fbpx

ความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ: FDM VS. SLA VS. SLS

3D PRINTING TECHNOLOGY: FDM VS. SLA VS. SLS

การผลิตด้วยวิธีเพิ่มเนื้อวัสดุ หรือที่เราเรียกว่า Additive Manufacturing หรือที่เราเรียกกันว่า 3D Printing ถือเป็นหนึ่งในขั้นตอนการผลิตที่ช่วยอย่างมากในเรื่องของ การลดต้นทุน ประหยัดเวลา และอยู่เหนือข้อจำกัดต่าง ๆ ซึ่งดีต่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ จากแค่คอนเซ็ปต์โมเดล กลายมาเป็นแม่พิมพ์สำหรับใช้งาน เช่น jigs fixtures หรืออุปกรณ์จับต่าง ๆ ไปถึงจนชิ้นส่วนสำเร็จรูปใช้ได้จริงในอุตสาหกรรมการผลิต ซึ่งนั่นเองทำให้วงการของเทคโนโลยี 3D Printing โดดเด่นมาก เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่ให้โซลูชั่นอเนกประสงค์ใช้ได้กับทุกวงการ

ช่วงหลายปีที่ผ่านมา เครื่องพิมพ์สามมิติที่สามารถพิมพ์ความละเอียดได้สูงถูกปล่อยมาในตลาดในราคาที่จับต้องได้มากขึ้น ใช้งานง่ายขึ้น แถมเสถียรภาพ จึงทำให้ ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้จึงเข้าถึงได้มากขึ้นในหลาย ๆ ธุรกิจ แต่ถึงอย่างนั้น การจะเลือกเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติให้เหมาะกับตัวคุณ ธุรกิจของคุณซึ่งแต่ละเทคโนโลยีนั้นก็มีจุดแข็งต่างกันก็ไม่ง่ายนัก

เพราะฉะนั้น บทความนี้ เรามาทำความเข้าใจกันอย่างลึกซึ้งว่าเทคโนโลยีแบบไหนเหมาะกับการใช้งานแบบไหน และวัสดุการพิมพ์อะไรบ้างที่ใช้ได้กับเทคโนโลยี 3D Printing และเราควรมีอุปกรณ์เครื่องมือ หรือต้องเทรนอะไรก่อนเริ่มใช้งาน และถ้าพูดถึง เรื่องของการคืนทุนล่ะ?

เราจะมาดู 3 เทคโนโลยีหลัก ๆ ของ 3D Printing กัน

  1. เทคโนโลยี FDM (Fused Deposition Modeling)
  2. เทคโนโลยี SLA (Stereolithography)
  3. เทคโนโลยี SLS (Selective Laser Sintering)

เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ FDM หรือ Fused Deposition Modeling

เทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีที่มีกลุ่มผู้ใช้งานกว้างมาก ตั้งแต่ระดับเพื่ออุตหสากรรม จนถึงใช้เพื่องานอดิเรกส่วนตัวเลย เครื่องพิมพ์ 3D แบบ FDM สร้างชิ้นงานโดยการหลอมละลายและฉีดเส้น thermoplastic ออกมาโดยที่หัวฉีดจะฉีดเส้นออกมาเป็นชั้นต่อชั้นบนฐานพิมพ์

เครื่องพิมพ์ FDM ใช้ได้กับวัสดุ thermoplastics หลายชนิด เช่น ABS PLA และอื่น ๆ อีกมากมาย เทคนิคการพิมพ์แบบ FDM นี้เหมาะที่สุดสำหรับการพิมพ์ โมเดลคอนเซ็ปต์ง่าย ๆ ชิ้นส่วนแม่พิมพ์ต่าง ๆ ในราคาประหยัด เช่น ชิ้นส่วนที่ใช้กับเครื่องจักรกล

ชิ้นส่วนที่ผลิตด้วย FDM จะเห็นชั้นของเลเยอร์ชัด และบางครั้งจะเห็นถึงการพิมพ์ที่บางไม่ครั้งไม่แม่นยำมากนักตรงส่วนที่พิมพ์ซับซ้อนหน่อย ภาพนี้เป็นภาพตัวอย่างพิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติแบรนด์ Stratasys uPrint แบบ FDM ระดับ Industrial Grade ที่ตัว support ละลายน้ำได้

เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ FDM ให้ความละเอียด และความแม่นยำต่ำเมื่อเทียบกับการพิมพ์ด้วยเทคโนโลยีแบบ SLA หรือ SLS และไม่ใช่ best option สำหรับพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องใช้ความซับซ้อน ประณีต เพื่อให้ได้ชิ้นงานที่สวย และมีคุณภาพมากขึ้น เราสามารถใช้เคมี หรือการขัดเข้ามาช่วยได้ สำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติแบบ FDM ระดับอุตสาหกรรม หรือ Industrial grade จะสามารถใช้ Soluble support หรือ support ละลายน้ำได้เพื่อลดปัญหาการแกะชิ้นงาน และช่วยให้สายวิศวกรรมที่ต้องใช้วัสดุแบบเส้นพลาสติกใช้งานได้กว้างมากขึ้นได้ เพียงแต่ราคาเครื่องก็สูงขึ้นตาม

เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ SLA หรือ Stereolithography

เทคโนโลยีนี้เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ที่เกิดขึ้นเป็นอันดับแรกของโลก ถูกคิดค้นเมื่อปีคริสตศักราช 1980s และยังคงเป็นเทคโนโลยีีที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากสำหรับกลุ่มผู้ใช้งานอาชีพ เทคโนโลยี SLA จะใช้แสงเลเซอร์ในการฉายแสงกับน้ำเรซิ่น และขึ้นรูปเป็นพลาสติกแข็งได้ ขั้นตอนนี้เราเรียกว่า photopolymerization

สำหรับชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปมาจาก SLA สังเกตว่ามีความละเอียดและความแม่นยำสูง มีดีเทล หรือรายละเอียดต่าง ๆ ชัดเจน พื้นผิวชิ้นงานเรียบเนียน สวย แต่ประโยชน์ของเทคโนโลยี SLA หลัก ๆ นั้นค่อนข้างอเนกประสงค์ วัสดุที่ใช้พิมพ์กับ SLA ถูกสร้างขึ้นมาอย่างสร้างสรรค์ด้วยหลาย ๆ สูตร ทำให้สามารถใช้ได้หลากหลายวงการ ไม่ว่าจะเป็น เกี่ยวกับสายตา เครื่องจักรกล และความร้อน เพื่อให้ตรงกับกลุ่มผู้ใช้ทั่วไป ผู้ใช้ด้านวิศวกรรม และผู้ใช้เส้นพลาสติกระดับอุตสาหกรรม

ชิ้นส่วนที่พิมพ์มาจาก SLA ส่วนปลายจะมีความคม พื้นผิวจะเรียบเนียน จะเห็นเส้นบาง ๆ เพียงเล็กน้อยเท่านั้น ภาพตัวอย่างชิ้นส่วนด้านบนเป็นชิ่้นงานที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติ Form 2 เทคโนโลยี SLA แบรนด์ Formlabs

เทคโนโลยี SLA ถือเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับชิ้นงานแม่พิมพ์ที่ต้องการรายละเอียดสูง ทนต่อความร้อนเมื่อมีความหนาแน่นสูง และงานที่ต้องการพื้นผิวที่เรียบเนียน อย่างเช่น Molds Patterns หรือชิ้นส่วนเพื่อใช้งานต่าง ๆ เทคโนโลยี SLA ใช้กันอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมตั้งแต่วิศวกรรม และกลุ่มนักออกแบบผลิตภัณฑ์ ไปจนถึง กลุ่มทันตกรรม จิวเวอรี่ โมเดล และการเรียนการสอน

เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ SLS หรือ Selective Laser Sintering

เทคโนโลยีนีเป็นเทคโนโลยีที่เป็นที่รู้จักกันมากที่สุดในกลุ่มของสายการผลิตด้วยวิธีเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) ในอุตสหกรรมต่าง ๆ

เครื่องพิมพ์สามมิติแบบ SLS เป็นการใช้แสงเลเซอร์แรงสูงหลอมเข้ากับเศษเล็ก ๆ น้อย ๆ ของผงพอลิเมอร์เข้าด้วยกัน ส่วนผงที่ไม่หลอมเข้าด้วยกันจะช่วย support ขณะพิมพ์ และกำจัดส่วนที่เป็นโครงสร้าง support ออก ทำให้เทคโนโลยีนี้จะไม่มี support ซึ่งนั่นหมายถึงว่า การพิมพ์รูปทรงเรขาคณิตต่าง ๆ นั้นสามารถทำได้ง่ายกับเทคโนโลยีชนิดนี้ รวมถึงฟีตเจอร์ด้านในต่าง ๆ ทั้งส่วนที่เป็น undercuts ผนังกำแพงบาง ๆ และฟีตเจอร์ negative ต่าง ๆ ด้วย ชิ้นส่วนที่ผลิตจากเทคโนโลยี SLS printing จะมีลักษณะเกี่ยวกับวิศวกรรมเครื่องกลที่ดียอดเยี่ยม แข็งแรง และรวมรายละเอียดพวกงานฉีดขึ้นรูป (injection-molded) ได้ดี

ชิ้นส่วนที่พิมพ์จาก SLS จะมีพื้นผิวที่หยาบบาง ๆ แต่แทบจะมองไม่เห็นรายละเอียดเส้นเลย ภาพตัวอย่างนี้เป็นภาพชิ้นงานที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์สามมิติตั้งโต๊ะ Fuse 1 เทคโนโลยี SLS

วัสดุที่นิยมใช้มากกับเทคโนโลยีนี้คือ Nylon เนื่องจาก Nylon เป็นวัสดุยอดนิยมในกลุ่มของวิศวกรรมเกี่ยวกับพลาสติกทนความร้อนที่ให้คุณสมบัติด้านเครื่องจักกลดียอดเยี่ยม Nylon มีคุณสมบัติเบา แข็งแรง ยืดหยุ่น แต่มั่นคง ทนต่อแรงต้าน สารเคมี ความร้อย แสง UV น้ำ และความสกปรกได้ดี

การรวมเข้าด้วยกันของชิ้นงานที่ใช้ต้นทุนน้อย กับการผลิตจำนวนมาก และวัสดุเหล่านี้ทำให้เทคโนโลยี SLS เป็นทางเลือกที่นิยมมากที่สุดในกลุ่มของนักวิศวกร เพื่อพิมพ์แม่พิมพ์สำหรับใช้งานจริง นอกจากจะลดต้นทุนอย่างมีประสิทธิภาพ หรือหมายถึง การใช้ทรัพยากรได้คุ้มค่าและเหมาะสมแล้วในการทำ injection mold เรายังสามารถผลิตแบบจำกัดจำนวนหรือ bridge manufacturing ได้อีกด้วย

ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยี FDM SLA และ SLS

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแต่ละแบบจะมีจุดแข็ง จุดอ่อน และความต้องการที่แตกต่างกันออกไป และก็เหมาะกับการใช้งานกับธุรกิจที่แตกต่างกันออกไปด้วยเช่นกัน ตารางด้านล่างเป็นตารางสรุป ลักษณะและข้อพิจารณาสำคัญ ๆ ของแต่ละเทคโนโลยี

  Fused Deposition Modeling (FDM) Stereolithography (SLA) Selective Laser Sintering (SLS)
ความละเอียด ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★☆
ความแม่นยำ ★★★★☆ ★★★★★ ★★★★★
ความเรียบของพื้นผิว ★★☆☆☆ ★★★★★ ★★★★☆
Throughput ★★★★☆ ★★★★☆ ★★★★★
ความสามารถในการออกแบบให้ซับซ้อน ★★★☆☆ ★★★★☆ ★★★★★
ใช้งานง่าย ★★★★★ ★★★★★ ★★★★☆
จุดแข็ง -รวดเร็ว

 

-เครื่องและวัสดุราคาประหยัด

-คุณภาพดีเยี่ยม

 

-พิมพ์ได้แม่นยำสูง

-พื้นผิวเรียบเนียน สวย

-ใช้กับวงการ functional ได้หลากหลาย

-ชิ้นงานมีความแข็งแรงในการใช้จริงสูง

 

-อิสระในการออกแบบมากกว่า

-ไม่มี support

จุดอ่อน -ความแม่นยำการพิมพ์ต่ำ

 

-ชิ้นไม่งานค่อยเก็บรายละเอียด

-มีข้อจำกัดในการออกแบบบ้าง

-ขนาดการพิมพ์ปานกลาง

 

-ไม่สามารถทนต่อความร้อนจากแสง UV ได้นานเกินไป

-พื้นผิวหยาบ

 

-มีวัสดุให้เลือกน้อย

การใช้งาน -ราคาประหยัด

 

-พิมพ์แม่พิมพ์แบบโมเดลคอนเซปต์ได้ดีและรวดเร็ว

-แม่พิมพ์ใช้กับงานจริงได้

 

-สามารถใช้ได้กับวงการทันตกรรม จิวเวอรี่ และหล่อแม่โมเดลพิมพ์ต่าง ๆ ได้

-แม่พิมพ์ใช้งานกับงานจริงได้ดี

 

-ผลิตแบบ short-run, bridge หรือแบบนำมาปรับแต่งทีหลังได้

ขนาดการพิมพ์ ได้สูงสุดที่ ~200 x 200 x 300 มม.

 

(สำหรับเครื่องพิมพ์แบบตั้งโต๊ะ)

ได้สูงสุดที่ 145 x 145 x 175 มม.

 

(สำหรับเครื่องพิมพ์แบบตั้งโต๊ะ)

ได้สูงสุดที่ 165 x 165 x 320 มม.

 

(สำหรับเครื่องพิมพ์แบบตั้งโต๊ะ)

วัสดุ เส้นพลาสติกทนความร้อนทั่วไป เช่น ABS PLA และอื่น ๆ น้ำเรซิ่นหลากหลายประเภท (thermosetting plastics)

 

– แบบทั่วไป (Standard),

-แบบทางวิศวกรรม (engineering) เช่น เรซิ่นที่มีความคล้าย ABS, PP ที่มีความยืดหยุ่น ทนความร้อน – แบบหล่อได้

– แบบใช้กับฟัน

– แบบทางการแพทย์ (biocompatible)

ผงทนความร้อนทางวิศวกรรม เช่น Nylon 11, Nylon 12 และ composite
การเรียนรู้ก่อนใช้เครื่อง เรียนรู้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการตั้งค่าเพื่อพิมพ์, ระบบปฎิบัติการเครื่องพิมพ์ วิธีปฎับัติเมื่อพิมพ์เสร็จ

 

และการบำรุงรักษาเครื่อง

เสียบปลั๊กและสามารถใช้เครื่องได้เลย และต้องเรียนรู้ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับการตั้งค่าเพื่อพิมพ์ ระบบปฏับัติการเครื่องพิมพ์ วิธีปฎับัติเมื่อพิมพ์เสร็จ

 

และการบำรุงรักษาเครื่องพิมพ์

เรียนรู้ข้อมูลเชิงปฎับัติเกี่ยวกับการตั้งค่าเพื่อพิมพ์ การบำรุงรักษา ระบบปฎับัติการเครื่อง และวิธีปฎับัติเมื่อพิมพ์เสร็จ
พื้นที่ในการวางเครื่อง สภาพแวดล้อมที่มีแอร์ ควรเลือกพื้นที่ที่อากาศถ่ายเทสะดวกสำหรับเครื่องพิมพ์ขนาดตั้งโต๊ะ เครื่องพิมพ์แบบตั้งโต๊ะเหมาะสำหรับวางไว้ใช้ในสภาพแวดล้อมของที่ทำงาน สภาพแวดล้อมของการทำงานที่มีพื้นที่ว่างในการวางเครื่องพอสมควร
อุปกรณ์เพิ่มเติมที่ต้องใช้ เครื่องมือเพื่อซัพพอร์ตระบบ เช่น เครื่องมือเพื่อแกะชิ้นงาน อุปกรณ์เพื่ออบชิ้นงาน เพื่อทำความสะอาดชิ้นงาน และเพื่อแกะชิ้นงาน อุปกรณ์ Post-processing สำหรับ ทำความสะอาดชิ้นงานให้สะอาด และนำวัสดุกลับคืนมาใช้งาน

ราคาและการคืนทุน

อย่างไรก็ตาม ท้ายที่สุดแล้ว คุณต้องเลือกเทคโนโลยีที่เหมาะสมที่สุดกับธุรกิจของคุณ เมื่อพูดถึงราคาแล้ว ราคาเครื่องพิมพ์ตกลงมาฮวบฮาบเมื่อหลายปีที่แล้ว ทำให้วันนี้ ทั้งสามเทคโนโลยีที่กล่าวมาข้างต้นนั้นมีจำหน่ายในราคาที่จับต้องได้มากขึ้น

เมื่อคำนวนค้นทุน หรือราคา แน่นอนว่าจะคำนวน จากเพียงแค่ อุปกรณ์เครื่องพิมพ์อย่างเดียวไม่ได้ ค่าวัสดุ ค่าแรงงานก็มีผลต่อราคาต่อชิ้นงานด้วยเช่นกัน ทั้งนี้ืทั้งนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและจำนวนที่ต้องการผลิตด้วย

ตารางเจาะลึกแยกตามเทคโนโลยี

  Fused Deposition Modeling (FDM) Stereolithography (SLA) Selective Laser Sintering (SLS)
ค่าเครื่องพิมพ์ ราคาปานกลาง เริ่มตั้งแต่ $2,000, และ industrial systems ราคาเริ่มต้น $15,000 เครื่องพิมพ์ที่ดี ๆ เลยราคาเริ่มต้นที่ $3,500 ส่วนเครื่องพิมพ์ที่พิมพ์พื้นที่ได้ใหญ่แบบ industrial machines ราคาเริ่มต้นที่$80,000 ระบบ Benchtop systems ราคาเริ่มที่ $10,000 ส่วนเครื่องพิมพ์แบบ industrial printers ราคาเริ่มต้นที่$100,000
ค่าวัสดุ ราคาเริ่มต้นประมาณ $50-$150/กิโล สำหรับวัสดุแบบทั่วไป และเพื่อวิศวกรรม และประมาณอีก$100-200/กิโล สำหรับวัสดุ support ราคาเริ่มต้นที่ $149-$200/ลิตร สำหรับเรซิ่นแบบทั่วไปและเรซิ่นเพื่ออุตสาหกรรมวิศวกรรม ราคาที่ $100/กิโล สำหรับผงไนลอน เนื่องจากเทคโนโลยีแบบ SLS พิมพ์ไม่มี  support และผงที่ใช้พิมพ์สามารถนำกลับมาใช้อีกได้ ทำให้ค่าวัสดุนั้นต่ำลงไปอีก
ค่าแรง ค่าช่างแกะชิ้นงาน

 

สำหรับขั้นตอนแกะชิ้น

ขั้นตอนการแกะที่ใช้เวลานาน นั้นสำคัญมากหากต้องการให้ได้ชิ้นงานที่สวยและมีคุณภาพสูง

ล้างและแกะชิ้นงาน (สองขั้นตอนนี้สามารถทำเป็นแบบอัตโนมัติได้) การแกะชิ้นงานสำหรับเทคโนโลยีนี้ง่ายมาก เพียงแค่แกะ support ออก ง่าย ๆ เพียงทำความสะอาดหรือนำเอาผงส่วนที่เกินมาออกไป