ทำความรู้จักกับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เราคุ้นเคยกับการใช้เครื่องพิมพ์ 2 มิติที่ใช้พิมพ์ภาพออกมาบนกระดาษหรือวัตถุที่ต้องการ แต่เมื่อเทคโนโลยีพัฒนาขึ้น ภาพที่คุณเคยพิมพ์ออกมาได้เพียงบนกระดาษนั้น กลายเป็นวัตถุของจริงที่สัมผัสและนำมาใช้งานได้ด้วย เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องพิมพ์ที่เปลี่ยนบทบาทของการพิมพ์ลงบนกระดาษ สู่การสร้างเป็นชิ้นงานเสมือนจริง มีความกว้าง ความลึก ความสูง ตามลักษณะที่ออกแบบไว้ ไม่ว่าจะเป็น เครื่องมือ ของเล่น เสื้อผ้า อาหาร หรือแม้แต่พิมพ์อวัยวะเทียมเพื่อการรักษาผู้ป่วย ที่ผ่านการออกแบบด้วยไฟล์ดิจิทัล

การสร้างชิ้นงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เป็นการสร้างชิ้นงานแบบ Additive Manufacturing ซึ่งเป็นการสร้างชิ้นงานจากวัสดุ เช่น เรซิ่น เส้นพลาสติก พิมพ์ชิ้นงานออกมาเป็นชั้นต่อกัน (Layer by Layer) จนกลายเป็นชิ้นงานที่ผู้ออกแบบต้องการ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คืออะไร

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คือนวัตกรรมการพิมพ์ที่ทำให้งานที่คุณคิดหรือออกแบบไว้ ถูกผลิตออกมาได้อย่างสมจริงมีรูปลักษณ์ สามารถจับต้องได้ รวมถึงการนำไปใช้ประโยชน์ได้จริง เช่น ถ้าคุณออกแบบลูกบอล แล้วสั่งพิมพ์ออกมาจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คุณจะได้ลูกบอลทรงกลมตามที่ออกแบบไว้

เครื่องพิมพ์ 3 มิติส่วนใหญ่ใช้หลักการทำงานเหมือนกันคือ พิมพ์แต่ละชั้นในแนวระนาบกับพื้นโลกแบบแกน XY หรือแนวตัดขวาง (Cross Section) ก่อน หลังจากนั้นเครื่องพิมพ์จะเลื่อนฐานไปพิมพ์ในชั้นถัดไป ทับไปเรื่อยๆ จนออกมาเป็นรูปร่าง 3 มิติ

โดยปกติแล้วความละเอียดของการพิมพ์ 3 มิติจะใช้หน่วยวัดเป็นไมครอน เช่น 100 Micron (0.1mm) ต่อชั้น หมายความว่าแต่ละชั้นจะพิมพ์ด้วยความสูงประมาณ 0.1 mm ถ้าโมเดลสูง 10 mm เครื่องพิมพ์จะต้องพิมพ์ทั้งหมด 100 ชั้น 

ซึ่งถ้าพิมพ์ต่อชั้นที่ 50 Micron (0.05mm) ก็จะต้องใช้เวลาในการพิมพ์เพิ่มขึ้น แต่ตัวเลขความบางของชั้นที่พิมพ์ไม่ใช่ตัวบอกความละเอียดที่ทำให้ได้ชิ้นงานสวยงาม

ขั้นตอนการสร้างชิ้นงานจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

1. สร้าง Blueprint ของชิ้นงานที่ต้องการ
Blueprint หรือไฟล์งานออกแบบชิ้นงาน ที่สามารถสร้างผ่านซอฟต์แวร์สำหรับออกแบบงาน 3 มิติ โดยผู้ใช้งานสามารถออกแบบชิ้นงานผ่านโปรแกรมก่อนสั่งพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสั่งพิมพ์ชิ้นงาน

2. เมื่อได้ไฟล์ Blueprint แล้ว
จึงทำการสั่งพิมพ์ผ่านซอฟต์แวร์จัดการไฟล์ดิจิทัล โดยเครื่องพิมพ์จะทำการหลอมวัสดุพิมพ์และทำการพิมพ์เป็นงานที่ต้องการเป็นชั้นทับซ้อนกันไปเรื่อยๆ ตามสเกลชิ้นงานที่ถูกป้อนคำสั่ง

การแบ่งประเภทของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบ่งประเภทออกเป็น 2 ลัษณะได้แก่ 

1. แบ่งตามวัสดุที่ใช้พิมพ์
2. แบ่งตามกลุ่มตลาด

1. แบ่งตามวัสดุที่ใช้พิมพ์

การแบ่งตามวัสดุที่ใช้พิมพ์แบ่งออกได้เป็น 4 ระบบ คือ

ระบบฉีดเส้นพลาสติก (FDM หรือ FFF)

เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ FDM (Fused Deposition Modeling) หรือ FFF เป็นเครื่องพิมพ์ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน มีหลักการพิมพ์คือ การหลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้น ด้วยหัวฉีด (Nozzle) ที่มีลักษณะคล้ายกับปืนกาว โดยเครื่องพิมพ์ FDM จะวาดเส้นพลาสติกที่ถูกฉีดออกมา เริ่มจากในแกนระนาบเป็นชั้นไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงานที่ต้องการ

ระบบถาดเรซิ่น (SLA หรือ DLP)

เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบนี้จะฉายแสงไปที่ถาดใส่เรซิ่นความไวแสง (Photo Resin / Photopolymer) เมื่อเรซิ่นถูกแสงจะแข็งตัวเฉพาะจุดที่โดนแสงจึงใช้หลักการนี้ในการสร้างรูปร่าง 3 มิติขึ้นมา

ระบบ SLA (Stereo Lithography) และ DLP (Digital Light Processing) ต่างกันที่ต้นกำเนิดของแสง และความเร็วในการทำชิ้นงาน ระบบ SLA ใช้แหล่งกำเนิดแสงด้วยแสงเลเซอร์ โดยเครื่องจะทำการยิงเลเซอร์ไปที่เรซิ่นและวาดเส้นเลเซอร์ไปเรื่อยๆ

ระบบ DLP (Direct Light Process) จะใช้โปรเจคเตอร์ฉายภาพไปที่ถาดเรซิ่น ซึ่งภาพนั้นจะฉายไปทั้งเลเยอร์บนถาดเรซิ่นทำให้ใช้เวลาพิมพ์ได้น้อยกว่าเพราะไม่ต้องวาดทีละเส้น

การพิมพ์ระบบถาดนี้ส่วนใหญ่เป็นการสร้างชิ้นงานขนาดเล็กและต้องการความละเอียดสูงจึงเหมาะกับธุรกิจประเภท เครื่องประดับ Jewelry ชิ้นส่วนขนาดเล็กในงานอุตสาหกรรม โมเดลฟิกเกอร์

ระบบผงยิปซั่ม (Powder 3D Printer)

เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบผงยิปซั่มหรือที่เรียกกันว่าเครื่องพิมพ์ระบบแป้ง โดยใช้ผงยิปซั่มหรือผงพลาสติกเป็นตัวขึ้นชิ้นงาน เครื่องพิมพ์จะทำงานโดยพิมพ์ลงไปบนผงยิปซั่มและใส่สีเข้าไปด้วย ในขณะที่พิมพ์จะฉีด Blinder ลงไปผสานให้เข้ากันเป็นรูปร่าง

จุดเด่นของเครื่องพิมพ์นี้คือการให้สีได้สมจริง เหมาะกับงานศิลปะเหมือนจริงหรือชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสันที่สมจริง

ระบบหลอมผงพลาสติก ผงโลหะ เซรามิก (SLS)

เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ SLS (Selective Laser Sintering) มีหลักการทำงานคล้ายกับระบบ SLA แต่ต่างกันที่วิธีการทำให้เรซิ่นแข็งตัวโดยการฉายเลเซอร์ โดยระบบ SLS นั้นจะยิงเลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวัสดุ เช่นผงทองเหลือง ทำให้ผงวัสดุหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกันและทับซ้อนกันต่อไปเป็นชั้นๆ

2. แบ่งตามวัสดุที่ใช้พิมพ์

การแบ่งตามวัสดุที่ใช้พิมพ์แบ่งออกได้เป็น 4 รูปแบบ คือ

การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว (Rapidprototype)

การพิมพ์ 3 มิติที่ใช้อย่างแพร่หลายเพื่อสร้างต้นแบบ (Model) อย่างรวดเร็วตามแนวความคิด หรือพิมพ์ขึ้นเพื่อทดสอบการใช้งานเท่านั้น ซึ่งจะเป็นการพิมพ์แบบง่ายๆ โดยอาจจะใช้งานไม่ได้จริงเพื่อให้ผู้ออกแบบได้ศึกษาลักษณะทางกายภาพก่อนจะมีก่อนผลิตสินค้าจริง

เช่น ในอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ บริษัทฟอร์ดมีสถิติการพิมพ์ต้นแบบเมื่อปี 2013 ที่มีการพิมพ์ต้นแบบ 3 มิติ มากกว่า 5 แสนชิ้น

การสร้างแม่พิมพ์ (Molds and Tooling)
การพิมพ์ 3 มิติใช้การสร้างแม่พิมพ์และตัวจับยึด (Jigs and Fixtures) สำหรับขึ้นรูปโลหะและพลาสติกที่ต้องอาศัยความพิถีพิถันสูงเนื่องจากต้องสร้างแม่พิมพ์ขึ้นด้วยมือโดยช่างผู้ชำนาญ ช่วยให้ลดค่าใช้จ่ายและลดเวลาในการพิมพ์ นอกจากนี้ยังสามารถเปลี่ยนรูปแบบสินค้าได้บ่อยทำให้มีการผลิตสินค้ารูปแบบต่างๆ ได้หลากหลาย เช่น การพิมพ์แบบหล่อทรายและการหล่อแบบสำรอกขี้ผึ้ง (Lost wax)

การพิมพ์ 3 มิติแบบหล่อทราย โดยการหล่อทรายเป็นแกนภายในและหล่อโลหะหลอมเหลวลงไปสำหรับหล่อเป็นชิ้นงาน จากรายงานของ ExOne ผู้นำด้านการพิมพ์แบบหล่อทราย พบว่าการพิมพ์ประเภทนี้ช่วยลดเวลาในการสร้างงานถึง 70% และยังมีความแม่นยำของมิติและความซับซ้อนของแบบหล่อได้ดี

การพิมพ์ 3 มิติแบบสำรอกขี้ผึ้ง (Lost Wax) เป็นการสร้างชิ้นงานจากวัสดุขี้ผึ้งด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แล้วนำไปหุ้มด้วยวัสดุก่อนนำไปอบเผา เมื่อขี้ผึ้งได้รับความร้อนจะละลายและไหลออกมา (สำรอกขี้ผึ้ง) ทำให้เกิดช่องว่างภายในแม่พิมพ์ที่สามารถนำโลหะหลอมเหลวเทเข้าไปแทนออกมาเป็นชิ้นงาน เทคนิคนี้เป็นที่รู้จักกันในอุตสาหกรรม ทำฟัน เครื่องประดับ และการผลิตสินค้าราคาสูงแต่จำนวนน้อย

การผลิตโดยตรงระบบดิจิทัล (Direct Digital Manufacturing หรือ DDM)

จุดเด่นของการพิมพ์ 3 มิติระบบดิจิทัลนี้ คือ ความสามารถในการผลิตชิ้นส่วนที่มีรูปร่างและความซับซ้อนขึ้นเป็นชิ้นเดียว เช่น การพิมพ์สร้อยคอที่มีห่วงจำนวนมากคล้องกันโดยไม่มีรอยตัดต่อ เรือในขวด สร้างชิ้นส่วนอากาศยานโลหะรูปร่างซับซ้อนโดยไม่ต้องนำมาเชื่อมต่อกันในภายหลัง

การพิมพ์ 3 มิติระบบดิจิทัลไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ ทำให้เหมาะสำหรับงานที่ต้องการชิ้นส่วนชิ้นเดียวหรือจำนวนน้อย เช่น ในการสร้างภาพยนต์เรื่อง เจมส์ บอนด์ ภาค พลิกรหัสพิฆาตพยัคฆ์ร้าย (Skyfall) มีการสร้างแบบจำลองของรถแอสตัน มาร์ติน รุ่น DB5 อัตราส่วน 1 ต่อ 3 ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Voxeljet VX4000 โดยพิมพ์ออกมาเป็นชิ้นส่วนจำนวน 18 ชิ้น และทำสีให้เหมือนจริง ช่วยให้กองถ่ายประหยัดต้นทุนในการซื้อรถของจริงได้

การผลิตระดับบุคคล (Personal Fabrication)

ทำความเข้าใจง่ายๆ การพิมพ์ 3 มิติสำหรับกลุ่มตลาดนี้คือ ระดับของบุคคลทั่วไปที่ต้องการประดิษฐ์สิ่งของด้วยตัวเอง โดยผู้ใช้นำเครื่องพิมพ์ไปประกอบเองที่บ้านเหมาะสำหรับการใช้งานพิมพ์เล็กๆ ที่ไม่หนักจนเกินไป

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ โอกาสใหม่ของการผลิตชิ้นงาน

เครื่องพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นเพียงการพิมพ์วัตถุที่ต้องการออกมาเท่านั้น แต่นี่คือนวัตกรรมที่กำลังเข้ามาเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการผลิตที่ต้องลงทุนสูงให้ประหยัดและรวดเร็วมากยิ่งขึ้น ทั้งขนาดของงานพิมพ์ สี และความทนทานของวัสดุที่ใช้พิมพ์ ที่คุณสามารถออกแบบได้ตามความต้องการ

ถ้าหากว่าคุณกำลังสนใจธุรกิจงานพิมพ์ 3 มิติและต้องการคำปรึกษาเกี่ยวกับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพิ่มเติม ติดต่อเราที่นี่ Harn มีผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่คอยให้คำปรึกษากับคุณอย่างเต็มที่