องชนิดเส้นพลาสติกจะสร้างไฟล์ gcode แต่ซอฟแวร์สำหรับเครื่องเรซิ่นจะสร้างเป็นรูปภาพของแต่ละเลเยอร์ที่จะปล่อยให้แสงผ่านไปยังเรซิ่นเพื่อทำให้แข็งตัว พร้อมทั้งสร้าง support ไปพร้อมกัน

ในอดีตซอฟแวร์ที่ใช้สั่งการเครื่องพิมพ์ หรือเรียกว่า slicer จะต้องเป็นแบรนด์เดียวกันกับเครื่องพิมพ์ แต่ทุกวันนี้ slicer ที่เป็นแบรนด์อิสระ(3^rd party) สามารถเลือกเครื่องพิมพ์ที่จะใช้ได้หลากหลาย ทำให้ผู้ใช้งานสามารถใช้ฟังก์ชั่นใหม่ ๆ ได้มากขึ้น ซอฟแวร์ที่เป็นที่นิยม และมีประสิทธิภาพได้แก่ ChiTuBox และ Lychee ซึ่งสามารถกำหนดค่าเฉพาะของเรซิ่นที่จะใช้ได้ด้วย

เมื่อรู้จักเครื่องพิมพ์แล้วหวังว่าเพื่อน ๆ จะเลือกเครื่องที่ถูกใจ และทำงานได้ดั่งใจนะครับ