เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing)
เมื่อพูดถึงคำว่าการพิมพ์ เราคงจะเห็นภาพการพิมพ์ลงบนกระดาษหรือพิมพ์ออกมาเป็นสองมิติ แต่เทคโนโลยีในปัจจุบันนั้นได้ก้าวหน้าไปอย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดเทคโนโลยีใหม่ ๆ มากมาย เทคโนโลยีที่น่าสนใจและเริ่มเป็นที่นิยมในวงกว้างคือ เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติหรือ 3D Printing ที่สามารถพิมพ์ออกมาเป็นรูปร่างสามมิติ ซึ่งสามารถสร้างเป็นโมเดลหรือต้นแบบสามมิติได้
3D printing คืออะไร
3D Printing คือกระบวนการสร้างวัตถุสามมิติโดยการขึ้นรูปทีละชั้นตามแบบที่กำหนดมาในไฟล์ดิจิตอล โดยการพิมพ์สามมิตินั้นเป็นการพิมพ์แบบเติมแต่ง (additive process) คือค่อย ๆวางรูปร่างขึ้นไปทีละชั้นซ้อนทับกันจนสำเร็จออกมาเป็นวัตถุสามมิติขึ้น โดยถ้าเราสังเกต เราจะเห็นชั้นของวัสดุบาง ๆ เป็นชั้น ๆ ซ้อนกันอยู่ทั้งชิ้นวัตถุ ถ้ายังไม่เห็นภาพก็ลองจินตนาการถึงขนมปัง ถ้าเราเอาขนมปังชั้นที่1 มาวางแล้วทาแยมด้านบน เอาขนมปังอีกแผ่นมาวางทับขนมปังแผ่นแรกแล้วทำแบบนี้ไปเรื่อย ๆ ขนมปังก็จะสูงขึ้นเรื่อย ๆ และเห็นเป็นชั้น ๆ ขึ้นไป
Digital File
ก่อนที่เราจะพิมพ์วัตถุขึ้นมานั้น เราจะต้องมีไฟล์ดิจิตอลสามมิติกันก่อน ซึ่งเรามีโปรแกรมที่จะสร้างไฟล์สามมิติขึ้นมาหลากหลายโปรแกรมเช่น
AutoCAD
ThinkerCAD
Sketch up รูปที่1.3
Blender
Solid Work
อีกวิธีคือการใช้ตัว scanner ในการเปลี่ยนวัตถุที่เราเห็นในโลกความเป็นจริงให้กลายเป็นไฟล์ดิจิตอลสามมิติ หรือเราสามารถไปหาโหลดไฟล์สามมิติได้ตามเว็บต่าง ๆ เช่น thingiverse , free3d
เมื่อเราได้โมเดลหรือไฟล์สามมิติแล้ว ก็จะนำไฟล์ไปทำการ slice หรือตัด layer ให้เป็นชั้นบาง ๆ ในโปรแกรม slice เพื่อที่จะไปพิมพ์ ซึ่งเครื่องพิมพ์จะนำชั้นบาง ๆ ที่ slice มาทับซ้อนกันจนเกิดเป็นวัตถุสามมิติขึ้น ลองคิดง่าย ๆ เหมือนกับการตัดขนมปังก้อนใหญ่ให้เป็นแผ่นบาง ๆ เพื่อให้เป็นแผ่นที่เราจะเอาไปทำแซนวิช เป็นต้น เมื่อ slice งานแล้วก็ save ไฟล์งานแล้วนำไปพิมพ์ที่เครื่องพิมพ์ 3D printing ได้เลย
3D printing นั้นมีเทคนิคการสร้างอยู่ 3 วิธีหลัก ๆ คือ Photopolymerization (การใช้โพลีเมอร์ชนิดไวแสงในการขึ้นรูปชิ้นงาน) granular materials binding (การใช้ Laser หรือกาวในการเชื่อมผงวัสดุเข้าด้วยกัน) และ Extrusion Processes (การใช้พลาสติกร้อนในการวางต่อชิ้นงานขึ้นไป)
Photopolymerization
เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ที่เกิดขึ้นเทคโนโลยีแรก โดย Charle Chuck Hull ผู้ก่อตั้งบริษัท 3D System ใช้เทคนิค SLA หรือ sterolithography ซึ่งใช้การฉายรังสียูวีเพื่อให้เรซินแข็งตัวทีละชั้น และเมื่อชั้นนั้นแข็งตัวถาดก็จะยกขึ้นเพื่อฉายแสงในชั้นถัดไป ซึ่งการพิมพ์ประเภทนี้จะได้งานที่ค่อนข้างละเอียด สามารถทำงานชิ้นเล็ก ๆ ได้ เช่นเครื่องประดับJewelry งานจำลองที่ต้องใช้ความละเอียดสูง แต่ข้อเสียของเทคนิคนี้คือค่อนข้างเลอะเทอะ และสามารถพิมพ์ได้ในพื้นที่เล็ก ๆเท่านั้น
Extrusion Processes
เทคนิคนี้หัวใจของมันคือตัวพลาสติกที่ผ่านหัวให้ความร้อน แล้วฉีดออกมาเรียงกันเป็นชั้น ๆ เราเรียกเทคนิคนี้ว่า FDM (Fused Filament Material) เป็นระบบที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมาก เนื่องจากราคาสามารถเอื้อมถึงจับจองเป็นเจ้าของได้ และสามารถสร้างเครื่องได้โดยที่ไม่ติดลิขสิทธิ์อีกด้วย ระบบนี้จะใช้วัสดุพิมพ์เป็นของหนืด จำพวกเทอร์โมพลาสติก เช่น Nylon PLA ABS มาแปรรูปให้เป็นเส้นพลาสติก หลักการคือหัวฉีดจะให้ความร้อนแก่เส้นพลาสติกจนพลาสติกละลายเป็นของหนืด แล้วฉีดเส้นพลาสติกซ้อนทับกันไปเรื่อย ๆ เป็นชั้นจนเกิดเป็นวัตถุสามมิติขึ้นมา แต่การพิมพ์ประเภทนี้จะได้งานที่ไม่ได้ละเอียดมากเนื่องจากมีข้อจำกัดด้านหัวฉีดที่ยังไม่สามารถทำให้มีขนาดที่เล็กมาก ๆ ได้
granular materials bindingเป็นเทคนิคที่ใช้วัสดุเป็นผงเล็ก ๆ ที่โดนความร้อนแล้วจะแข็งตัวเทคนิคนี้เรียกว่า SLS (Selective Laser Sintering) เป็นเทคนิคการพิมพ์ที่ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งพลังงานในการเผาวัสดุที่เป็นผง (โดยทั่วไปคือไนลอน / ใยสังเคราะห์ ) โดยใช้เลเซอร์ยิงไปยังจุดที่กำหนดเพื่อเชื่อมวัสดุเข้าด้วยกันเพื่อสร้างวัตถุขึ้นมา ซึ่งเทคโนโลยีนี้ยังค่อนข้างใหม่แต่ก็เป็นที่นิยมและกำลังถูกผลักดันให้เป็นเทคนิคหลัก เนื่องจากใช้ได้กับหลายวัสดุและตัวผงวัสดุที่ไม่ได้ถูกหลอมนั้นจะทำหน้าที่เป็น support ดังนั้นวิธีนี้จึงไม่ต้องสร้างตัว support ขึ้นมาเพื่อ support งานเพิ่มเติม
ลองเปรียบเทียบชิ้นงานที่ได้ทั้ง 3 ระบบจะเห็นได้ว่าการพิมพ์แบบ SLA จะได้ผิวที่เรียบเนียนที่สุด
เทคโนโลยีนี้ในปัจจุบันได้เข้าถึงบุคคลทั่วไปมากขึ้นและมีบทบาทสำคัญในหลากหลายสายงานอาทิเช่น ทางด้านการแพทย์ ทางด้านวิศวกรรม ทางด้านสถาปัตยกรรม รวมไปจนถึงด้านเทคโนโลยีอวกาศ ซึ่งเทคโนโลยีนี้ยังถูกพัฒนาต่อไป ในอนาคตอาจเป็นเทคโนโลยีสำคัญที่ขับเคลื่อนโลกของเราให้ก้าวไปข้างหน้าอีกขั้น
