Technology & Innovation

3D Printing: เทคโนโลยีแห่งโอกาส

01 Jun 2014
2406

เทคโนโลยีการพิมพ์แบบสามมิติ (3D printing) คือนวัตกรรมเปลี่ยนโลกที่ได้รับการกล่าวถึงมากที่สุดในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เพราะเทคโนโลยีที่ถูกคิดค้นมาตั้งแต่ปี 1984 กำลังขยายการใช้งานเข้าสู่ผู้ใช้ระดับครัวเรือนมากขึ้นในราคาที่ต่ำลงเรื่อยๆ จนมีผู้นำไปพัฒนาต่อยอดและประยุกต์ใช้ในแวดวงต่างๆ อย่างกว้างขวาง ตั้งแต่ของเล่น ตุ๊กตาคนจริงย่อส่วน เครื่องประดับ รองเท้า เฟอร์นิเจอร์ ไปจนถึงชิ้นส่วนรถยนต์หรือแม้กระทั่งอาหารและอวัยวะเทียมซึ่งผลิตขึ้นเฉพาะบุคคล

สำหรับเทคนิคพื้นฐานในการสร้างชิ้นงานของเครื่องพิมพ์สามมิติ (3D printing) จะเริ่มจากการนำวัสดุมาขึ้นรูปทีละชั้นตามแบบที่กำหนดในไฟล์คอมพิวเตอร์ เพื่อให้ปรับเปลี่ยนรายละเอียดและสั่งพิมพ์ในปริมาณที่ต้องการได้ทันที ทำให้มีค่าใช้จ่ายที่ต่ำกว่าการสั่งผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมแบบเดิมซึ่งต้องสร้างเบ้าหล่อ (mold) ก่อนแล้วจึงฉีดวัสดุลงไป นอกจากนี้ เทคนิคการสร้างชิ้นงานด้วยการเติมวัสดุ (additive manufacturing) ของเครื่องพิมพ์สามมิติยังทำให้สูญเสียวัตถุดิบน้อยกว่าการผลิตแบบทั่วไปซึ่งมักเริ่มด้วยวัสดุที่เป็นบล็อกใหญ่และตัดส่วนที่ไม่ต้องการออกอีกด้วย

2 ขั้นตอนง่ายๆ ในการพิมพ์สามมิติ

1. เตรียมไฟล์รูปจำลองสามมิติ (.stl)
- สร้างแบบจำลองสามมิติด้วยโปรแกรมออกแบบสามมิติ*
- ดาวน์โหลดไฟล์รูปจำลองสามมิติจากเว็บไซด์ที่ให้บริการ เช่น Thingiverse**
- สแกนวัตถุต้นแบบเพื่อสร้างไฟล์รูปจำลองด้วยเครื่องสแกนสามมิติ

*ซอฟต์แวร์สร้างแบบจำลองที่ได้รับความนิยมและเปิดให้ใช้งานฟรี เช่น Blender, SketchUp, 123D Design, 3D Canvas, Seamless3d ฯลฯ

**Thingiverse คือเว็บไซด์ยอดนิยมที่เปิดให้สามารถอัพโหลด-ดาวน์โหลดไฟล์สามมิติ พร้อมฟังก์ชันแสดงผลไฟล์ในตัว โดยแบบจำลองสามมิติเหล่านี้บางแบบสามารถนำมาปรับแต่งได้ตามความต้องการ

2. ตั้งค่าและสั่งพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ที่ใช้เทคนิคและวัสดุที่เหมาะสมกับชิ้นงาน

การพิมพ์แบบหัวฉีด (FDM: Fused Deposition Modeling)
เทคนิค: ทำงานด้วยกลไกหัวฉีด (nozzle) ซึ่งจะทำความร้อนเพื่อให้วัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้น (filament) อ่อนตัวลง แล้วจึงสร้างชิ้นงานขึ้นทีละชั้นโดยเริ่มจากฐาน
วัสดุ: พลาสติกชนิดต่างๆ โดยเฉพาะ PLA และ ABS ปัจจุบันเริ่มมีการนำเทคนิคมาต่อยอดเพื่อใช้กับวัสถุดิบอาหารอย่างช็อกโกแลต ไอซิ่ง ชีส ฯลฯ รวมถึงคอนกรีตสำหรับสร้างอาคาร

เหมาะสำหรับสร้างตัวต้นแบบ (rapid prototype) ด้วยพลาสติก ชิ้นงานไม่ละเอียดเท่าการพิมพ์แบบอื่นๆ จึงมีพื้นผิวไม่เรียบและจำเป็นต้องมีการขัดเก็บงานก่อนในกรณีที่จะนำไปใช้งานจริง FDM เป็นเทคนิคการพิมพ์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุด เพราะดัดแปลงใช้ได้กับวัสดุหลากหลายประเภท และมีต้นทุนต่ำกว่าการพิมพ์แบบอื่นๆ ทั้งในแง่ของวัสดุและเครื่องพิมพ์

การพิมพ์ด้วยรังสีอัลตราไวโอเลต (SLA: Stereolithography)
เทคนิค: สร้างชิ้นงานโดยยิงลำแสงอัลตราไวโอเล็ตให้ผิวน้ำเรซินแข็งตัวทีละชั้นและเชื่อมต่อกับชั้นก่อนหน้า
วัสดุ: ใช้ได้กับเรซิ่นอย่างเดียวเท่านั้น

เหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนกลไกต่างๆ เพื่อนำไปใช้ทดสอบการทำงานของเครื่องต้นแบบ และสามารถสร้างวัสถุเพื่อเป็นชิ้นส่วนจริงในเครื่องมือต่างๆ ได้ เพราะมีความละเอียดมากกว่าและผลิตชิ้นงานได้เร็วกว่าการพิมพ์แบบ FDM มาก งานจึงมีผิวเรียบแต่ก็มีต้นทุนสูงกว่าทั้งในแง่เครื่องพิมพ์และวัสดุ

การพิมพ์ด้วยแสงเลเซอร์ (SLS: Selective Laser Sintering)
- เทคนิค: เครื่องพิมพ์จะยิงแสงเลเซอร์ลงบนผงวัสดุให้เกิดการหลอมละลายเฉพาะจุดและเกิดการเกาะติดกันทีละชั้น
- วัสดุ: ผงโลหะ แก้ว เซรามิก พลาสติก อีลาสโตเมอร์ (โพลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่นคล้ายยาง)
- ชิ้นงานที่ได้มีความคงทนกว่าการพิมพ์แบบ SLA เหมาะสำหรับทำสร้างชิ้นงานเพื่อใช้จริง เช่น เครื่องประดับเงินและทองคำ ตุ๊กตาย่อส่วนคนจริงจากเซรามิก เครื่องดนตรีอย่างกีต้าร์ ไวโอลิน ฟลูต ฯลฯ

การพิมพ์ด้วยการซ้อนแผ่นวัสดุ (LOM: Laminated Object Manufacturing)
เทคนิค: ใช้เลเซอร์หรือมีดตัดวัสดุที่มีลักษณะเป็นแผ่นบางทีละชั้น และเชื่อมแต่ละชั้นด้วยกาว
วัสดุ: แผ่นกระดาษ ไม้ โลหะ

เหมาะสำหรับสร้างชิ้นงานเพื่อเป็นวัตถุต้นแบบ เพราะจุดเด่นของการพิมพ์แบบ LOM คือความเร็ว แต่ความละเอียดของงานยังต้องอาศัยการเก็บงานที่ดีด้วย ต้นทุนของวัสดุค่อนข้างต่ำเมื่อเทียบกับการพิมพ์แบบอื่นๆ

เรื่อง: ณัฏฐนิช ตัณมานะศิริ

ที่มา:
บทความ “3D Printers: Make Whatever You Want” (26 เมษายน 2012) จาก businessweek.com
บทความ “3D PRINTING นวัตกรรมพลิกโลก” (1 พฤษภาคม 2012) จาก bitwiredblog.com
บทความ “ตะลุยโลกเครื่องพิมพ์สามมิติ ตอนต้น: สิ่งที่ควรรู้ก่อนซื้อ ก่อนใช้” (2 พฤษภาคม 2014) จาก blognone.com
3dprintedinstruments.wikidot.com