fbpx

ความรู้การใช้งาน เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คืออะไร? รวมบทความและความรู้การใช้งานที่จะสอนและให้คำแนะนำในการใช้งาน รวมถึงทำใหคุณสามารถพิมพ์งานได้อย่างมืออาชีพมากยิ่งขึ้น ไม่ว่าจะมือใหม่หรือมือไหนๆก็สามารถอ่านได้

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

คืออะไร?

ความแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีการพิมพ์

การพิมพ์ 3 มิติ เทคโนโลยี SLS

ข้อดีของการพิมพ์ 3 มิติทางการแพทย์

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คืออะไร?

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คือเครื่องปริ้นกระดาษ 2D ที่ใช้งานทั่วไปภายในออฟฟิศหรอ??

ไม่ใช่นะครับ! หลายๆคนอาจจะยังเข้าใจผิดเกี่ยวกับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ วันนี้เราจะมาให้ความรู้เกี่ยวกับเครื่องพิมพ์สามมิติ อีกสักรอบแบบเข้าใจง่าย รวมถึงยกตัวอย่างเครื่องพิมพ์ในแต่ละเทคโนโลยีและตัวอย่างการใช้งานจากบริษัทชั้นนำ 3D Printer

การใช้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในการพิมพ์ชิ้นงานคือการใช้เทคโนโลยีการเพิ่มเนื้อวัสดุ หรือ Additive Manufacturing (AM) ซึ่งการเติมเนื้อชิ้นงานจะแตกต่างจากการตัดเนื้อชิ้นงานออก หรือ Subtractive Manufacturing (CNC) ที่ใช้กันตามสายการผลิตทั่วไปโดยต้องสั่งทำทีละจำนวนมาก และใช้เวลาในการทำนาน 

ข้อดีของการเพิ่มเนื้อชิ้นงานหรือการปริ้น 3 มิติ คือให้รายละเอียดได้มากกว่า สามารถออกแบบได้หลากหลายกว่า ใช้ต้นทุนในการผลิตที่น้อยกว่าและประหยัดพื้นที่ในการเก็บวัตถุดิบในการผลิต แต่นอกจากข้อดีแล้วก็ยังมีข้อเสียอยู่ด้วยคือเมื่อเริ่มการพิมพ์แล้วจะไม่สามารถหยุดพิมพ์กลางคันได้เนื่องจากวัตถุดิบแต่ละชนิดคุณสมบัติแตกต่างกัน เมื่อหยุดพิมพ์แล้วกลับมาพิมพ์ต่อทำให้ชิ้นงานไม่มีความแข็งแรงเสมอกันและทำให้ชิ้นงานเกิดความเสียหายได้ 

การปริ้น 3 มิติ ในปัจจุบันยังใช้เวลาในการพิมพ์นานจึงต้องวางแผนในการพิมพ์ให้เหมาะสม และสุดท้ายคือต้นทุนในการผลิตต่อชิ้นเท่ากันหมด ไม่ว่าจะ 1 ชิ้นหรือ 100 ชิ้น แม้ว่าจะมีต้นทุนถูกลงแต่ก็ยังไม่เหมาะการผลิตในจำนวนมากระดับอุตสหกรรม เพราะว่า ข้อจำกัดทางด้านเวลาในการผลิตและต้นทุน เหมาะสำหรับการทำต้นแบบ งาน customize หรืองานผลิตที่ต้องการจำนวนไม่มาก

ในการผลิตระดับอุตสหกรรม ถึงอย่างนั้น เครื่องพิมพ์ 3 มิติ หรือเทคโนโลยีการเพิ่มเนื้อวัสดุก็ให้ความพิเศษในด้านการออกแบบ รวมถึงการสร้างงานที่เฉพาะเจาะจง หรือมีเอกลักษณ์ขึ้นมาได้ สามารถสร้างงานเพียงชั่วข้ามคืนหรือน้อยกว่า ขึ้นอยู่กับการออกแบบชิ้นงาน จึงเรียกได้ว่าเป็นเทคโนโลยีแห่งอนาคตอย่างแท้จริง

Additive Manufacturing (AM) หรือ เทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นสามารถแบ่งหัวข้อหลักๆออกได้เป็น 7 หัวข้อใหญ่ คือ 

1. การฉีดวัสดุผ่านหัวฉีด (Material Extrusion)

การฉีดวัสดุผ่านหัวฉีดเป็นเทคโนโลยีที่มีการใช้งานได้หลากหลายมากที่สุดในกลุ่ม เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ทั้งหมด ด้วยหลักการฉีดวัสดุกึ่งเหลวผ่านหัวฉีดออกมาเพื่อสร้างวัสดุทีละชั้น โดยวัสดุที่ได้รับความนิยมในการฉีดผ่านหัวฉีดมากที่สุดคือ เทอร์โมพลาสติก

บริษัท Stratasys เป็นผู้ตั้งชื่อการฉีดวัสดุประเภทเทอร์โมพลาสติกว่า FDM                   (Fused Deposition Modeling) และเป็นเจ้าของเครื่องหมายการค้าชื่อ FDM สำหรับเทคโนโลยีนี้ ซึ่งถูกนำไปเรียกการฉีดเทอร์โมพลาสติก และต่อมากลับกลายเป็นการฉีดวัสดุใดๆ ผ่านหัวฉีด

1.1 Fused Filament Fabrication (FFF) หรือ Fused Deposition Modeling (FDM)  เทคโนโลยีนี้คือการขึ้นรูปวัสดุพลาสติกด้วยความร้อน เทคโนโลยีนี้เป็นที่นิยม         และใช้กันอย่างแพร่หลาย เพราะทำงานได้รวดเร็ว มีต้นทุนที่ถูก มีขนาดและราคาของเครื่องพิมพ์ที่หลากหลายสามารถเลือกได้ตามความเหมาะสมของงาน และงบประมาณของแต่ธุรกิจ

     FFF หรือ FDM เป็นการพิมพ์ที่เริ่มต้นมาจากวัสดุที่ทำมาเป็นเส้นยาวๆ เรียกว่า Filament (ม้วนเส้นวัตถุดิบ)  ถูกดึงออกจากม้วนป้อนเข้าสู่ส่วนทำความร้อน เพื่อหลอมวัสดุให้ละลาย จากนั้นจะถูกฉีดออกมาจากหัวพิมพ์ ซึ่งจะลากไปตามแบบที่เราได้เป็นคนกำหนดไว้ ในขณะที่วัสดุถูกฉีดออกมาเป็นชั้นๆ มันจะเย็นตัวลงเพื่อรองรับวัสดุชั้นต่อไปจนกระทั่งเสร็จชิ้นงาน

  • เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้ระบบ FFF หรือ FDM คือ 

Ultimaker รุ่น 2+ Connect , S3 , S5 , 3 Extended

Zortrax รุ่น M200 plus , M300 plus

Blackbelt

Flshforge รุ่น Finder , Advanturer 3 , Advanturer 4 , Dreamer , Guider, Creater เป็นต้น

วัสดุที่ใช้ใน การปริ้น

ABS (Acrylonitrile butadiene styrene)  คุณสมบัติคือแข็งแรง เหนียว ทนแรงกระแทก ทนความร้อนได้ถึง 80 องศาเซลเซียส และ ความเย็นถึง -20 องศาเซลเซียส

PLA (Polylactic Acid) คุณสมบัติคือแข็งแรง พิมพ์ได้ง่าย ไม่หดตัวระหว่างการพิมพ์ แต่เปราะเหมือนแก้ว ไม่ทนต่อแรงกระแทก

PETG (Polyethylene Terephthalate) ส่วนตัว G ด้านหลังเพิ่มมาจากการเติม ไกลคอล (Glycol) เพื่อให้เกิดความใส คุณสมบัติคือ มีความใส เหนียว ทนทานต่อการฉีกขาด มีการยึดเกาะระหว่างพลาสติกดีมาก ทนความร้อนได้ถึง 80 องศาเซลเซียส เป็นวัสดุที่ปลอดภัยอาจจะไม่มีตรา Foodgrade แต่สารพิษน้อยกว่าเส้นพลาสติกทั่วไปอย่างแน่นอน

CPE (Co-Polyester) คุณสมบัติคือเหนียว มีความมันวาว สามารถบิดงอได้ เหมาะสำหรับ    งานวิศวกรรม เป็นวัสดุที่ได้การพัฒนาต่อมาจาก PET และ PETG                 

TPE หรือ TPU (Flexible filament) คุณสมบัติคือมีความยืดหยุ่นสูง เหนียว หดตัวน้อย ทนต่อการขัดสี เหมาะสำหรับงานห่อหุ้ม กันกระแทก หรือ พื้นรองเท้า เป็นต้น แต่มีข้อเสียคือ ต้องปรับตั้งมอเตอร์ดันเส้น ให้เหมาะสมกับความนิ่มของตัวเส้น ต้องพิมพ์ช้าๆ และมีราคาสูง              

PA หรือ Nylon (Polymide) คุณสมบัติคือมีความยืดหยุ่นแต่แข็งแรง ไม่แตกหักเวลาบิดหรืองอ รับแรงกระแทกได้ดี ทนต่อสารเคมี เหมาะสำหรับพิมพ์ชิ้นส่วนเครื่องกล           

ถึงเส้นชนิดนี้จะมีข้อดีในเกือบทุกๆด้าน แต่ข้อเสียของตัว Nylon คือ มีความสามารถในการดูดความชื้นที่ดีมาก และถ้าตัวเส้นมีความชื้นจะทำให้พิมพ์ได้ยาก การแก้ปัญหาคือ ต้องเก็บวัสดุ   ที่จะใช้พิมพ์ไว้ในกล่องสูญญากาศ เพื่อไม่ให้ตัววัสดุนั้นโดนความชื้น  

Composite คือ เส้นพลาสติกที่มีการผสมวัสดุบางสิ่ง ที่ไม่ใช่สารเคมีลงไปเพื่อทำให้เส้นพลาสติกมีความหลากหลายมายิ่งขึ้น  เช่นเอาไนลอนผสมกับผงคาร์บอนก็จะได้ความแข็งมากขึ้น  ไนลอนสามารถงอได้แต่พอผสมผงคาร์บอนเข้าไปทำให้งอได้น้อยลงแต่จะได้ความแข็งแรงมากขึ้นกว่าตอนไม่ผสม

เส้นนี้มีข้อเสียคือ ต้องใช้หัวพิมพ์ ขนาด 0.5 มิลลิเมตรขึ้นไป และเป็นหัวพิมพ์แบบชุบแข็ง เพราะตัวผงที่ผสมอยู่ในตัววัสดุที่ใช้พิมพ์ อาจจะไปขูดขีด หรือทำให้หัวพิมพ์ตันได้ 

เปรียบเทียบความแข็งแรงระหว่าง Fiberglass Onyx, Onyx, ABS, PLA, Stiff

เปรียบเทียบความแข็งแรงระหว่าง Carbon Fiber Reinforced Onyx and Aluminum

Support Material คือ โครงสร้างที่เครื่องพิมพ์สามมิติ สร้างขึ้นมาเพื่อช่วย “ค้ำยัน” ชิ้นงานของเราในกรณีที่ชิ้นงานมีส่วนที่ยื่นออกมากลางอากาศ (overhang)

โดยธรรมชาติของ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ FDM , FFF นั้น หากชิ้นงานมีส่วนที่ลอยตัว หรือที่มีองศาชันเกินไป พลาสติกที่ฉีดออกมาจะไม่มีอะไรรองรับอยู่ข้างล่าง ทำให้เส้นพลาสติกย้วยลงตามแรงโน้มถ่วง และผิวชิ้นงานจะไม่เรียบ ทางแก้ก็คือพิมพ์ support ไปพร้อมกับการพิมพ์ชิ้นงาน เพื่อรองรับส่วนที่ลอยตัว ซึ่งการพิมพ์ support ทำได้สองแบบดังนี้ครับ

การพิมพ์ Support แบบใช้หัวฉีดเดียว

เป็นการพิมพ์ support ด้วยวัสดุเดียวกันกับวัสดุที่พิมพ์ชิ้นงาน เช่นหากใช้ PLA ก็พิมพ์ทั้งชิ้นงานและ support ด้วย PLA จากหัวฉีดเดียวกันไปเลย เมื่อพิมพ์เสร็จแล้วก็สามารถใช้มือแกะ support ออกได้

ข้อดีก็คือสะดวก ไม่ต้องใช้เครื่องพิมพ์แบบสองหัวฉีด และไม่ต้องใช้วัสดุเพิ่มเติม อย่าง HIPS หรือ PVA จึงไม่ต้องมานั่งรอ support ละลาย ส่วนข้อเสียคือผิวของชิ้นงานจุดที่แตะกับ support อาจจะเป็นรอยขรุขระได้ อาจต้องนำมาขัดแต่งภายหลัง 

การพิมพ์ Support แบบใช้สองหัวฉีด                                                                                 วิธีนี้ใช้ได้กับเครื่องพิมพ์ที่มีสองหัวฉีดเท่านั้น หลักการคือทั้งสองหัวฉีดทำงานสลับกัน หัวฉีดนึงจะพิมพ์ตัวชิ้นงานด้วยวัสดุหลัก (เช่น ABS หรือ PLA) และอีกหัวฉีดจะพิมพ์วัสดุ support ซึ่งมีสองชนิดหลักๆคือ HIPS (High Impact Polystyrene) และ PVA         (Polyvinyl Acetate)

เมื่อพิมพ์เสร็จแล้วสามารถนำชิ้นงานไปแช่ในน้ำยาเพื่อทำการละลาย support material ทิ้ง เหลือไว้แต่ชิ้นงานที่ต้องการ โดย HIPS จะละลายได้ใน limonene(สารเคมีที่ใช้ทำสบู่ น้ำหอม มีกลิ่นส้ม) ส่วน PVA สามารถละลายได้ในน้ำเปล่า                  

ข้อดีของวิธีนี้คือสามารถได้พื้นผิวชิ้นงานที่เรียบเนียนกว่าวิธีแรก สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่ซับซ้อนได้ง่ายกว่า

เสียคือใช้เวลามากกว่า เนื่องจากมีสองหัวฉีดที่ต้องทำงานสลับกัน และใช้วัสดุ support และสารละลายเพิ่มเติมซึ่งมีราคาแพง (โดยเฉพาะ PVA และ limonene) นอกจากนี้การละลายวัสดุ support ยังใช้เวลานานอีกด้วย อาจใช้เวลาหลายชั่วโมงหรือเป็นวันกว่าจะละลายได้ทั้งชิ้น

อ่านคุณสมบัติวัสดุอย่างละเอียดและลักษณะการใช้งานที่เหมาะสม

2. การทำให้วัสดุเหลวในอ่างแข็งด้วยแสง (Vat Photopolymerization)

เทคโนโลยีการฉายแสงลงในอ่าง เพื่อทำให้วัสดุเหลวแข็งตัวเป็นชิ้นงานปริ้น 3 มิติ เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีการพิมพ์ที่มีอย่างกว้างขวาง และถูกใช้ผลิตสินค้ามาเป็นเวลานาน ได้แก่ SLA , DLP , CDLP โดยแต่ละเทคโนโลยีมีความหมายดังนี้

2.1 SLA (StereoLithographic Apparatus)                                                      

สเตริโอลิทโทรกราฟี่ เป็นเทคโนโลยีนี้เป็นต้นแบบของ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการอาศัยการฉายลำแสงเลเซอร์เหนือม่วง (Ultraviolet Laser) ที่สะท้อนกับกระจกไปยังพลาสติกเหลวเพื่อกระตุ้นให้พลาสติกเหลวแข็งตัว เป็นรูปร่างที่คุณต้องการ ผ่านการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์        

ข้อดีของการพิมพ์ชนิดนี้คือ มีพื้นผิวที่เรียบเนียน มีคุณภาพสูง เก็บรายละเอียดและลวดลายได้ดี

  • เครื่องพิมพ์ที่ใช้ระบบ SLA คือ 

Formlabs รุ่น Form 3 , Form 3B , Form 3L , Form 3BL                                                  (รุ่นที่มีตัว B สามารถสร้างเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ และ ทันตกรรมได้)

วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์

น้ำเรซิ่นทั่วไป (Standard Resin)  เรซินชนิดนี้จะสามารถสร้างความแข็งให้กับชิ้นงาน เวลาพิมพ์จะได้ความละเอียดสูง มีผิวเรียบเนียนเหมือนการฉีดขึ้นรูป โดยไม่สูญเสียความแข็งแรง ด้วยประสิทธิภาพที่โดดเด่นแถมยังให้รายละเอียดได้ยอดเยี่ยม ต้นทุนต่ำ ทำให้เรซิ่นเหมาะสำหรับการใช้พิมพ์งานต้นแบบ

เรซิ่นมีหลายสีให้เลือกใช้ สีของเรซินส่งผลกระทบต่อคุณสมบัติของชิ้นงาน ตัวอย่างเช่นเรซิ่นสีเทา เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่มีรายละเอียดดี และเรซิ่นสีขาว เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการพื้นผิวเรียบมาก 

ข้อเสียของเรซิ่นคือ มีการยืดตัวที่ต่ำ ทนแรงกระแทกได้น้อย เกิดการผิดรูปจากความร้อนได้                                              

Tough resin เป็นเรซิ่นชนิดที่มีความแกร่งคล้ายกับวัสดุ ABS และยังได้รับการพัฒนาสำหรับการใช้งานที่ต้องการวัสดุที่สามารถทนต่อ stress และ strain สูง เป็นการสร้างความสมดุลให้กับความแข็งแรง และมีความสอดคล้อง ทำให้เป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบชิ้นส่วนที่ใช้งานได้

Tough resin จะใช้ผลิตชิ้นส่วนที่แข็งแรงทนทานต่อการแตกหัก และใช้งานเป็นต้นแบบ เช่น ตู้ที่มีข้อต่อแบบ snap-fit หรือต้นแบบที่แข็งแรงทนทาน 

Durable resin เป็นเรซิ่นที่ทนทานมาก ถือได้ว่าเป็นเรซิ่นทางวิศวกรรมก็ว่าได้ เหมาะกับเป็นวัสดุที่ทนต่อการสึกหรอและยืดหยุ่น เรซิ่นชนิดนี้มาพร้อมคุณสมบัติเชิงกลที่คล้ายกับโพลีโพรพิลีน (PP) Durable resin จึงสามารถผลิตชิ้นงานที่มีผิวเรียบ มันวาวและมีความต้านทานสูงต่อการเสียรูป

เรซินชนิดนี้สามารถใช้กับชิ้นส่วนที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง แรงเสียดทานต่ำ Durable resin เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างต้นแบบสินค้าอุปโภคบริโภค, ตลับลูกปืน, บรรจุภัณฑ์ต่างๆ, Snap fits และ flexures รวมถึงผลิตภัณฑ์ต่างๆที่ต้องการให้มีความยืดหยุ่นเป็นพิเศษ                                                                                                                         

เรซินทนความร้อน (Heat Resistant Resin)  เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการความเสถียรทางความร้อนสูง และทำงานที่ต้องอยู่ในอุณหภูมิสูง เรซินนี้สามารถทนอุณหภูมิการความร้อนได้ในช่วง              200 – 300 ° C และที่อุณหภูมิ 238 ° C ที่ 0.45 MPa

ใช้เพื่อพิมพ์รายละเอียดต้นแบบที่แม่นยำ พร้อมความทนทานต่ออุณหภูมิสูง ซึ่งเหมาะสำหรับการผลิตติดตั้งที่ต้องทนความร้อน ต้นแบบแม่พิมพ์ อุปกรณ์การไหลของของเหลว เครื่องมือ และ thermoforming ต่างๆ          

Flexible resin เป็นวัสดุที่มีความคล้ายยางมาก ช่วยให้วิศวกรสามารถจำลองชิ้นส่วนยางที่อ่อนนุ่มมีการยืดตัวที่จุดขาดสูงมาก เหมาะสำหรับวัตถุที่จะถูกงอหรือถูกบีบอัด Flexible resin ใช้ผลิตพื้นรองเท้าหรือดอกยาง สำหรับชิ้นงานที่มีความยืดหยุ่น

นอกจากนี้ยังสามารถนำมาใช้เพื่อเพิ่มคุณสมบัติที่เหมาะกับการใช้งาน ให้กับความต้องการได้หลากหลาย เช่น บรรจุภัณฑ์ ตรายาง การสร้างต้นแบบที่สวมใส่ได้อย่างเช่นรองเท้า แต่คุณสมบัติเหล่านี้จะลดลงเมื่อโดนกับแสงแดดหรือแสง UV  

Ceramic filled resin หรือ Rigid Resin เป็นเรซิ่นที่มีการเสริมแรงด้วยแก้ว หรืออนุภาคเซรามิกอื่นๆ ส่งผลให้วัสดุมีพื้นผิวเรียบเนียน ทำให้มีความแข็งแกร่งสูง วัสดุนี้มีความทนทานต่อการเสียรูปสูง เหมาะสำหรับการพิมพ์ผนังหรือความหนาบางๆ ได้ดี          

แต่การทดสอบเนื้อสัมผัส (texture analysis) เป็นการทดสอบวัสดุพบว่าความต้านทานต่อการเสียรูปต่ำเมื่อเวลาผ่านไป แต่ยังคงสูงกว่าเรซิน SLA อื่นๆ มีความเปราะมากกว่า Tough resins และ Durable resins 

Rigid Resin มีเสถียรภาพทางความร้อนที่ดี และทนความร้อนได้ สามารถทนอุณหภูมิการดัดงอเนื่องจากความร้อนถึง 88°C ใช้สำหรับผลิตเป็นใบพัด , กังหัน , พัดลม , อุปกรณ์จับยึด เป็นต้น

น้ำเรซิ่งสำหรับหล่อ (Direct Cast Rasin) เมื่อแข็งตัวแล้วมีลักษณะคล้ายขี้ผึ้ง เมื่อโดนความร้อนสามารถระเหยหายไปได้โดยไม่ทิ้งตะกอนไว้ เหมาะกับงานสร้างตัวแบบเครื่องประดับ

  • Support Material

    ถือเป็นข้อดีของเครื่องพิมพ์ระบบ SLA ที่ตัวเครื่องสามารถพิมพ์ตัว Support ไปพร้อมกับชิ้นงานได้เลย โดยไม่ต้องมีวัสดุแยกต่างหาก เหมือนกับเครื่องพิมพ์ระบบ FFF หรือ FDM 

  2.2  DLP (Digital Light Process)                                                                           ซึ่งใช้โปรเจคเตอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสง หลักการทำงานของเครื่องคือ “ฉายแสงเป็นภาพ”       ดังนั้น จึงขึ้นรูปในแต่ละชั้นโดยการฉายแสงเพียงครั้งเดียว ปกติแล้ว เครื่องแบบ DLP จะมีขนาดใหญ่กว่าเครื่องแบบ SLA เนื่องจากต้องมีพื้นที่ไว้วางเครื่อง Projector

แต่ข้อดีคือ เครื่องสามารถพิมพ์ได้รวดเร็วกว่าระบบ SLA เนื่องจากมีการฉายแสงเพียงครั้งเดียว ไม่ใช่วาดขึ้นมาเป็นรูป เหมือน SLA โดยที่ใช้วัสดุเดียวกัน กับเครื่องSLA แต่ข้อเสียอย่างเดียวคือ การเก็บรายละเอียดนั้นจะได้ไม่ดีเท่าเครื่องระบบ SLA 

2.3 CDLP (Continuous Digital Light Process)                                               ระบบนี้จะมีความคล้ายกับการทำงานของระบบ DLP แต่มีการเพิ่มระบบเติมออกซิเจนเข้าไปช่วยทำให้ตัวชิ้นงานแข็งตัวเร็วยิ่งขึ้น 

3. การพ่นกาว (Binder Jetting)

เครื่องพิมพ์ระบบพ่นกาวบนวัสดุผงนี้มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Zprinting มาจากชื่อบริษัท Z Corperation ซึ่งเป็นผู้พัฒนาระบบนี้ขึ้นมาและขายเครื่องพิมพ์ในชื่อว่า Zprinters และภายหลังได้เปลี่ยนเป็นชื่อใหม่คือ ColorJet Printing โดย 3D System ซึ่งเป็นผู้ซื้อกิจการต่อ 

การพ่นกาวเป็นเทคโนโลยีกลุ่มที่ใช้กาวยึดวัสดุที่เป็นผงเข้าหากัน กระบวนการนี้ ทำงานด้วยการเกลี่ยผงวัสดุให้เป็นชั้นบนแท่นสร้างชิ้นงาน จากนั้นหัวพิมพ์จะเคลื่อนผ่านผิวหน้าผงไป และเลือกฉีดพ่นกาวลงไปเพื่อสร้างเป็นชิ้นงาน

โดยกาวนี้จะจับยึดผงวัสดุให้เป็นรูปร่างที่ต้องการเป็นชั้นแรก และจะทำไปเป็นชั้นๆ ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงานที่ต้องการ เมื่อพิมพ์เสร็จแล้ววัสดุผงที่ไม่ได้ติดกาวจะถูกดูดแยกออก  รวมถึงส่วนที่อยู่รอบๆ ชิ้นงานก็สามารถนำกลับมาใช้ได้อีกด้วยระบบดูดสุญญากาศ

นอกจากนี้แล้วเครื่องพิมพ์แบบพ่นกาว ยังสามารถใช้พิมพ์ลงบนวัสดุอื่นๆ ได้แก่ การสร้างแบบหล่อทราย การผลิตชิ้นงานโลหะ การพิมพ์เซรามิก และการพิมพ์แก้ว

  • วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์ 

ผงยิปซัม

ทราย

 

4. การหลอมผงวัสดุ (Powder Bed Fusion)

การหลอมผงวัสดุเป็นเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อลบข้อจำกัดของเทคโนโลยีการพ่นกาว  เนื่องจากการพ่นกาวมีข้อจำกัดเรื่องความหนาแน่นของเนื้อวัสดุ ที่มีโพรงอากาศขนาดเล็กแทรกอยู่ในเนื้องานพิมพ์ ซึ่งหากต้องการให้เนื้องานมีความแน่น และไม่มีโพรงอากาศอยู่ในงานพิมพ์

เทคโนโลยีการหลอมผงวัสดุที่จะยิงพลังงานความร้อนไปในบริเวณที่ต้องการผนึกไว้ แทนที่จะยิงกาวเข้าไป เพื่อให้ชิ้นงานติดกันได้แนบสนิทในจุดที่ได้รับความร้อน  โดยความร้อนที่ใช้ในเทคโนโลยีนี้ได้แก่ แสงเลเซอร์, อนุภาคอิเล็กตรอน และการเผาผนึกด้วยความร้อน (Selective Heat Sintering หรือ SHS)

4.1 SLS (Selective Laser Sintering)

ระบบนี้คือการหลอมผงวัสดุด้วยแสงเลเซอร์ กระบวนการเริ่มจากถาดที่ใส่ผงวัสดุ เครื่องจะเริ่มยิงเลเซอร์ความเข้มข้นสูงไปยัง ผงวัสดุในถาด เมื่อยิงไปยังตำแหน่งใดผงวัสดุจะหลวมรวมเป็นรูปร่างที่ตำแหน่งนั้นๆ

พอพิมพ์เสร็จในชั้นๆหนึ่งแล้ว เครื่องจะเกลี่ยผงวัสดุบางๆมาทับในชั้นต่อไปเพื่อเริ่มกระบวนการยิงเลเซอร์หลอมละลายใหม่ และทำไปซ้ำไปเรื่อยๆหลายร้อยหลายพันชั้นจนเกิดมาเป็นวัตถุที่ต้องการ SLS Printer

ระบบนี้มีข้อดีคือสามารถผลิตชิ้นงานออกมาเป็นโลหะหรือพลาสติกพิเศษ โดยใช้ผงของวัสดุนั้นได้เลยแต่เครื่องมีราคาที่สูงมาก

  • เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้ระบบ SLS คือ 

Formlabs รุ่น Fuse1 

EOS รุ่น P110 , P396 , P810 เป็นต้น

  • วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์

ผงNylon

ผงPolymer 

อ่านตัวอย่างชิ้นงานที่ผลิตจากวัสดุ Nylon 12 โดยเครื่อง Formlabs Fuse 1

4.2 SLM หรือ DMLS(Selective Laser Melting /Direct Metal Laser Sintering)

เครื่องระบบนี้จะคล้ายกับรบบ SLS แตกต่างกันที่ใช้วัสดุตั้งต้นเป็นผงโลหะเช่นผงไททาเนียม ผงสแตนเลส เป็นต้น ขึ้นรูปด้วยแสงเลเซอร์กำลังสูงทำให้ผงโลหะหลอมละลายเป็นรูปร่างตามที่ออกแบบไว้ ระบบนี้จะเป็นระบบที่แพงที่สุด

  • เครื่องพิมพ์ที่ใช้ระบบ SLM คือ 

EOS รุ่น M100 , M290 , M300-4 , M400-4

4.3 MJF (Multi Jet Fusion)

เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ขึ้นรูปชิ้นงานจากวัสดุผงพลาสติกไนลอน สามารถสร้างชิ้นงานคุณภาพสูงโดยไม่ใช้ Support ให้คุณภาพชิ้นงานระดับมืออาชีพ เหมาะสำหรับผลิตชิ้นงานต้นแบบจนถึงชิ้นส่วนที่ใช้งานจริง 

 

4.4 EBM (Electron Beam Melting)

เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ด้วยโลหะ มีหลักการทำงานเหมือน SLM คือขึ้นรูปชิ้นงานจากวัสดุผงทีละชั้น โดยใช้ลำแสงอิเล็กตรอน (EBM) เพื่อหลอมละลายโลหะ เนื่องจากโลหะมีจุดหลอมเหลวที่สูง จึงต้องใช้พลังงานสูงตามไปด้วย การพิมพ์ชิ้นงานโลหะแบบ EBM จำเป็นต้องพิมพ์ Support เพื่อยึดชิ้นงานกับฐานพิมพ์ และเพื่อระบายความร้อนจากการหลอมโลหะ

การพิมพ์ด้วยโลหะถือเป็นจุดสูงสุดของการพิมพ์สามมิติ มีการใช้งานอย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรม High-tech สำหรับทำชิ้นงานที่มีมูลค่าสูง เช่นอวกาศยาน การบิน ยานยนต์ การแพทย์ การสร้างชิ้นงานโลหะด้วยการพิมพ์สามมิติ สามารถช่วยลดจำนวนชิ้นส่วน ลดความซับซ้อนและลดน้ำหนักของเครื่องจักรต่างๆ โดยเทคโนโลยีนี้ได้พัฒนาไปถึงจุดที่สามารถสร้างชิ้นงานโลหะที่มีความแข็งแรงเทียบเท่ากับชิ้นงานโลหะหล่อเลยทีเดียว

5. การพ่นวัสดุ (Material Jetting)

เทคโนโลยีการพ่นวัสดุโดยอาศัยหลักการพื้นฐาน ที่ทำให้ของเหลวแข็งตัว มีหัวพ่นหลายรูปแบบซึ่งมีการทำงานคล้ายกับเครื่องพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทที่เรารู้จักกัน การทำงานของเครื่องพิมพ์นี้จะมีหัวพิมพ์ที่กวาดไปมาเหนือบริเวณที่ต้องการสร้างชิ้นงาน จากนั้นจะปล่อยแสงเหนือม่วง (Ultraviolet) เพื่อทำให้ของเหลวที่พ่นออกมานั้นแข็งตัว

วัสดุพลาสติกที่ใช้ในเทคโนโลยีนี้มีหลากหลายทั้งแข็ง อ่อนตัว ทึบแสง หรือโปร่งแสง นอกจากนี้ยังมีทั้งสารประกอบที่มีคุณสมบัติคล้าย ABS, Polypropylene, Polycarbonate และยาง โดยเครื่องพิมพ์นี้สามารถพ่นวัสดุหลายชนิดลงในชิ้นงานเดียวกันได้ ด้วยการสับเปลี่ยนวัสดุระหว่างการพิมพ์หรือการนำวัสดุที่แตกต่างกันมาผสมกันก่อนทำการพิมพ์

5.1 MJ (Material Jetting)

5.2 NPJ (Nanopartical Jetting)

5.3 DOD (Drop on Demand)

6. การเพิ่มวัสดุด้วยการฉายพลังงาน                                (Directed Energy Deposition)

DED เป็นเทคโนโลยีการเพิ่มวัสดุด้วยการฉายพลังงาน หรืออาจจะเรียกว่าเป็นการสร้างชิ้นงานด้วยแสงเลเซอร์และวัสดุผง (Laser Powder Forming) โดยผงโลหะจะถูกพ่นเข้าไปในลำแสงเลเซอร์กำลังสูงให้หลอมละลายเพื่อให้สะสมบนชิ้นงาน

เครื่องพิมพ์นี้สามารถใช้งานร่วมกับวัสดุที่หลากหลาย เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ทองแดง อลูมิเนียม ไทเทเนียม เป็นต้น ในขณะที่เครื่องพิมพ์นี้ทำงานก็สามารถปรับปริมาณผงได้อย่างต่อเนื่อง โดยสามารถสร้างเป็นชิ้นงานที่มีคุณสมบัติพิเศษที่ไม่สามารถผลิตด้วยวิธีการอื่นๆ

กล่าวคือ เครื่องพิมพ์นี้ไม่ได้จำกัดการพิมพ์บนผิวระนาบเหมือนวิธีการอื่นๆ และสามารถนำไปใช้งานได้เลยเนื่องจากเนื้อของชิ้นงานมีเนื้อแน่น 100%

7. การยึดวัสดุแผ่นเข้าหากัน (Sheet Lamination)

นอกจากเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ที่มีทั้งการฉีดวัสดุในสถานะกึ่งเหลว การกระตุ้นให้พลาสติกแข็งตัวด้วยแสง การพ่นกาว ยังมีอีกหนึ่งเทคโนโลยีการพิมพ์ที่น่าสนใจคือการยึดวัสดุแผ่นเข้าหากันด้วยการติดกาวบนวัสดุที่เป็นแผ่น เช่น กระดาษ พลาสติก อโลหะบางๆ เป็นต้น

กระบวนการทำงานจะส่งแผ่นวัสดุที่ด้านหลังถูกทากาวเอาไว้เข้าไปในแท่นพิมพ์ จากนั้นเลเซอร์ หรือมีดของเครื่องพิมพ์จะทำการตัดแผ่นวัสดุนี้ตามเส้นรอบรูป และจะทำซ้ำไปหลายรอบจนเกิดเป็นชิ้นงานพิมพ์

  • เครื่องพิมพ์ที่ใช้ระบบนี้ คือ 

Mcor

Cleangreen 3D

 

  • วัสดุที่ใช้

กระดาษ เป็นต้น

ตัวอย่างอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ 

บริษัท Geo Globe ประเทศโปแลนด์  ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติเพื่อผลิตเป็นถาดสำหรับการขนถ่ายชิ้นส่วนที่ผลิตเสร็จแล้ว ซึ่งเป็นส่วนสำคัญที่ช่วยให้การผลิตรวดเร็วมากยิ่งขึ้นเมื่อใช้ควบคู่กับระบบออโตเมชั่น โดยรวมการตั้งสายการผลิตใหม่ลดระยะเวลาไปได้มากถึงสามสัปดาห์จากสายการผลิตเดิม

Emtel ผู้ผลิตเครื่องมือทางการแพทย์ นำเครื่องปริ้น 3 มิติ มาผลิตเป็นแผงหน้าจอต้นแบบ เพื่อตรวจสอบขนาด และการใช้งานที่เหมาะสมจริง ก่อนที่จะเข้าสู่กระบวนการผลิตจำนวนมากโดยเครื่อง Injection Molding ซึ่งทางบริษัทกล่าวว่า ด้วยต้นทุนของการผลิตจำนวนมากที่ราคาสูง ไม่สามารถผิดพลาดได้

การขึ้นงานต้นแบบหรือ Prototype ขึ้นมาทดลองใช้จริงก่อน สามารถช่วยลดต้นทุนได้มหาศาล ระยะเวลาในการผลิตงานต้นแบบอยู่ที่ 5 วัน จากปกติ 25 วัน เมื่อใช้ Supplier ภายนอกบริษัท

AMS System เชี่ยวชาญในด้านการออกแบบและผลิตเครื่องจักรตามความต้องการลูกค้า ดังนั้นชิ้นส่วนต่างๆในบางครั้งจึงไม่ได้มีมาตรฐาน ต้องดัดแปลง หรือปรับปรุงอยู่ตลอดเวลา ดังนั้นเครื่องพิมพ์ 3D  จึงเป็นเครื่องมือประจำวันของฝ่ายออกแบบและผลิต ตัวอย่างผลิตภัณฑ์ที่ทางบริษัทฯนำมาใช้จริงคือ Housing สำหรับติดตั้งระบบไฟและเซ็นเซอร์ ซึ่งช่วยลดความผิดพลาด และระยะเวลาในการติดตั้งได้ดี

Bocar ผู้ผลิตรถดับเพลิง นำมาใช้สำหรับผลิตชิ้นส่วนต้นแบบ 1:1 ทั้งหมด เพื่อตรวจสอบการใช้งานจริง ความทนทาน รวมไปถึงความยาก-ง่ายในการประกอบชิ้นส่วนทั้งหมดเข้าด้วยกัน ซึ่งทางบริษัทให้ข้อมูลว่า ส่วนที่ยากที่สุดคือการออกแบบให้เหมาะสมกับความต้องการทั้งหมด ซึ่งค่อนข้างยากในการเริ่มต้น การมีชิ้นงานต้นแบบที่ลงทุนไม่มาก สามารถดัดแปลงได้ตลอดเวลา ช่วยให้ขั้นตอนนี้ผ่านไปได้ง่ายขึ้น

MB Aerospace ผู้ผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์ในอากาศยานใช้เครื่องพิมพ์สามมิติมาผลิตเป็น Fixture ช่วยตรวจสอบชิ้นส่วนหลังผ่านกระบวนการ machining ด้วยเครื่อง CNC เพื่อลดข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้น ซึ่งสะดวกและง่ายกว่าไปขึ้นเครื่องวัดมาตรฐานที่มีต้นทุนสูง และใช้เวลานานกว่า

FAMUR Group ผลิตเครื่องจักรในอุตสาหกรรม ซึ่งมีรายการผลิตภัณฑ์จำนวนมาก บริษัทฯ ต้องการนำเสนอสินค้า เพื่อให้ลูกค้าเห็นรายได้ละเอียดได้ชัดเจน ไม่เฉพาะในคอมพิวเตอร์ หรือใบโฆษณา หรือเวลานำไปออกงานแสดงสินค้า ง่ายขึ้น โดยนำเครื่อง 3D Printer มาผลิตเป็น Mock Up ของเครื่องจักร ร่วมกับระบบ RFID ให้ลูกค้าดาว์นโหลดข้อมูลไปได้เลย ซึ่งเป็นกระบวนการที่ประหยัดและเห็นภาพได้ชัดเจนที่สุด โดยไม่ต้องคำนึงถึงต้นทุน หรือการขนส่งมากเท่าการยกเครื่องจริงๆไปโชว์

AGH Racing เป็นกลุ่มนัดศึกษาของ AGH University of Science and Technology  ประเทศโปแลนด์ ที่พัฒนารถแข่งฟอร์มูล่าขึ้นเอง เครื่อง 3D Printer ได้นำมาใช้ผลิตเป็นชิ้นส่วนของระบบบังคับเลี้ยว (Steering) ซึ่งแต่เดิมเป็นอลูมิเนียมผลิตด้วยการกัด (Milling) ซึ่งทางทีมต้องการลดน้ำหนักตัวรถให้มากที่สุด

โดยออกแบบโดยใช้หลัก Topology คือลดเนื้อในส่วนที่ไม่จำเป็นให้มากที่สุด ในขณะที่แข็งแรงพอกับการใช้งาน ซึ่งรูปร่างดังกล่าว ไม่สามารถผลิตด้วยวิธีเดิมได้ การออกแบบและผลิตดังกล่าวใช้เวลาเพียง 2 วันเท่านั้น

Pure Power Sources เป็นบริษัทผลิตตัว Die พลาสติก ที่ใช้ในสายการผลิต เพื่อใช้ในการตรวจสอบผลิตภัณฑ์ หรือเช็คคุณภาพชิ้นงาน ซึ่งปัจจุบันบริษัทได้ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติ ในการผลิตชิ้นส่วนดังกล่าวทั้งหมด ก่อนหน้านั้นการแข่งขันในอุตสาหกรรม Die มีสูงมาก และบริษัทฯมีต้นทุนที่สูงกว่าคู่แข่งขัน ดังนั้นการประยุกต์ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นี้ สามารถช่วยให้บริษัทมีต้นทุนที่ต่ำลง และตอบสนองความต้องการของลูกค้าได้ดีมากขึ้น

FPVPolska บริษัทผู้ผลิตชิ้นส่วนของโดรน ซึ่งพัฒนากรอบภายนอกของตัวโดรนเพื่อป้องกันชิ้นส่วนภายใน ปัญหาคือความต้องการของผู้บริโภคไม่มากพอที่จะลงทุนด้วยการผลิตจำนวนมาก ดังนั้นทางบริษัทจึงใช้เครื่องปริ้น 3 มิติ ผลิตแทน โดยใช้วัสดุเป็นไนลอนผสมเส้นใยคาร์บอน ซึ่งมีความแข็งแรง ทนทานสูงมาก และยังน้ำหนักเบา นอกจากนี้ยังสามารถปรับแต่งตามความต้องการของลูกค้าได้อีกด้วย ไม่ว่าจะเพิ่มส่วนติดตั้งกล้อง ไฟ หรืออื่นๆเพิ่มเติม โดยใช้ต้นทุนไม่แตกต่างจากเดิม

Nike โดย Mark Parker ซีอีโอของ Nike ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ว่า เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติได้เพิ่มประสิทธิภาพในการทำงานแก่บริษัทเป็นอย่างมาก เมื่อเร็ว ๆ นี้ Nike ได้ผลิตรองเท้าแตะแบบพิมพ์ 3 มิติสำหรับ Super Bowl 2014

ซึ่งรองเท้ารุ้นก็คือ Nike Vapor Laser Talon ซึ่งมีแผ่นพิมพ์สามมิติ และที่ผูกเชือกที่ทำจากเทคโนโลยีหลอมผงวัสดุ อีกทั้งในรุ่น Vapor Carbon Elite ยังมีชิ้นส่วนที่ผลิตด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ นอกจากนี้ยังรวมถึงรุ่น Nike Vapor Laser Talon ซึ่งมีน้ำหนักเพียง 5.6 ออนซ์ซึ่งได้รับการออกแบบมาสำหรับนักฟุตบอลที่วิ่งตามระยะ 40 หลาบนสนามฟุตบอลอีกด้วย 

Hershey’s ได้ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติ สำหรับการผลิตช็อกโกแลตและผลิตภัณฑ์ที่กินได้อื่น ๆ อีกด้วย โดยบริษัทกล่าวว่าความร่วมมือครั้งนี้เป็นวิธีที่ดีในการแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้เป็นกระแสหลักได้อย่างไร การพิมพ์อาหาร 3 มิตินั้นไม่ใช้เรื่องใหม่แต่อย่างใด

Gillette หนึ่งในแบรนด์ที่ได้ใช้การพิมพ์สามมิติ เพื่อมอบความเป็นส่วนตัวให้กับลูกค้ามากขึ้น ด้วยความร่วมมือกับ Formlabs Gillette ได้เปิดตัวแพลตฟอร์ม Razor Maker ™ ผ่านโปรแกรมนำร่องนี้ลูกค้าสามารถเลือกตัวเลือกการออกแบบจาก 48 ตัวเลือกเพื่อสั่งซื้อด้ามจับเครื่องโกนหนวดแบบกำหนดเองซึ่งจะผลิตโดยใช้เทคโนโลยี SLA

อ่านตัวอย่างอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติจากแบรนด์ชั้นนำ

 

 

 

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

ความแตกต่างระหว่าง การปริ้น 3 มิติ

การผลิตด้วยวิธีเพิ่มเนื้อวัสดุ หรือที่เราเรียกว่า หรือที่เราเรียกกันว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ถือเป็นหนึ่งในขั้นตอนการผลิตที่ช่วยอย่างมากในเรื่องของการลดต้นทุน ประหยัดเวลาและอยู่เหนือข้อจำกัดต่างๆ ซึ่งดีต่อการพัฒนาผลิตภัณฑ์ต่างๆจากแค่คอนเซ็ปต์โมเดลกลายมาเป็นแม่พิมพ์สำหรับใช้งาน เช่น jigs fixtures หรืออุปกรณ์จับต่างๆ ไปถึงจนชิ้นงานที่ใช้ได้จริงในอุตสาหกรรมการผลิต ซึ่งนั่นเองทำให้วงการของเทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดดเด่นมากเนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่ให้โซลูชั่นอเนกประสงค์ที่ใช้ได้กับทุกวงการ

ช่วงหลายปีที่ผ่านมา เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่สามารถพิมพ์ความละเอียดได้สูงถูกปล่อยมาในตลาดในราคาที่ถูกมากยิ่งขึ้น ใช้งานง่ายขึ้นแถมมีเสถียรภาพจึงทำให้ปัจจุบันเทคโนโลยีนี้จึงเข้าถึงได้มากขึ้นในหลายๆธุรกิจ แต่ถึงอย่างนั้นการจะเลือกเทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่เหมาะกับตัวคุณและธุรกิจของคุณกันก็ไม่ง่ายนัก

ในบทความนี้เราจะมาทำความเข้าใจกันอย่างลึกซึ้งว่าเทคโนโลยีแบบไหนเหมาะกับการใช้งานเช่นไร และวัสดุการพิมพ์อะไรบ้างที่ใช้ได้กับเทคโนโลยีเหล่านั้นบ้าง และเราควรมีอุปกรณ์เครื่องมือหรือต้องเรียนรู้อะไรก่อนการเริ่มใช้งาน และรวมถึงต้นทุนการผลิตในแต่ละเทคโนโลยี

เราจะมาดู 3 เทคโนโลยีหลัก ๆ ของการพิมพ์สามมิติกัน

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

การปริ้น 3 มิติ ด้วยเทคโนโลยี FDM หรือ Fused Deposition Modeling

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ FDM เป็นเทคโนโลยีที่มีกลุ่มผู้ใช้งานกว้างมากตั้งแต่ในอุตสาหกรรม จนถึงใช้เพื่องานอดิเรกส่วนตัวเลย สร้างชิ้นงานโดยการหลอมละลายและฉีดเส้น thermoplastic ออกมาโดยที่หัวฉีดจะฉีดเส้นออกมาเป็นชั้นต่อชั้นบนฐานพิมพ์

เครื่องพิมพ์ที่ใชระบบ FDM ใช้ได้กับวัสดุ thermoplastics หลายชนิด เช่น ABS PLA และอื่น ๆ อีกมากมาย เทคนิค FDM นี้เหมาะที่สุดสำหรับการพิมพ์โมเดลคอนเซ็ปต์ง่าย ๆ ชิ้นส่วนแม่พิมพ์ต่าง ๆ เช่น ชิ้นส่วนที่ใช้กับเครื่องจักรกล

 

 

 

 

 

ขอบคุณภาพจาก Markforged

ชิ้นงานจะเห็นชั้นของเลเยอร์ชัด และบางครั้งจะเห็นถึงการพิมพ์ที่บางไม่ครั้งไม่แม่นยำมากนักตรงส่วนที่ต้องการความซับซ้อน สามารถใช้วัสดุ support ละลายน้ำได้

FDM ให้ความละเอียด และความแม่นยำต่ำเมื่อเทียบกับการพิมพ์ด้วยเทคโนโลยีแบบ SLA หรือ SLS และไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องใช้ความประณีต หากต้องการชิ้นงานที่สวยและมีคุณภาพมากขึ้น เราสามารถใช้เคมีหรือการขัดเข้ามาช่วยได้ สำหรับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ FDM ระดับอุตสาหกรรม หรือ Industrial grade จะสามารถใช้ Soluble support หรือ support ที่สามารถละลายน้ำได้เพื่อลดปัญหาการแกะชิ้นงาน และช่วยให้สายวิศวกรรมที่ต้องใช้วัสดุแบบเส้นพลาสติกใช้งานได้กว้างมากขึ้นได้ เพียงแต่ราคาเครื่องก็สูงขึ้นตามไปด้วย

SLA หรือ Stereolithography

ถูกคิดค้นเมื่อปีคริสตศักราช 1980s เป็น การปริ้น 3 มิติ เทคโนโลยีแรกที่เกิดขึ้นเป็นอันดับแรกของโลก และยังคงเป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากสำหรับกลุ่มผู้ใช้งานทุกอาชีพ เทคโนโลยี SLA จะใช้แสงเลเซอร์ในการฉายแสงกับน้ำเรซิ่น และขึ้นรูปเป็นพลาสติกแข็งได้ ขั้นตอนนี้เราเรียกว่า photopolymerization

ชิ้นงานที่ขึ้นรูปมาจาก SLA สังเกตว่ามีความละเอียดและความแม่นยำสูง มีดีเทล หรือรายละเอียดต่าง ๆ ชัดเจน พื้นผิวชิ้นงานเรียบเนียน สวย แต่ประโยชน์ของเทคโนโลยี SLA หลัก ๆ นั้นค่อนข้างอเนกประสงค์ วัสดุที่ใช้พิมพ์กับ SLA ถูกสร้างขึ้นมาอย่างสร้างสรรค์ด้วยหลาย ๆสูตร ทำให้สามารถใช้ได้หลากหลายวงการ ไม่ว่าจะเป็นด้านสายตา เครื่องจักรกล และความร้อน เพื่อให้ตรงกับกลุ่มผู้ใช้ทั่วไป ผู้ใช้ด้านวิศวกรรม และผู้ใช้เส้นพลาสติกระดับอุตสาหกรรม

 

 

 

 

 

ขอบคุณภาพจาก Markforged

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

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

SLS หรือ Selective Laser Sintering

ในอุตสหกรรมต่าง ๆ เครื่องพิมพ์สามมิติแบบ SLS เป็นการใช้แสงเลเซอร์แรงสูงหลอมเข้ากับเศษเล็ก ๆ น้อย ๆ ของผงพอลิเมอร์เข้าด้วยกัน เป็นเทคโนโลยีที่เป็นที่รู้จักกันมากที่สุดในกลุ่มของสายการผลิตด้วยวิธีเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) 

ส่วนผงที่ไม่หลอมเข้าด้วยกันจะช่วย support ขณะพิมพ์ และกำจัดส่วนที่เป็นโครงสร้าง support ออก ทำให้เทคโนโลยีนี้จะไม่มี support ซึ่งนั่นหมายถึงว่าการพิมพ์รูปทรงเรขาคณิตต่าง ๆ ที่มีความซับซ้อนนั้นสามารถทำได้ง่ายกับเทคโนโลยีเช่นนี้ รวมถึงฟีเจอร์ด้านในต่าง ๆ ทั้งส่วนที่เป็น undercuts ผนังกำแพงบาง ๆ และฟีตเจอร์ negative ต่าง ๆ ด้วย ชิ้นงานที่ผลิตจากเทคโนโลยี SLS printing จะมีลักษณะเกี่ยวกับวิศวกรรมเครื่องกลที่ดียอดเยี่ยม แข็งแรง และรวมรายละเอียดพวกงานฉีดขึ้นรูป (injection-molded) ได้ดี

 

 

 

 

 

ขอบคุณภาพจาก Markforged

งานจาก 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

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

ตารางเปรียบเทียบเทคโนโลยีการพิมพ์ FDM SLA และ SLS

ในทุกๆ เทคโนโลยีแต่ละแบบ ไม่ว่าจะเปน FDM SLA หรือ SLS จะมีจุดแข็ง จุดอ่อนและความต้องการที่แตกต่างกันออกไป ตารางด้านล่างเป็นตารางสรุปลักษณะและข้อพิจารณาสำคัญ 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

เมื่อคำนวนค้นทุนหรือราคา แน่นอนว่าจะคำนวน จากเพียงแค่อุปกรณ์เครื่องพิมพ์อย่างเดียวไม่ได้รวมค่าวัสดุและค่าแรงงาน ซึ่งก็มีผลต่อราคาต่อชิ้นงานด้วยเช่นกัน ทั้งนี้ทั้งนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งานและจำนวนที่ต้องการผลิตด้วย

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

มาทำความรู้จักกับเทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLS กัน

 

SLS ย่อมาจาก Selective Laser Sintering ซึ่งเป็นหนึ่งในเทคโนโลยี การปริ้น 3 มิติ โดยอยู่ใน Concept ของ Additive Manufacturing คือเป็นการผลิตโดยการเพิ่มเนื้อของชิ้นงาน การทำงานของเครื่องพิมพ์สามมิติแบบ SLS จะเพิ่มเนื้อของชิ้นงานขึ้นทีละชั้นโดยใช้ความร้อนของแสงเลเซอร์ในการหลอมผงวัสดุ (Powder Bed Fusion) ซึ่งผงวัสดุที่ถูกใช้จะเป็นผงวัสดุประเภท Polymers

**ขอบคุณภาพจาก 3D HUBS

หลักการทำงานของ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ระบบ SLS 

  • เครื่องจะเก็บผงวัสดุ polymer ที่จะใช้ในการพิมพ์ไว้เต็มถัง Hopper
  • ก่อนทำการพิมพ์เครื่องจะทำการอุ่นผงวัสดุในถังให้ถึงอุณหภูมิที่เครื่องต้องการ
  • เครื่องจะทำการปาดผงให้เรียบ
  • เลเซอร์ที่อยู่ในเครื่องจะวาดผ่านผงวัสดุ และผงวัสดุที่โดนความร้อนจากแสงเลเซอร์จะถูกหลอมเป็นเนื่อเดียวกัน ฐานพิมพ์จะถูกขยับลงมา 1 ชั้น แล้วปาดผงให้เรียบอีกครั้ง
  • เลเซอร์จะทำการวาดผ่านผงในชั้นถัดไป ทำเช่นนี้ไปเรื่อยๆจนได้ชิ้นงานที่สมบูรณ์

**ขอบคุณภาพจาก Formlabs

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ SLS เหมาะสำหรับพิมพ์ชิ้นงานที่มีความซับซ้อนสูง

เนื่องจาการพิมพ์ด้วยเทคโนโลยีนี้ไม่ต้องสร้างซัพพอร์ต (support) เพื่อรองรับชิ้นงานในขณะพิมพ์ให้มีอิสระในการพิมพ์และมีความละเอียดแม่นยำสูง ชิ้นงานที่ได้มีความยืดหยุ่นและแข็งแรงสูง อีกทั้งยังมีผิวชิ้นงานที่เรียบเนียนอีกด้วย

เนื่องจากการผลิตชิ้นงานไม่ต้องใช้ support ชิ้นงานจึงสามารถวางซ้อนกันขึ้นด้านบนได้ จึงสามารถทำการผลิตแบบย่อมๆ (Small Batch Production) ได้เลยโดยไม่ต้องเสียค่าเปิดโมลด์และฉีดขึ้นรูปเหมือนการทำ Injection Molding 


**ขอบคุณภาพจาก Formlabs

VDO ตัวอย่างการใช้เงาน เครื่องพิมพ์ 3 มิติ FUSE 1 เทคโนโลยี SLS จาก Formlabs

ตัวอย่างชิ้นงานที่ได้จาก เครื่องพิมพ์ 3 มิติ SLS ในงาน Application ต่างๆ

งานต้นแบบ

การผลิตขนาดย่อม

Healthcare

Fitting tools

**ขอบคุณภาพจาก Formlabs

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้เทคโนโลยี SLS Formlabs Fuse 1

Formlabs Fuse 1 and Fuse Sift SLS 3D Printer

มาทำความรู้จักกับ Formlabs Fuse 1 กันดีกว่า!!

การผลิตชิ้นงานโดยใช้ความร้อนจากการฉายแสงเพื่อหลอมละลายผงวัสดุให้เป็นเนื้อเดียวกัน (Selective laser sintering (SLS)) วันนี้ทุกคนสามารถสร้างชิ้นงานคุณภาพได้โดย Formlabs Fuse 1 เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่เปลี่ยนจากงานที่อยู่ในกระดาษ กลายเป็นชิ้นงานที่จับต้องได้ และใช้งานได้จริง สร้างต้นแบบชิ้นงานคุณภาพง่ายๆด้วยปลายนี้ว เรียกได้ว่าหากมี Fuse 1 ก็เปรียบเสมือนนำกระบวนการผลิตมาไว้บนโต๊ะทำงานของคุณ

ใช้งานง่าย

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Fuse 1 ถูกออกแบบมาเพื่อให้ง่ายต่อการใช้งานและดูแลรักษา มีหน้าจอระบบสัมผัสขนาดใหญ่เพื่อให้การทำงานของคุณง่ายขึ้นในทุกๆขั้นตอนและทำให้การดูแลรักษาตัวเครื่องนั้นง่ายดายมากยิ่งขึ้น

ราคาที่สามารถเอื้อมถึง

ประหยัดค่าใช้จ่ายด้านอุปกรณ์เครื่องมือ ด้วยราคาวัสดุที่สามารถจับต้องได้ และสามารถนำวัสดุที่ใช้งานแล้วกลับมาใช้ใหม่ใน การปริ้น 3 มิติ ครั้งถัดไป ทำให้ Fuse 1 เป็นตัวเลือกที่ชาญฉลาดสำหรับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ระบบ SLS

มีประสิทธิภาพ 

จากขั้นตอนการติดตั้งสู่กระบวนการทำงานและการออกแบบให้สามารถใช้ผงวัสดุเก่าได้ไปจนถึงการนำชิ้นงานไปใช้จริง เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ของ Formlabs ถูกคิดและคัดสรรค์อย่างตั้งใจให้ Fuse 1 สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพทุกขั้นตอน

“Fuse 1 ทำให้เราประหยัดเวลาและทรัพยากรหลากหลายด้านจากการใช้เครื่องจักรกลเฉพาะทาง หรืออีกนัยหนึ่งคือการสร้างสรรค์ชิ้นงานหลากหลายรูปแบบได้ภายในเครื่องเดียว เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องนี้สามารถช่วยให้เราออกแบบ สร้างสรรค์ชิ้นงาน และผลิตได้เสร็จสมบูรณ์แบบ โดยใช้เวลาเพียงแค่หนึ่งวันเท่านั้น ซึ่งการผลิตด้วยรูปแบบอื่นอาจใช้เวลายาวนานมากถึงหลายสัปดาห์ Fuse 1 จะทำให้คุณสามารถใช้เวลาได้อย่าคุ้มค่า เพื่อให้คุณมีเวลามากขึ้นในการพัฒนาสินค้าชนิดใหม่ๆที่มีความสำคัญและมีความซับซ้อนมากกว่า และ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ Fuse 1 จะเป็นตัวช่วยในการดูแลและความคุมกรรผลิตชิ้นงานให้คุณเอง คุณสามารถใช้ Fuse 1 ได้ในทุกวันและทุกโอกาส”

จาก Fuse 1 สู่ Fuse Sift กับรูปแบบการทำงานที่สะดวกสบายและง่ายดายมากยิ่งขึ้น

การตั้งค่า การปริ้น 3 มิติ ด้วยความรวดเร็วและง่ายต่อการติดตั้ง

ใช้ซอฟต์แวร์เตรียมการก่อน การปริ้น 3 มิติ ด้วย Formlabs PreForm (ดาวน์โหลดและทดลองใช้ฟรี) เพื่อนำเข้าไฟล์งาน STL หรือ OBJ เพื่อช่วยจัดวางและจัดเรียงโมเดลให้พร้อมพิมพ์ และยังสามารถประมาณการเวลาพิมพ์ สามารถตรวจสอบเครื่องพิมพ์ 3 มิติของคุณและอัปโหลดไฟล์งานที่หลากหลาย และ PreForm ยังมีขั้นตอนวิธีการจัดเรียงโมเดลจำนวนมากโดยระบบอัตโนมัติด้วย

การใช้ความร้อนจากการฉายแสงเพื่อหลอมละลายผงวัสดุให้เป็นเนื้อเดียวกัน หรือ SLS ที่สามารถจัดการได้

มีระบบ Touch UI ที่ใช้งานง่ายและจะนำคุณไปสู่ทุกขั้นตอนไม่ว่าจะขั้นตอนการตั้งค่า หรือขั้นตอนของการพิมพ์ หน้าจอระบบสัมผัสจะแสดงให้เห็นการทำงานของการพิมพ์เพื่อให้คุณสามารถดูชั้นเลเยอร์ของชิ้นงานที่กำลังพิมพ์ คุณสามารถดูสถานะการพิมพ์ชิ้นงานได้จากคอมพิวเตอร์ของคุณ เพื่อตรวจสอบการพิมพ์ของคุณโดยไม่ต้องลุกจากโต๊ะทำงาน และยังสามารถตรวจสอบสถานะเครื่องพิมพ์ ประวัติการสั่งพิมพ์ และการใช้วัสดุสิ้นเปลืองผ่านแดชบอร์ดบนคลาวด์ได้ด้วย

การปริ้น 3 มิติ ที่มีประสิทธิภาพและเสถียร

การพิมพ์ชิ้นงานด้วยระบบ SLS หลอมรวมผงไนลอนทีละชั้น เป็นการใช้ผงวัสดุโดยไม่ต้องมีซัพพอรืทระหว่างการพิมพ์ เพื่อให้คุณสามารถสร้างการออกแบบที่ซับซ้อนและเชื่อมต่อกัน ด้วยเทคโนโลยี Surface Armour ที่อยู่ระหว่างการจดสิทธิบัตรซึ่งเป็นเปลือกกึ่งซินเตอร์ที่พิมพ์รอบพื้นผิวของชิ้นส่วน Fuse 1 จึงมอบคุณสมบัติเชิงกลที่สามารถใช้ในการแข่งขันได้และการเคลือบพื้นผิวโดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่ายหรือความยุ่งยากจากระบบการแข่งขันของคู่แข่ง

การกู้คืนผงที่ปลอดภัย และมีประสิทธิภาพ

Fuse Sift คือที่ตั้งสำหรับการกู้คืนผงที่สามารถผสมผสานและรวบรวมทุกอย่างให้สามารถใช้งานได้ภายในเครื่องเดียว และยังสามารถรวมการสกัดชิ้นส่วนการกู้คืนผงรวมถึงการจัดเก็บและการผสมในเครื่องเดียวได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลิตชิ้นส่วนที่ใช้งานได้เต็มรูปแบบด้วยอัตราการรีเฟรชผง 30% โดยไม่จำกัดรอบ ซึ่งหมายความว่าคุณสามารถพิมพ์ด้วยผงรีไซเคิลได้มากถึง 70% Fuse Sift จะจ่ายและผสมผงที่ใช้แล้วและผงใหม่โดยอัตโนมัติเพื่อให้คุณสามารถลดของเสียและสามารถควบคุมปริมาณผงของคุณได้

 

ข้อดีของ การปริ้น 3 มิติ ทางการแพทย์ต่อกระบวนการก่อนผ่าตัดผู้ป่วย

กลุ่มแพทย์สามารถที่จะเรียนรู้ระบบกล้ามเนื้อและกระดูกของผู้ป่วย ผ่านทางโมเดล 3 มิติ ที่มีความแม่นยำสูง ทั้งยังสามารถช่วยให้ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์สามารถวินิจฉัยโรค วางแผนการผ่าตัด ให้ความรู้กับผู้ป่วยและแนวทางการรักษาอื่นๆอีกมากมาย

บริษัท Axial3D จากเมือง Belfast ในสหาราชอาณาจักรได้ใช้ผลสแกน CT และ MRI สำหรับสร้างแบบจำลองสามมิติของผู้ป่วยขึ้นมาช่วยในการรักษา โดยกลุ่มลูกค้าของ Axial3D มีสถานให้บริการทางการแพทย์ทั้งในแบบวงกว้างและแบบเอกชน เช่น ศัลยกรรมกระดูก มะเร็งวิทยา ใบหน้าและช่องปาก อาการบาดเจ็บและการผ่าตัดปลูกถ่าย

Daniel Crawford ผู้ก่อตั้งโครงการ มีเป้าหมายสำคัญคือการพิมพ์โมเดลในสถานพยาบาลเพื่อยกระดับให้แพทย์ และผู้ป่วยมีประสบการณ์ในการรักษาที่ดีขึ้น เขายังอธิบายอีกว่า “ชิ้นงานที่พิมพ์ออกมาจากผลการสแกนจะยกระดับการดูแลผู้ป่วยออกเป็นวงกว้าง ทั้งยังจะแตกแขนงออกไปในสาขาการรักษาต่าง ๆ อีกด้วย”

เห็นได้ชัดว่าโมเดลสามมิตินั้นได้เปลี่ยนแปลงปฏิสัมพันธ์ระหว่างแพทย์และผู้ป่วยออกไปจากเดิมในทุก ๆ ขั้นตอนที่เคยมีอย่างสิ้นเชิง

1. การเข้าถึงการวินิจฉัยผู้ป่วยที่ถูกต้อง

Axial3D FoundersDaniel Crawford ผู้ก่อตั้ง Axial3D (ฝั่งซ้าย) และ Mark Stewart ผู้ร่วมก่อตั้ง (ฝั่งขวา) กำลังสร้างโมเดลทางการแพทย์ ที่จะช่วยให้แพทย์วินิจัยโรคได้แม่นยำขึ้น

โมเดล 3 มิติ ที่ถูกพิมพ์ออกมาจากผล CT และผลสแกน MRI ของผู้ป่วยนั้น พบว่ามีความแม่นยำที่สูง และสามารถบ่งบอกถึงลักษณะเฉพาะเจาะจงของผู้ป่วยในแต่ละคนได้ โดยที่โมเดลนั้นช่วยให้แพทย์มีข้อมูลของผู้ป่วยมากขึ้น

แตกต่างจากการวินิจฉัยผ่านกายวิภาคของผู้ป่วยแบบสองมิติ Daniel อธิบายกับเราว่า “การเข้าถึงกายวิภาคของผู้ป่วยได้ในทุกๆส่วนไม่ว่าจะเป็นหัวใจหรือกระดูกเชิงกราน ส่งผลทำให้วินิจฉัยรักษาผู้ป่วยเป็นไปได้อย่างถูกต้องและมีความแม่นยำขึ้น และในการรักษาผู้ป่วยบางรายก็มีการเปลี่ยนแปลงรูปแบบเลยทั้งหมดเมื่อได้เห็นข้อมูลจากชิ้นงานสามมิติ”

ผู้เชี่ยวชาญสามารถตรวจสอบกายวิภาคขนาดจริงของผู้ป่วยได้ในรูปแบบสามมิติ ซึ่งทำให้ได้ข้อมูลเชิงลึกในการรักษาผู้ป่วย เนื่องจากโมเดลเหล่านี้ต้องมีความแม่นยำที่สูงมาก ดังนั้น Axial3D จึงสร้างโมเดลจากการพิมพ์โมเดลสามมิติเพื่อให้สามารถจับรายละเอียดที่ซับซ้อนของผลสแกนได้ทั้งหมด การเข้าถึงกายวิภาคของผู้ป่วยได้ในทุกๆส่วน ไม่ว่าจะเป็นหัวใจหรือกระดูกเชิงกรานส่งผลทำให้วินิจฉัยรักษาผู้ป่วยเป็นไปได้อย่างถูกต้องและมีความแม่นยำขึ้น

2. พิจารณาวิธีการรักษาผู้ป่วยที่ดีที่สุด

Axial3D Surgeon Examining Boneโมเดลทางการแพทย์ช่วยให้แพทย์ตัดสินใจถึงวิธีการรักษาที่ดีที่สุดให้กับผู้ป่วยโดยอ้างอิงจากกายวิภาคของผู้ป่วยรายนั้น ๆ

หลังจากการวินิจฉัย ผู้เชี่ยวชาญจะใช้โมเดลนี้เพื่อพิจารณาวิธีการรักษาที่ดีที่สุด ซึ่งโมเดลสามมิติที่มีความละเอียดสูงนี้ จะช่วยให้แพทย์มองเห็นภาพรวมได้มากกว่าผลสแกนรังสีแบบสองมิติ

โดย Dainal กล่าวว่า “การมีโมเดลที่สามารถจับต้องได้เท่าขนาดอวัยวะจริงทำให้ศัลยแพทย์สามารถมองเห็นภาพในการค้นหาโรคร้าย หรืออาการบาดเจ็บในตำแหน่งจริงได้  ทั้งยังทำให้ให้มีความเข้าใจในโรคของผู้ป่วยมากขึ้น ส่งผลถึงการหาวิธีการรักษาที่ดีที่สุดให้แก่ผู้ป่วยในแต่ละราย” เช่น Axial3D ใช้ภาพสแกนของผู้ป่วยมะเร็งสร้างโมเดล 3 มิติ รูปตับขึ้นมา เพื่อให้แพทย์ตัดสินใจว่าจะตัดเนื้องอกออกหรือให้การรักษาแบบคีโมแทน  เห็นได้ชัดว่าโมเดล 3 มิติสร้างความแตกต่างได้มากทีเดียว

3. การวางแผนก่อนการผ่าตัดผู้ป่วย

Pre-surgical Planningศัลยแพทย์ ใช้โมเดลทางกายวิภาคเพื่อเตรียมอุปกรณ์สำหรับการผ่าตัด ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงของความซับซ้อนในการผ่าตัดไปได้อย่างมาก

โมเดลทางการแพทย์เป็นตัวช่วยสำคัญของศัลยแพทย์ในการวางแผนล่วงหน้า และฝึกฝนการผ่าตัดต่าง ๆ การวางแผนก่อนการผ่าตัดนั้น ไม่เพียงแต่จะช่วยลดหย่อนเวลาในการผ่าตัดของผู้ป่วย แต่ยังช่วยลดความเสี่ยงของความยากง่ายในการผ่าตัด รวมถึงอัตราการติดเชื้อต่าง ๆ ส่งผลให้ผู้ป่วยใช้เวลาในการพักฟื้นน้อยลง

รวมไปถึงการประหยัดทรัพยากรของโรงพยาบาลลง Daniel กล่าวว่า “หากมีโมเดลสามมิติ ศัลยแพทย์จะสามารถจำลองเทคนิคใหม่ ๆ และเตรียมอุปกรณ์ได้ล่วงหน้าก่อนที่จะเข้าไปยังห้องผ่าตัด ซึ่งการผ่าตัดในระยะเวลาสั้น ๆ จะช่วยลดความเสี่ยงของผู้ป่วยลง ทำให้ฟื้นตัวได้เร็วขึ้น รวมถึงประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายลงด้วย” เพราะฉะนั้น การใช้โมเดล 3 มิติ นั้นย่อมส่งผลดีต่อกระบวนการก่อนการผ่าตัดและทุกคนที่อยู่ในกระบวนการแน่นอน

หากมีโมเดล 3 มิติ ศัลยแพทย์จะสามารถจำลองเทคนิคใหม่ ๆ และเตรียมอุปกรณ์ได้ล่วงหน้าก่อนที่จะเข้าไปยังห้องผ่าตัด ซึ่งการผ่าตัดในระยะเวลาสั้น ๆ จะช่วยลดความเสี่ยงของผู้ป่วยลง ทำให้ฟื้นตัวได้เร็วขึ้น รวมถึงประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายลงด้วย

Axial3D Formlabs SLA 3D PrinterAxial3D ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติสร้างโมเดลทางการแพทย์ที่มีความละเอียดสูงได้อย่างรวดเร็ว

Axial3D ใช้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ SLA ในการสร้างโมเดลทางการแพทย์ โดยเครื่องพิมพ์ของ Danial เป็นหนึ่งในเครื่องพิมพ์สามมิติ จาก Formlabs ซึ่งสามารถพิมพ์ได้อย่างรวดเร็วและอยู่ในช่วงราคาที่ไม่แพง จึงช่วยทำให้เราสามารถรับมือกับเอกสารแบบฟอร์มออนไลน์ที่ส่งเข้ามาของผู้ป่วยได้

และยังพบอีกว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นี้ ยังสามารถพิมพ์รายละเอียดต่าง ๆ ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งเป็นสิ่งที่กายวิภาคศาสตร์ต้องการเป็นอย่างยิ่ง ด้วยวัสดุที่ใช้พิมพ์ นี่คือสิ่งที่เหมาะกับการแพทย์ในหลาย ๆ สาขา โดย Danial ยังกล่าวอีกว่า ในทางการแพทย์นั้น “คุณภาพคือทุก ๆ อย่าง”

Credit: https://axial3d.com/

ในช่วงการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส Covid-19 ได้สร้างผลกระทบเป็นวงกว้างต่อทั้งการใช้ชีวิตของคนในสังคมและเศรษฐกิจ มีคนติดเชื้อและเสียชีวิตเป็นจำนวนมาก ซึ่งวงการแพทย์หรือสาธาณสุขนั้นถือเป็นด่านหน้าที่สำคัญมากๆ ในการรับมือและรักษาผู้ติดเชื้อ ทำให้อุปกรณ์และเครื่องมือหลายอย่างที่ใช้ในการป้องกันเชื้อโรคขาดแคลน ไม่ว่าจะเป็นหน้ากากอนามัย ชุด PPE หรือแม้แต่อุปกรณ์ตรวจหาเชื้อโควิด โดยอุปกรณ์บางอย่างก็เป็นอุปกรณ์ใหม่ ที่ไม่เคยมีมาก่อน ทำให้หากใช้การผลิตด้วยเทคโนโลยีแบบเดิม ก็จะส่งผลให้สามารถผลิตได้ช้า ดังนั้นในวงการแพทย์จึงได้นำนวัตกรรม 3d Printing เข้ามาช่วยในการพิมพ์ชิ้นส่วนและอุปกรณ์การแพทย์ต่างๆ เพื่อรับมือกับการแพร่ระบาดของ Covid-19 ในครั้ง ซึ่งในบทความนี้เราจะพาทุกคนไปทำความรู้จักกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติกัน ว่าคืออะไร และมีการนำมาไปใช้งานในช่วงการแพร่ระบาดอย่างไรบ้าง

3d Printing คือ อะไร

3d Printing คือ เทคโนโลยีการสร้างโมเดลดิจิตอลหรือการพิมพ์ 3 มิติ ที่ถูกพัฒนาขึ้นมาเพื่อสร้างโมเดลให้กลายเป็วัตถุจริง ด้วยการพิมพ์เนื้อวัสดุขึ้นมาทีละชั้นๆ หรือ Additive Manufacturing (AM) จนกลายเป็นชิ้นงานออกมา ซึ่งการเติมเนื้อชิ้นงานนี้จะแตกต่างจากการตัดเนื้อชิ้นงานออก หรือ Subtractive Manufacturing (CNC) ที่ใช้กันตามสายการผลิตทั่วไป โดยต้องสั่งทำครั้งละจำนวนมาก และใช้เวลาในการผลิตนานกว่า แต่หากใช้การพิมพ์ 3 มิติ จะทำให้ได้ชิ้นงานที่มีรายละเอียดหรือมีความซับซ้อนมากกว่า ใช้ต้นทุนน้อยกว่า และประหยัดเวลากว่าการตัดเนื้อชิ้นงานแบบเดิม

การพิมพ์ 3 มิติ มีบทบาทสำคัญอย่างไร ในช่วงการแพร่ระบาดของ Covid-19

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นมีบทบาทสำคัญอย่างมากเลย ในการเข้ามาช่วยผลิตชิ้นส่วนและอุปกรณ์ทางการแพทย์ต่างๆ ที่ใช้สำหรับการรับมือกับการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส Covid-19 เนื่องจากเทคโนโลยีการปริ้น 3 มิติ ช่วยให้การพิมพ์และผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อนสามารถทำได้ง่ายมากยิ่งขึ้น สามารถเลือกวัสดุได้หลากหลายประเภท เพื่อให้เหมาะกับลักษณะการนำไปใช้งาน นอกจากนี้ก็ยังสามารถทำการผลิตได้ง่ายอีกด้วย เพียงแค่มีไฟล์พิมพ์ 3 มิติ แล้วนำใส่เข้าไปในโปรแกรม หลังจากนั้นก็สามารถสั่งพิมพ์ได้เลยทันที โดยสามารถนำมาใช้พิมพ์ชิ้นงานเพื่อใช้ในการรับมือกับการแพร่ระบาดได้หลากหลายรูปแบบ ดังนี้

 

1. ใช้ในการพิมพ์ Face Shield

เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถนำมาใช้ผลิต Face Shield ที่เป็นอุปกรณ์บังหน้า เพื่อป้องกันการฟุ้งกระจายของเชื้อโรคได้ ถือเป็นอุปกรณ์เสริมอีกอย่างที่มีความสำคัญ และถูกนำมาใช้งานควบคู่กับหน้ากากอนามัยได้เป็นอย่างดี

face shield จาก 3d printer

2. ผลิตก้าน ATK ตรวจเชื้อโควิด-19

นอกจากการนำมาใช้พิมพ์หรือผลิต Face Shield ป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อแล้ว ปัจจุบันก็ได้เริ่มมีการนำเครื่องพิมพ์ 3 มิติมาใช้ในการผลิตก้าน ATK ที่เป็นอุปกรณ์ในการตรวจคัดกรองหาผู้ติดเชื้อโควิด-19 ในเบื้องต้นได้ด้วย

ATK จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

3. อุปกรณ์ทางการแพทย์ชนิดอื่นๆ

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ยังถูกนำมาใช้ในการพิมพ์ชิ้นส่วนหรืออุปกรณ์อื่นๆ เพื่อนำมาใช้ในทางการแพทย์อีกด้วย เช่น ตะขอสำหรับเปิดประตู เพื่อลดการสัมผัสกัน อุปกรณ์ปรับรัดหน้ากากอนามัย หรือแม้แต่เครื่องช่วยหายขนาดพกพา ก็สามารถใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติในการพิมพ์ได้เช่นกัน

อุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ผลิตจาก เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ประเภทไหน ที่นิยมนำมาใช้พิมพ์อุปกรณ์ทางการแพทย์

สำหรับประเภทของเครื่องพิมพ์ สาม มิติ ที่นิยมนำมาใช้พิมพ์ชิ้นงานที่เป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์จะเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้เทคโนโลยีการทำให้วัสดุเหลวในอ่างแข็งด้วยแสง (Vat Photopolymerization) จนกลายเป็นชิ้นงาน โดยเฉพาะเทคโนโลยีที่เป็น SLA (StereoLithographic Apparatus) เป็นการพิมพ์ชิ้นงานด้วยการอาศัยการฉายลำแสงเลเซอร์เหนือม่วง (Ultraviolet Laser) ที่สะท้อนกับกระจกไปยังพลาสติกเหลวเพื่อกระตุ้นให้พลาสติกเหลวแข็งตัว เป็นรูปร่างตามที่ต้องการ ผ่านการควบคุมด้วยระบบคอมพิวเตอร์

3d printer เทคโนโลยี SLA (StereoLithographic Apparatus)

โดยข้อดีของเครื่องพิมพ์เทคโนโลยีการทำให้วัสดุเหลวแข็งด้วยแสง ก็คือ การได้ชิ้นงานที่มีผิวเรียบเนียน มีคุณภาพสูง และเก็บรายละเอียดได้ดี ซึ่งวัสดุการพิมพ์ที่สามารถใช้กับเครื่องเทคโนโลยีนี้ได้ จะเป็นวัสดุที่เป็น “เรซิ่น” ที่มีลักษณะเป็นของเหลว สามารถนำมาใช้สร้างชิ้นงานได้หลากหลาย รองรับการพิมพ์ชิ้นงานทั้งในทางวิศวกรรม เครื่องประดับ ทันตกรรม และเหมาะสำหรับการใช้ทางการแพทย์ จึงทำให้เครื่องพิมพ์ 3d เทคโนโลยีนี้นิยมนำมาใช้ผลิตชิ้นงาน ที่ช่วยในการรับมือกับการแพร่ระบาดของเชื้อไวรัส Covid-19 ในปัจจุบันนั่นเอง

จะเห็นได้ว่าเทคโนโลยี 3d Printing นั้นเป็นนวัตกรรมใหม่ที่เริ่มมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลาย และมีการใช้ในหลากหลายอุตสาหกรรมมากยิ่งขึ้น ไม่ใช่เพียงแค่การใช้ในอุตสาหกรรมการผลิต หรือทางวิศกรรมเท่านั้น แต่ในปัจจุบันมีการนำมาใช้งานทางการแพทย์ ทันตกรรม หรือแม้แต่ในอุตสากรรมความบันเทิง ก็มีการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติเช่นกัน ซึ่งแนวโน้มการใช้งานเครื่องปริ้น 3 มิติ นั้นเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง และมีการพัฒนานวัตกรรมใหม่ๆ ออกมาอยู่ตลอด ดังนั้นในอนาคตเราเชื่อว่าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ จะเข้ามามีบทบาทในชีวิตประจำวันของคนในสังคมเพิ่มมากขึ้น และอาจจะกลายมาเป็นอุปกรณ์ที่มีกันแทบทุกบ้าน เหมือนกับเครื่องปริ้นกระดาษก็เป็นได้

 

credit : https://formlabs.com/