เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เปลี่ยนทุกแนวคิดการผลิตและออกแบบให้ล้ำหน้า

เรียนรู้เกี่ยวกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) เทคโนโลยีล้ำสมัยที่เปลี่ยนวงการผลิตและออกแบบ ตั้งแต่หลักการทำงาน ประเภทการใช้งาน ไปจนถึงประโยชน์ของเทคโนโลยีนี้

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) ได้เปลี่ยนแปลงวงการผลิตและการออกแบบไปอย่างสิ้นเชิง เทคโนโลยีนี้ช่วยให้สามารถสร้างสรรค์ชิ้นงานที่ซับซ้อนและแม่นยำได้ในเวลาอันรวดเร็ว ทำให้ 3D Printer ได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการนำเสนอนวัตกรรมใหม่ๆ ที่ไม่เพียงช่วยลดต้นทุนการผลิต แต่ยังเพิ่มประสิทธิภาพในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในหลายอุตสาหกรรม ตั้งแต่ การแพทย์ การศึกษา การออกแบบผลิตภัณฑ์ ไปจนถึง การสร้างชิ้นส่วนทางวิศวกรรม

ในบทความนี้ เราจะพาคุณไปรู้จักกับเทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยเริ่มต้นจาก พื้นฐานการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ประเภทของเครื่องพิมพ์ที่เหมาะกับการใช้งานแต่ละรูปแบบ ตลอดจนวิธีการเลือกเครื่องพิมพ์ที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานอีกด้วย

3D Printer คืออะไร?

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ หรือ 3D Printer คือเครื่องจักรที่ใช้เทคโนโลยีการสร้างชิ้นงานจากการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้น เรียกว่า Additive Process โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถสร้างวัตถุที่จับต้องได้โดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล เทคโนโลยีนี้จะทำงานโดยวางวัสดุทีละชั้นซ้อนทับกันจนกลายเป็นวัตถุสามมิติ การสร้างแบบนี้เปรียบได้กับการก่อสร้างตึกที่เริ่มจากฐานรากและสร้างทีละชั้น จนกลายเป็นตึกที่สมบูรณ์

วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์สามมิติมีหลายประเภท เช่น พลาสติก เรซิ่นของเหลว หรือ ผงโลหะ ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องพิมพ์และการใช้งาน สำหรับกระบวนการผลิตชิ้นงานในรูปแบบ 3 มิตินั้นเทคโนโลยีที่นิยมใช้มากที่สุดคือ FDM (Fused Deposition Modeling) และ SLA (Stereolithography)

เครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นเริ่มต้นขึ้นตั้งแต่ปี 1983 โดย Mr.Chuck Hull ผู้คิดค้นเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ SLA ซึ่งเป็นเทคโนโลยีแรกที่นำมาใช้ในการพิมพ์ 3 มิติ แม้ว่าช่วงแรกจะไม่แพร่หลายเนื่องจากต้นทุนสูงและการจดสิทธิบัตร แต่ปัจจุบันเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้กลายเป็นเครื่องมือสำคัญในอุตสาหกรรมหลายประเภท ทั้งการผลิต การแพทย์ และการออกแบบ

หลักการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การทำงานของ 3D Printer เริ่มจากการใช้ ไฟล์ 3 มิติ ซึ่งสามารถสร้างจากโปรแกรมออกแบบ 3 มิติ หรือใช้เครื่องสแกน 3 มิติเพื่อแปลงวัตถุจริงเป็นไฟล์ดิจิทัล เมื่อได้ไฟล์มาแล้ว ไฟล์จะถูกนำเข้าไปที่โปรแกรม Slicer เพื่อทำการตั้งค่าและแปลงไฟล์ให้เครื่องพิมพ์สามารถประมวลผลได้

ขั้นตอนหลักในการทำงานของ 3D Printer มีดังนี้

• สร้างหรือแปลงไฟล์ 3 มิติ : ไฟล์โมเดล 3 มิติถูกสร้างขึ้นผ่านโปรแกรมออกแบบหรือเครื่องสแกน
• ใช้โปรแกรม Slicer : โปรแกรม Slicer จะทำการแบ่งไฟล์ 3 มิติออกเป็นชั้นๆ หรือเลเยอร์ จากนั้นคำนวณและแปลงไฟล์ให้เป็นรหัสที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถอ่านได้
• เริ่มกระบวนการพิมพ์ : เครื่องพิมพ์จะทำการพิมพ์ทีละชั้น โดยเริ่มจากฐานรากและเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นจนกลายเป็นวัตถุสามมิติ
• เชื่อมต่อวัสดุ : ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ใช้ เช่น
  • พลาสติก : ใช้ความร้อนเพื่อหลอมพลาสติกและฉีดออกมาเป็นชั้นๆ
  • ผงโลหะ : ใช้เลเซอร์ยิงความร้อนเพื่อทำให้ผงละลายและเชื่อมกัน
  • ของเหลว (เรซิ่น) : ใช้แสง UV ในการทำให้ของเหลวแข็งตัวและกลายเป็นชิ้นงาน

ตัวอย่างการทำงานเปรียบได้กับการยิงกาวทีละชั้น เมื่อชั้นแรกแข็งตัวแล้ว จะยิงกาวชั้นถัดไปซ้อนทับจนเกิดเป็นชิ้นงาน 3 มิติ

ประเภทของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติในปัจจุบันมีหลายประเภทที่พัฒนาขึ้นเพื่อตอบสนองความต้องการในการผลิตที่หลากหลายของอุตสาหกรรมต่างๆ แต่ละเทคโนโลยีมีข้อดีและการใช้งานที่แตกต่างกันไป

Fused Deposition Modelling (FDM)

เป็นหนึ่งในเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3 มิติที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน โดยทำงานด้วยการหลอมพลาสติกให้ละลายและฉีดออกมาผ่านหัวฉีดทีละชั้นจนกลายเป็นชิ้นงาน FDM เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานต้นแบบที่ต้นทุนต่ำหรือการพิมพ์ชิ้นงานที่ไม่ต้องการความละเอียดสูงมาก

วัสดุที่นิยมใช้ในเครื่องพิมพ์ FDM ได้แก่

• PLA : พลาสติกที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม
• ABS : พลาสติกที่ทนต่อความร้อนและแรงกระแทก
• Nylon : พลาสติกที่ทนทานและยืดหยุ่น

ข้อดีของ FDM

• ต้นทุนการผลิตต่ำ
• กระบวนการผลิตรวดเร็ว
• เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานที่ไม่ซับซ้อนและไม่ต้องการความละเอียดสูง

FDM เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบชิ้นงาน การพิมพ์ชิ้นงานขนาดเล็ก หรืองานที่ต้องการการผลิตในปริมาณน้อย เทคโนโลยีนี้สามารถพิมพ์ชิ้นงานใหม่ได้รวดเร็ว จึงเหมาะสำหรับงานออกแบบและการทดลองในการผลิตชิ้นงาน

Vat Photopolymerisation (SLA และ DLP)

เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ เรซิ่น เป็นวัสดุหลัก โดยกระบวนการทำงานจะใช้ แสง UV เพื่อทำให้เรซิ่นแข็งตัวทีละชั้นจนกลายเป็นชิ้นงานที่สมบูรณ์ เทคโนโลยีนี้แบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่

• Stereolithography (SLA) : ใช้เลเซอร์ในการแข็งตัวของเรซิ่นทีละจุด
• Digital Light Processing (DLP) : ใช้การฉายแสงเพื่อการแข็งตัวของเรซิ่น

ข้อดีของ Vat Photopolymerisation

• ชิ้นงานที่ได้มีความละเอียดสูงและพื้นผิวเรียบ
• เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียด เช่น การสร้างโมเดลหรืองานต้นแบบที่ซับซ้อน
• สามารถนำไปใช้ในการทำแม่พิมพ์สำหรับการผลิตชิ้นงานจำนวนมาก

อย่างไรก็ตาม หลังการพิมพ์ด้วยเทคโนโลยีนี้ ชิ้นงานเรซิ่นบางชนิดจะต้องผ่านกระบวนการล้างและอบเพื่อให้เรซิ่นเกิดการแข็งตัวอย่างสมบูรณ์ Vat Photopolymerisation นิยมใช้ในงานโมเดลและงานออกแบบที่ต้องการรายละเอียดสูง เช่น โมเดลทางการแพทย์หรือแม่พิมพ์สำหรับผลิตภัณฑ์

Powder Bed Fusion (PBF)

เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้ความร้อนทำให้ ผงวัสดุพลาสติก หรือ ผงโลหะ ถูกหลอมละลายด้วย เลเซอร์ หรือ พลังงานความร้อน เพื่อให้ผงวัสดุจับตัวกันและกลายเป็นชิ้นงานสามมิติ กระบวนการนี้ไม่ต้องใช้ โครงสร้าง Support หรือตัวค้ำยัน เนื่องจากผงวัสดุที่ไม่ได้ถูกหลอมละลายจะทำหน้าที่เป็นตัวค้ำยันชิ้นงานแทน

วัสดุที่นิยมใช้ใน PBF ได้แก่

• Nylon : พลาสติกที่ทนทานและยืดหยุ่น
• TPU (Thermoplastic Polyurethane) : พลาสติกที่มีความยืดหยุ่นสูง
• ผงโลหะ : สำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงสูง

ข้อดีของ Powder Bed Fusion

• ชิ้นงานที่ได้มีความแข็งแรงและทนทาน
• เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานที่มีความซับซ้อนและต้องการความแข็งแรงสูง
• สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องใช้ Support

เทคโนโลยี PBF มักใช้ในอุตสาหกรรมที่ต้องการความแข็งแรงและความทนทานของชิ้นงาน เช่น การผลิตชิ้นส่วนทางวิศวกรรม ชิ้นส่วนยานยนต์ และอุตสาหกรรมการบิน

การประยุกต์ใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถนำไปประยุกต์ใช้งานในหลายด้าน ตัวอย่างเช่น

• อุตสาหกรรมการแพทย์ : การสร้างโมเดลจำลองของอวัยวะเพื่อใช้ในการศึกษาและผ่าตัด
• การออกแบบผลิตภัณฑ์ : ช่วยให้สามารถพัฒนาต้นแบบผลิตภัณฑ์ได้รวดเร็วขึ้น
• การศึกษา : ช่วยให้การเรียนรู้ในด้านการออกแบบและวิศวกรรมมีความชัดเจนและเป็นรูปธรรม

สามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การประยุกต์ใช้ 3D Printer ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เพื่อทำความเข้าใจการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติเพิ่มเติม

ข้อดีของการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

1. ประหยัดเวลา : เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนได้รวดเร็ว
2. ลดต้นทุนการผลิต : ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องมือหลายชิ้นในการผลิต ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในระยะยาว
3. ความยืดหยุ่น : สามารถพิมพ์ชิ้นงานได้หลากหลายรูปแบบจากไฟล์ดิจิทัล

สามารถศึกษาเพิ่มเติมในหัวข้อ 5 ข้อควรรู้ก่อนซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพื่อเรียนรู้สิ่งที่ควรพิจารณาก่อนการตัดสินใจซื้อ

การเลือกเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การเลือกเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เหมาะสมสำหรับการใช้งานนั้นควรพิจารณาจากหลายปัจจัย ได้แก่

• ประเภทของงานที่ต้องการพิมพ์ : เช่น งานศิลปะหรือชิ้นส่วนวิศวกรรม
• ขนาดของชิ้นงาน : ขนาดของพื้นที่ในการพิมพ์เป็นปัจจัยสำคัญ
• งบประมาณ : เครื่องพิมพ์ 3 มิติมีราคาเริ่มต้นตั้งแต่ 6,000 บาทจนถึงหลายล้านบาท ขึ้นอยู่กับฟีเจอร์ต่างๆ
• ความต้องการด้านคุณภาพ : ถ้าต้องการชิ้นงานที่มีความละเอียดสูง ควรเลือกเครื่องที่ใช้เทคโนโลยี SLA หรือ DLP

เครื่องพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมการผลิตนั้นมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง สามารถอ่านรายละเอียดเพิ่มเติมในหัวข้อ วิธีเลือก 3D Printer เพื่อทำความเข้าใจเพิ่มเติม

สรุป

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (3D Printer) เป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนแปลงวงการผลิตและการออกแบบอย่างมาก ด้วยความสามารถในการสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนและแม่นยำจากไฟล์ดิจิทัล เครื่องพิมพ์ 3 มิติไม่เพียงแต่ช่วยลดต้นทุนและเวลาในการผลิต แต่ยังเพิ่มความยืดหยุ่นในการออกแบบและพัฒนาผลิตภัณฑ์ให้มีคุณภาพสูงขึ้น

เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ได้รับความนิยม ได้แก่

• FDM : เหมาะสำหรับการพิมพ์ต้นแบบ ต้นทุนต่ำ
• SLA และ DLP : เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความละเอียดสูงและพื้นผิวเรียบ
• PBF : เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องการความแข็งแรงและความซับซ้อน

ในอนาคต เครื่องพิมพ์ 3 มิติจะมีบทบาทสำคัญยิ่งขึ้นในหลายอุตสาหกรรม เช่น การแพทย์ การผลิต และการศึกษา ช่วยให้เกิดการสร้างนวัตกรรมใหม่ๆ ที่สามารถตอบโจทย์ความต้องการของโลกอนาคตได้อย่างมีประสิทธิภาพ