ความละเอียดสำคัญอย่างไรกับการพิมพ์ 3 มิติ ตอนที่ 2

Septillion Co., Ltd.Formlabs

ความละเอียดสำคัญอย่างไรกับการพิมพ์ 3มิติ? ตอนที่ 2

7 เมษายน 2559 in News

ตอนที่ 2: ทำความเข้าใจความละเอียดในแกน XY

อ่านตอนที่ 1: ความละเอียด vs. ขนาดขั้นต่ำของชิ้นงาน

ในโลกของการพิมพ์โมเดล 3มิตินั้น ไม่มีปัจจัยไหนที่ส่งผลต่อคุณภาพการพิมพ์ไปมากกว่าความละเอียดของแกน XY แม้ว่าจะมีการโต้เถียงเรื่องนี้กันอย่างมากมายแต่นั้นก็ยังไม่สามารถเกิดเป็นข้อสรุปในเรื่องนี้ได้ ความละเอียดของแกน XY  (หรือเรียกว่าความละเอียดแนวนอน) คือการเคลื่อนที่ที่เล็กที่สุดที่เครื่องพิมพ์หรือเครื่องอัดรีดจะสามารถทำได้ในเลเยอร์หนึ่ง ยิ่งค่าต่ำมากแค่ไหน ก็ยิ่งมีรายละเอียดมากเท่านั้น ถึงกระนั้นตัวเลขนี้ก็ไม่ได้เขียนไว้อย่างชัดเจนในคุณสมบัติของตัวเครื่อง และแม้ถึงจะเขียนไว้ตัวเลขเหล่านั้นก็ไม่ได้แม่นยำเสมอไป จึงจำเป็นจะต้องเข้าใจหลักวิทยาศาสตร์ที่อยู่เบื้องหลังตัวเลขเหล่านี้แทน เพื่อทำความเข้าใจถึงความละเอียดในแกน XY ที่เครื่องพิมพ์สามารถทำได้

ความละเอียดในแกน XY ส่งผลกับชิ้นงาน 3มิติ ในทางปฏิบัติอย่างไร? เราทำการตัดสินใจทดสอบเครื่องพิมพ์ 3มิติ Form 2 SLA เพื่อหาคำตอบของคำถามนี้ เครื่อง Form 2 มีขนาดจุดเลเซอร์อยู่ที่ 140 ไมครอน (FWHM) ซึ่งเครื่องปริ้นท์ก็สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่มีรายละเอียดในแกน XY ออกมาได้เป็นอย่างดี เราทำการทดสอบเครื่องพิมพ์ในครั้งนี้เพื่อให้เห็นถึงข้อสรุปและข้อเท็จจริงถึงคุณภาพรายละเอียดที่สามารถจับต้องได้จริงสำหรับผู้ใช้งาน

การออกแบบและทดสอบตัวต้นแบบ

XY Test Model
เราได้ออกแบบตัวต้นแบบ (ซ้าย) โดยใส่เส้นระยะจาก 10 ถึง 200 ไมครอน และปริ้นท์มันลงในเรซินใส (ขวา) เพื่อทดสอบขนาดชิ้นงานที่เล็กที่สุดบนแกน XY ในเครื่องพิมพ์ Form 2

ขั้นแรก เราออกแบบและพิมพ์ต้นแบบเพื่อทำการทดสอบขนาดชิ้นงานที่เล็กที่สุดในแกน XY ตัวแบบมีลักษณะเป็นบล็อกมุมฉากโดยมีเส้นที่มีความยาวแตกต่างกันทั้งในแนวนอน แนวตั้ง แนวทแยง เพื่อหลีกเลี่ยงความผิดปกติในการเอนเอียงในหลายๆทิศทาง ซึ่งคิดเป็น 2 เลเยอร์ เมื่อพิมพ์ความละเอียดในแกน Z ที่ 100 ไมครอน ต้นแบบถูกพิมพ์โดยใช้วัสดุเรซินใส ก่อนจะนำต้นแบบไปล้างน้ำ 2 ครั้งโดยวิธีการ IPA และผ่านกระบวนการ post-cured เป็นระยะเวลา 30 นาที

วิเคราะห์ตัวต้นแบบ

XY Analysis
เราถ่ายภาพและย้อมสีเขียวโมเดลต้นแบบเพื่อให้มองเห็นได้เด่นชัดขึ้น ในด้านขวาของภาพจะเห็นเส้นสีเหลืองแนวนอนที่มีจุดสีดำทำหน้าที่วัดความกว้างของเส้นที่ถูกถ่าย

หลังจากผ่านการ post-cured เราจึงนำโมเดลต้นแบบไปวางใต้กล้องจุลทรรศน์และถ่ายภาพความละเอียดสูงออกมาเพื่อวิเคราะห์ เราใช้ ImageJ ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์สำหรับวิเคราะห์ภาพถ่าย และทำการปรับขนาดพิกเซลของภาพ และวัดความกว้างที่แท้จริงของเส้นที่พิมพ์ออกมา เรารวบรวมข้อมูลมากกว่า 50 จุดต่อความกว้างของเส้นทั้งหมด เพื่อกำจัดข้อผิดพลาดและความแปรปรวนของการวัดคุณภาพ โดยรวมแล้วเราได้พิมพ์และวิเคราะห์โมเดลต้นแบบทั้งหมด 3 ชิ้นโดยใช้เครื่องพิมพ์ที่แตกต่างกันถึง 2 เครื่องด้วยกัน

ทำความเข้าใจผลลัพธ์

XY Graph
ผลลัพธ์ชี้ชัดว่าเครื่องพิมพ์ Form 2 มีความละเอียดในแกน XY ที่เหมาะสมสำหรับชิ้นงานขนาด 150 ไมครอนหรือใหญ่กว่านั้น

ค่าเหมาะสมอยู่ในช่วงความแน่นอนที่ร้อยละ 95 ของค่าที่วัดได้ทั้งหมด โดยเฉพาะความกว้างของเส้นที่ลดลงจาก 200 ไมครอนเหลือ 150 ไมครอน โดยอัตราจำนวนวัดเริ่มมีการเบี่ยงเบนไปจากค่าที่เหมาะสมเดิม เนื่องจากความกว้างของเส้นที่คาดการณ์ไว้มีค่าน้อยกว่า 150 ไมครอน นั้นหมายถึงว่าเครื่องพิมพ์สามารถผลิตพิมพ์ชิ้นงานได้เล็กถึง 150 ไมครอน หรือมีขนาดประมาณเส้นผมได้

เครื่อง Form 2 สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่เล็กที่สุดในแกน XY ได้ที่ประมาณ 150 ไมครอน – ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าลำแสงขนาด 140 ไมครอนที่ยิงออกมาอยู่ราวๆ 10 ไมครอน

เครื่อง Form 2 สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่เล็กที่สุดในแกน XY ได้ที่ประมาณ 150 ไมครอน – ซึ่งมีขนาดใหญ่กว่าลำแสงขนาด 140 ไมครอนที่ยิงออกมาอยู่ราวๆ 10 ไมครอนโดยอ้างอิงจากการวัดของเรา ขนาดชิ้นงานที่เล็กที่สุดไม่สามารถเล็กไปกว่าขนาดลำแสงเลเซอร์ได้ และมีปัจจัยอื่นๆที่ส่งผลต่อค่านี้ ไม่ว่าจะเป็น การสะท้อนแสงเลเซอร์ สิ่งปนเปื้อนขนาดเล็ก คุณสมบัติทางเคมีของเรซิ่น และอื่นๆอีกมากมาย ค่าความต่างที่ 10 ไมครอนนั้นถือว่าน้อยเมื่อพิจารณาจากเครื่องพิมพ์ทั้งหมด ดังนั้นจึงเป็นการดีที่จะค้นคว้าก่อนที่จะเลือกเครื่องพิมพ์สำหรับชิ้นงานของคุณ

หากชิ้นงานของคุณต้องการความละเอียดสลับซับซ้อน ให้มองหาเครื่องพิมพ์ที่มีความละเอียดในแกน XY ที่มีข้อมูลที่วัดได้จริงรองรับ ไม่ใช่แค่เน้นที่ตัวเลขของความละเอียด

บทความนี้เป็นตอนที่สองของเนื้อหาทั้งหมด 3 ตอน เกี่ยวกับ “ความละเอียดมีความสำคัญอย่างไรกับการพิมพ์ 3มิติ?” อ่านตอนที่ 3 ได้ที่ : Pt 3: Understanding Z Resolution.