ในวงการเครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นอุตสาหกรรมที่กำลังเริ่มมีการขยายตัวไปสู่ตลาดต่างๆ ทั่วโลก จึงมีคำศัพท์ที่ใช้เรียกเฉพาะอยู่มากมาย ซึ่งแต่ละยี่ห้อของเครื่องพิมพ์เองก็มีชื่อเรียกการทำงานที่แตกต่างกันออกไป โดยผู้ผลิตเครื่องพิมพ์แต่ละยี่ห้อได้ตั้งชื่อและสร้างคำที่ใช้เรียกกระบวนการทำงานเหล่านี้ขึ้นมาก่อน
จากสาเหตุนี้ทำให้ผู้ใช้งาน ผู้ประกอบการ รวมถึงลูกค้าทั่วโลกมีการนำคำศัพท์ที่ใช้เรียกกระบวนการทำงานของเครื่องพิมพ์นี้แบบผิดๆ ถูกๆ เพราะคำศัพท์บางคำที่ใช้กันจนชินกลับกลายเป็นเพียงชื่อรุ่น หรือชื่อตราสินค้าที่มีการจดสิทธิบัตรแล้วเท่านั้น
บทความนี้จึงนำคำศัพท์เกี่ยวกับ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่จะช่วยสร้างความเข้าใจใหม่หรือเปลี่ยนความเข้าใจชื่อเรียกกระบวนการทำงานของ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบเดิมไปได้
ที่มาของ 7 คำศัพท์ที่ควรรู้
สมาคมการทดสอบและวัสดุอเมริกัน หรือ American Society for Testing and Materials (ASTM) ได้บัญญัติคำศัพท์มาตรฐานเกี่ยวกับเครื่องพิมพ์สามมิติที่มีชื่อว่า F2792 โดยแยกเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติออกเป็น 7 กลุ่ม ดังนี้
1. การฉีดวัสดุผ่านหัวฉีด (Material Extrusion)
2. การทำให้วัสดุเหลวในอ่างแข็งด้วยแสง (Vat Photopolymerization)
3. การพ่นวัสดุ (Material Jetting)
4. การพ่นกาว (Binder Jetting)
5. การหลอมผงวัสดุ (Powder Bed Fusion)
6. การเพิ่มวัสดุด้วยการฉายพลังงาน (Directed Energy Deposition)
7. การยึดวัสดุแผ่นเข้าหากัน (Sheet Lamination)
การแบ่งกลุ่มเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิตินี้ เพื่อเป็นการแบ่งกลุ่มสินค้าให้มีมาตรฐานที่เข้าใจได้ตรงกันมากขึ้น ทั้งผู้ผลิต กลุ่มผู้ใช้ และผู้ซื้อเครื่องพิมพ์ โดยการแบ่งกลุ่มทั้ง 7 กลุ่มมีคำอธิบายเพิ่มเติมดังนี้
7 เทคโนโลยี เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
1. การฉีดวัสดุผ่านหัวฉีด (Material Extrusion)
การฉีดวัสดุผ่านหัวฉีดเป็นเทคโนโลยีที่มีการใช้งานได้หลากหลายมากที่สุดในกลุ่มเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด ด้วยหลักการฉีดวัสดุกึ่งเหลวผ่านหัวฉีดออกมาเพื่อสร้างวัสดุทีละชั้น โดยวัสดุที่ได้รับความนิยมในการฉีดผ่านหัวฉีดมากที่สุดคือ เทอร์โมพลาสติก
บริษัท Stratasys เป็นผู้ตั้งชื่อการฉีดวัสดุประเภทเทอร์โมพลาสติกว่า FDM (Fused Deposition Modeling)และเป็นเจ้าของเครื่องหมายการค้าชื่อ FDM สำหรับหรับเทคโนโลยีนี้ ซึ่งถูกนำไปเรียกการฉีดเทอร์โมพลาสติก และต่อมากลับกลายเป็นการฉีดวัสดุใดๆ ผ่านหัวฉีด
นอกจากการฉีดวัสดุประเภทเทอร์โมพลาสติกแล้ว ยังมีการฉีดวัสดุผ่านหัวฉีดด้วยวัสดุอื่นๆ อีก ได้แก่
- การฉีดคอมโพสิตผ่านหัวฉีด
- การฉีดเส้นใยคาร์บอน
- การฉีดโลหะผ่านหัวฉีด
- การฉีดวัสดุหลายชนิดให้แข็งตัวด้วยกัน
- การฉีดคอนกรีตผ่านหัวฉีด
- การฉีดดินเหนียวผ่านหัวฉีด
- การฉีดอาหารผ่านหัวฉีด
2. การทำให้วัสดุเหลวในอ่างแข็งด้วยแสง (Vat Photopolymerization)
เทคโนโลยีการฉายแสงลงในอ่างเพื่อทำให้วัสดุเหลวแข็งตัวเป็นชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติ เป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีการพิมพ์ที่มีอย่างกว้างขวางแล้วถูกใช้ผลิตสินค้ามาเป็นเวลานาน ได้แก่ SLA, DLP, 3SP, LCM และ 2PP โดยแต่ละเทคโนโลยีมีความหมายดังนี้
1. SLA (StereoLithographic Apparatus)
สเตริโอลิทโทรกราฟี่ เป็นเทคโนโลยีนี้เป็นต้นแบบของการพิมพ์ 3 มิติ ด้วยการอาศัยการฉายลำแสงเลเซอร์เหนือม่วง (Ultraviolet Laser) ที่สะท้อนกับกระจกไปยังพลาสติกเหลวเพื่อกระตุ้นให้พลาสติกเหลวแข็งตัวเป็นรูปร่างที่ต้องการ ผ่านการควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์
2. DLP (Digital Light Processing)
การฉายดีแอลพี (DLP) เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้การฉายแสงด้วยโปรเจคเตอร์ไปยังวัสดุเหลวใส โดยสามารถเลือกบริเวณที่ต้องการให้แสงตกกระทบเพื่อให้พลาสติกเหลวแข็งตัวได้ ซึ่งนอกจากพลาสติกเหลวใสที่ใช้แล้วยังมีพลาสติกอีกหลากหลาย เช่น พลาสติกผสมไขหรือขี้ผึ้ง วัสดุสำหรับงานทันตกรรม พลาสติกทางการแพทย์ พลาสติกทางอุตสาหกรรม และ อื่นๆ
3. 3SP (Scan Spin and Selectively Photocure)
เป็นอีกเทคโนโลยีจาก EnvisionTEC ด้วยแหล่งกำเนิดแสงที่มีกระจก 6 เหลี่ยมหมุนอยู่ด้านใน และเลือกทำให้พลาสติกเหลวแข็งตัวด้วยแสง โดยการฉายม่านแสงสะท้อนจากกระจก 6 เหลี่ยมที่หมุนเร็วถึง 20,000 รอบต่อนาที จากนั้นม่านแสงจึงผ่านเลนส์เพื่อให้ได้ภาพที่คมชัด ซึ่งกระบวนการทำงานเริ่มจากระบบสร้างภาพและแหล่งกำเนิดแสงฉายม่านแสงไปบนผิวของพลาสติกเหลวในแนวแกน Y จากนั้นจึงเคลื่อนแหล่งกำเนิดแสงพร้อมม่านแสงเพื่อสร้างภาพไปในแนวแกน X
4. LCM (Lithography based Ceramic Manufacturing)
การผลิตเซรามิกด้วยวิธีลิทโทรกราฟี่ ซึ่งถูกพัฒนาโดยบริษัท Lithoz ในประเทศออสเตรีย โดยเป็นสารพลาสติกเหลวที่มีส่วนผสมของเซรามิก ซึ่งหลังจากพิมพ์แล้วจะมีการกำจัดพลาสติกที่แข็งตัวออกเหลือจากชิ้นงานก่อนจะนำไปเผาผนึก (Sinter) เพื่อให้กลายเป็นชิ้นงานเซรามิกที่มีความแข็งแรง
5. 2PP (Two-Photon Polymerization)
เทคโนโลยีการแข็งตัวด้วยโฟตอน 2 ตัว โดยเป็นกระบวนการพิมพ์ที่เกิดขึ้นในระดับนาโนด้วยหลักการ Stereolithography ซึ่งใช้การปล่อยเลเซอร์พิเศษที่มีช่วงการปล่อยแสงสั้นมากๆ เพื่อฉายบนพลาสติกเหลวและทำให้แข็งตัว ด้วยความละเอียดถึง 0.0001 มิลลิเมตรในทั้งสามแกน โดยละเอียดกว่าเครื่องพิมพ์ สเตริโอลิทโทรกราฟี่ ถึง 250 เท่า ทำให้สามารถพิมพ์ชิ้นงานที่มีขนาดเล็กและต้องการความแม่นยำอย่าง การสร้างไมโครชิป หรือวงจรอิเล็กทรอนิกส์ได้
3. การพ่นวัสดุ (Material Jetting)
เทคโนโลยีการพ่นวัสดุโดยอาศัยหลักการพื้นฐานที่ทำให้ของเหลวแข็งตัว มีหัวพ่นหลายรูปแบบซึ่งมีการทำงานคล้ายกับเครื่องพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทที่เรารู้จักกัน การทำงานของเครื่องพิมพ์นี้จะมีหัวพิมพ์ที่กวาดไปมาเหนือบริเวณที่ต้องการสร้างชิ้นงาน จากนั้นจะปล่อยแสงเหนือม่วง (Ultraviolet) เพื่อทำให้ของเหลวที่พ่นออกมานั้นแข็งตัว
วัสดุพลาสติกที่ใช้ในเทคโนโลยีนี้มีหลากหลายทั้งแข็ง อ่อนตัว ทึบแสง หรือโปร่งแสง นอกจากนี้ยังมีทั้งสารประกอบที่มีคุณสมบัติคล้าย ABS, Polypropylene, Polycarbonate และยาง โดยเครื่องพิมพ์นี้สามารถพ่นวัสดุหลายชนิดลงในชิ้นงานเดียวกันได้ ด้วยการสับเปลี่ยนวัสดุระหว่างการพิมพ์หรือการนำวัสดุที่แตกต่างกันมาผสมกันก่อนทำการพิมพ์
4. การพ่นกาว (Binder Jetting)
เครื่องพิมพ์ระบบพ่นกาวบนวัสดุผงนี้มีชื่อเรียกอีกชื่อหนึ่งว่า Zprinting มาจากชื่อบริษัท Z Corperation ซึ่งเป็นผู้พัฒนาระบบนี้ขึ้นมาและขายเครื่องพิมพ์ในชื่อว่า Zprinters และภายหลังได้เปลี่ยนเป็นชื่อใหม่คือ ColorJet Printing โดย 3D System ซึ่งเป็นผู้ซื้อกิจการต่อ
การพ่นกาวเป็นเทคโนโลยีกลุ่มที่ใช้กาวยึดวัสดุที่เป็นผงเข้าหากัน กระบวนการนี้ทำงานด้วยการเกลี่ยผงวัสดุให้เป็นชั้นบนแท่นสร้างชิ้นงาน จากนั้นหัวพิมพ์จะเคลื่อนผ่านผิวหน้าผงไปและเลือกฉีดพ่นกาวลงไปเพื่อสร้างเป็นชิ้นงาน โดยกาวนี้จะจับยึดผงวัสดุให้เป็นรูปร่างที่ต้องการเป็นชั้นแรก และจะทำไปเป็นชั้นๆ ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงานที่ต้องการ เมื่อพิมพ์เสร็จแล้ววัสดุผงที่ไม่ได้ติดกาวจะถูกดูดแยกออก รวมถึงส่วนที่อยู่รอบๆ ชิ้นงานก็สามารถนำกลับมาใช้ได้อีกด้วยระบบดูดสุญญากาศ
นอกจากนี้แล้วเครื่องพิมพ์แบบพ่นกาว ยังสามารถใช้พิมพ์ลงบนวัสดุอื่นๆ ได้แก่ การสร้างแบบหล่อทราย การผลิตชิ้นงานโลหะ การพิมพ์เซรามิก และการพิมพ์แก้ว
5. การหลอมผงวัสดุ (Powder Bed Fusion)
การหลอมผงวัสดุเป็นเทคโนโลยีที่ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อลบข้อจำกัดของเทคโนโลยีการพ่นกาว เนื่องจากการพ่นกาวมีข้อจำกัดเรื่องความหนาแน่นของเนื้อวัสดุ ที่มีโพรงอากาศขนาดเล็กแทรกอยู่ในเนื้องานพิมพ์ ซึ่งหากต้องการให้เนื้องานมีความแน่นและไม่มีโพรงอากาศอยู่ในงานพิมพ์ เทคโนโลยีการหลอมผงวัสดุที่จะยิงพลังงานความร้อนไปในบริเวณที่ต้องการผนึกไว้แทนที่จะยิงกาวเข้าไป เพื่อให้ชิ้นงานติดกันได้แนบสนิทในจุดที่ได้รับความร้อน
โดยความร้อนที่ใช้ในเทคโนโลยีนี้ได้แก่ แสงเลเซอร์, อนุภาคอิเล็กตรอน และการเผาผนึกด้วยความร้อน (Selective Heat Sintering หรือ SHS)
6. การเพิ่มวัสดุด้วยการฉายพลังงาน (Directed Energy Deposition หรือ DED)
DED เป็นเทคโนโลยีการเพิ่มวัสดุด้วยการฉายพลังงาน หรืออาจจะเรียกว่าเป็นการสร้างชิ้นงานด้วยแสงเลเซอร์และวัสดุผง (Laser Powder Forming) โดยผงโลหะจะถูกพ่นเข้าไปในลำแสงเลเซอร์กำลังสูงให้หลอมละลายเพื่อให้สะสมบนชิ้นงาน เครื่องพิมพ์นี้สามารถใช้งานร่วมกับวัสดุที่หลากหลาย เช่น เหล็กกล้าไร้สนิม ทองแดง อลูมิเนียม ไทเทเนียม เป็นต้น
ในขณะที่เครื่องพิมพ์นี้ทำงานสามารถปรับปริมาณผงได้อย่างต่อเนื่อง โดยสามารถสร้างเป็นชิ้นงานที่มีคุณสมบัติพิเศษที่ไม่สามารถผลิตด้วยวิธีการอื่นๆ กล่าวคือ เครื่องพิมพ์นี้ไม่ได้จำกัดการพิมพ์บนผิวระนาบเหมือนวิธีการอื่นๆ และสามารถนำไปใช้งานได้เลยเนื่องจากเนื้อของชิ้นงานมีเนื้อแน่น 100%
7. การยึดวัสดุแผ่นเข้าหากัน (Sheet Lamination)
นอกจากเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่มีทั้งการฉีดวัสดุในสถานะกึ่งเหลว การกระตุ้นให้พลาสติกแข็งตัวด้วยแสง การพ่นกาว ยังมีอีกหนึ่งเทคโนโลยีการพิมพ์ที่น่าสนใจคือ การยึดวัสดุแผ่นเข้าหากันด้วยการติดกาวบนวัสดุที่เป็นแผ่น เช่น กระดาษ พลาสติก อโลหะบางๆ เป็นต้น
กระบวนการทำงานจะส่งแผ่นวัสดุที่ด้านหลังถูกทากาวเอาไว้เข้าไปในแท่นพิมพ์ จากนั้นเลเซอร์หรือมีดของเครื่องพิมพ์จะทำการตัดแผ่นวัสดุนี้ตามเส้นรอบรูป และจะทำซ้ำไปหลายรอบจนเกิดเป็นชิ้นงานพิมพ์
สรุป
จากคำศัพท์ที่ถูกแบ่งออกมาเป็น 7 กลุ่มนี้จะเห็นได้ว่า เป็นคำที่ใช้อธิบายถึงเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ที่มีกระบวนการทำงานที่แตกต่างกันออกไป ซึ่งจะช่วยให้คุณได้เข้าใจถึงคำที่ใช้เรียกกระบวนการทำงานเหล่านี้ได้ชัดเจนยิ่งขึ้น
ถ้าคุณอยากได้ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เหมาะกับธุรกิจของคุณ ติดต่อมาได้ที่นี่ เรามีผู้เชี่ยวชาญที่พร้อมให้คำปรึกษาคุณอย่างเต็มที่
ติดตาม Harn Engineering Solutions
เรามีบทความดีๆ และเต็มเปี่ยมไปด้วยคุณภาพ ส่งตรงถึงอีเมลคุณทุกสัปดาห์
