รู้จักกับ INVENTOR-3D

แนะนำเครื่องพิมพ์ 3 มิติฝีมือคนไทยที่สร้างสรรค์งานประดิษฐ์จากภาพฝันสู่ชิ้นงานจริง ภายใต้งบประมาณที่สมเหตุสมผล

เปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีการพัฒนาและทำขึ้นจากผีมือของคนไทย อุปกรณ์ชิ้นส่วนต่างๆ สามารถหาซื้อได้ภายในประเทศ ด้วยคุณสมบัติที่สู้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติในเชิงพาณิชย์ได้อย่างไม่เขอะเขิน ที่สำคัญยังเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติในแบบซอร์สเปิดหรือ Open Source มีการเปิดเผยถึงรายละเอียดส่วนต่างๆ ด้วยเจตนาเพื่อประโยชน์ด้านการศึกษาล้วนๆ นี่คือ Inventor-3D เครื่องพิมพ์ 3 มิติจากบริษัท อินโนเวตีฟ เอ็กเพอริเมนต์ จำกัด หรือ INEX

โครงสร้างแบบ DIY เพื่อการศึกษา

Inventor-3D เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีโครงสร้างแบบ DIY ผู้สนใจสามารถเลือกได้ทั้งแบบประกอบเอง ที่จัดมาพร้อมกับคู่มือที่บอกรายละเอียดทั้งหมดในการประกอบและการใช้งาน หรือแบบประกอบเสร็จพร้อมใช้งาน โดยความตั้งใจของผู้ผลิตต้องการสื่อสารให้ผู้สนใจและผู้ใช้งานเข้าใจถึงหลักการและการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคนิค Fused Deposition Modeling (FDM) เพื่อทำให้ผู้ใช้งานสามารถต่อยอด ดัดแปลงรูปร่างให้กลายเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในแบบของตนเองได้ อีกทั้งต้องการส่งเสริมองค์ความรู้ของเทคโนโลยีนี้แก่นักเรียน นักศึกษาทั้งในระดบัมัธยมศึกษาตอนปลาย อาชีวศึกษา และมหาวิทยาลัย

ตัวโครงสร้างของเครื่องพิมพ์ Inventor-3D ใช้พลาสติกอะครีลิกหนาถึง 6 มม. ตัดด้วยเครื่องตัดเลเซอร์ความแม่นยำสูง มีให้เลือก 3 สีคือ สีใส สีชา และสีดำ ออกแบบให้แต่ละส่วนยึดติดกันด้วยสลัก, สกรู และนอตสแตนเลสคุณภาพสูง ปลอดสนิม ทำให้ตัวโครงสร้างหรือตัวถังมีความแข็งแรงและสวยงามในแบบ DIY คุณภาพสูง


คุณสมบัติทางเทคนิค

ด้านการพิมพ์

• ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ Fused Deposition Modeling (FDM)
• สร้างชิ้นงาน 3 มิติ ขนาดสูงสุด 18 x 18 x 16 ซม.
• ความละเอียดในการสร้างชิ้นงานแต่ละชั้น 0.1 มม.
• รองรับเส้นวัสดุแบบ PLA ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.75 มม.
• ขนาดของรูหัวฉีดหรือนอซเซิล 0.4 มม.

ด้านโครงสร้าง

• เป็นพลาสติกอะครีลิกหนา 6 มม. เชื่อมต่อผ่านสลักและยึดด้วยสกรูและนอต
สแตนเลส ปลอดสนิม
• ขนาดของตัวเครื่องพิมพ์ 34 x 35 x 50 ซม. หรือ 42 x 35 x 50 ซม. หากรวมม้วนของเส้นวัสดุ
• น้ำหนัก 10 กก.
• ฐานวางชิ้นงานเป็นอะลูมิเนียม ทำให้มีการกระจายความร้อนของชิ้นงานได้ดี
• ใช้ระบบสายพานในการเลื่อนตำแหน่งแนวแกน X-Y-Z ส่วนแกน X-Y เคลื่อนที่อยู่บนแท่งลิเนียร์สไลด์ (linear slide) ทำให้มีความแม่นยำสูง
• ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ไบโพล่าร์ ความละเอียด 1.8 องศา/สเต็ป หมุนด้วยความละเอียดสูงสุด 1/16 ไมโครสเต็ป จำนวน 4 ตัว
• มีพัดลมหัวฉีดสำหรับลดอุณหภูมิของชิ้นงาน ช่วยให้การพิมพ์ในแนวตั้งมีคุณภาพสูง

ด้านซอฟต์แวร์

• ซอฟต์แวร์ในการควบคุมเครื่องเข้ากันได้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติอนุกรม RepRap ซึ่งเป็นซอฟต์แวร์แบบโอเพ่นซอร์ส
• ซอฟต์แวร์ที่เชื่อมต่อกับผู้ใช้งานชื่อ Cura
• รองรับไฟล์โมเดล 3 มิติ นามสกุล .stl และ obj
• รองรับระบบปฏิบัติการวินโดวส์ XP (32 บิต), วินโดวส์ 7 และ 8 ทั้ง 32 และ 64 บิต , MacOS X (10.6) และ Linux (Ubuntu 12.04+)
• การรับไฟล์ของเครื่องพิมพ์ ทำได้ 2 ทางคือ ผ่านการเชื่อมต่อผ่านพอร์ต USB และใช้ไฟล์จาก SD การ์ด (เป็นไฟล์รหัส G-code ที่บรรจุลงใน SD การ์ด)
• ใช้พลังงานไฟฟ้า 220Vac มีแหล่งจ่ายไฟตรงแบบสวิตชิ่ง 12V 8A ติดตั้งในเครื่องพิมพ์


 

รูปที่ 1 หน้าตาภาพรวมของ Inventor-3D เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อการศึกษาและงาน DIY

รูปที่ 2 ตัวถังอะครีลิกหนา 6 มม. พร้อมป้ายชื่อ Inventor-3D ที่สลักด้วยเครื่องตัดเลเซอร์

ระบบการเคลื่อนที่ของกลไก

การเคลื่อนที่ในแนวแกน X-Y-Z ของเครื่องพิมพ์มีความสำคัญมาก เพราะมันจะส่งผลถึงคุณภาพของชิ้นงานที่พิมพ์ออกมา ใน Inverntor-3D ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ 4 ตัวเชื่อมต่อกับระบบสายพานและตัวเลื่อนเชิงเส้นหรือลิเนียร์สไลด์ (linear slide) ที่จะพบในเครื่องจักรกลคุณภาพสูงในโรงงานอุตสาหกรรม ทำให้มีความแม่นยำในการเคลื่อนที่ไปมาสูงมาก

การเคลื่อนที่ในแนวแกน Z ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่เชื่อมต่อกับแกนสตัดเกลียวผ่านระบบสายพาน และแท่งอะลูมิเนียมเพื่อช่วยรับน้ำหนักของฐานวางชิ้นงาน อีกทั้งระบบจำกัดระยะเพื่อตรวจสอบตำแหน่งเริ่มต้นใช้ลิมิตสวิตช์สำหรับงานอุตสาหกรรม

รูปที่ 3 กลไกเคลื่อนที่ด้วยสเต็ปเปอร์มอเตอร์แบบไบโพล่าร์ที่เชื่อมต่อกับสายพาน

รูปที่ 4 การเคลื่อนที่ที่แม่นยำเป็นผลงานของแกนเลื่อนเชิงเส้นหรือลิเนียนร์สไลด์คุณภาพสูง

รูปที่ 5 การเคลื่อนที่ในแนวแกน Z ใช้แกนสตัดเกลียว และแท่งอะลูมิเนียม

รูปที่ 6 ระบบจำกัดระยะเพื่อตรวจสอบตำแหน่งใช้ลิมิตสวิตช์สำหรับงานอุตสาหกรรม

การปรับระยะห่างระหว่างฐานวางชิ้นงานกับหัวฉีด

ระยะห่างระหว่างฐานวางชิ้นงานกับหัวฉีดถือว่าเป็นปัจจัยที่สำคัญมากในเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ใน Inventor-3D ใช้ฐานวางชิ้นงานแบบปกติ ชิ้นงานที่พิมพ์จะติดอยู่บนฐานวางชิ้นงานจนเสร็จสิ้นกระบวนการพิมพ์ การฉีดวัสดุในชั้นแรกให้ติดด้วยระยะที่เหมาะสมนับเป็นขั้นตอนที่สำคัญ ผู้ใช้งานสามารถปรับแต่งปรับระยะนี้ได้ง่าย เพียงขันสกรูขึ้นหรือลงเท่านั้น

รูปที่ 7 ชิ้นส่วนสำหรับปรับระยะฐานวางชิ้นงาน

ฐานวางชิ้นงาน

สำหรับเครื่องพิมพ์ Inventor-3D ติดตั้งฐานวางชิ้นงานที่ทำจากแผ่นอะลูมิเนียม มีเทปสีฟ้าติดที่ผิวของแผ่นฐาน เพื่อช่วยให้การนำชิ้นงานออกจากฐานวางหลังพิมพ์งานเสร็จทำได้ง่ายขึ้น อีกทั้งยังถอดออกมาได้โดยเลื่อนสกรูเพียง 2 ตัว และที่ตัวฐานมีจุดสำหรับปรับให้แผ่นฐานอยู่ในแนวระนาบที่ได้ระดับเที่ยงตรง ไม่เอียง โดยที่จุดปรับใช้สกรูและสปริงที่มีความยืดหยุ่นเพื่อให้การปรับแต่งระดับของแผ่นฐานทำได้อย่างอิสระและปรับได้ละเอียด

รูปที่ 8 ฐานวางชิ้นงานที่ทำจากแผ่นอะลูมิเนียมติดด้วยเทปสีฟ้าสำหรับงานพิมพ์ 3 มิติ

ระบบระบายความร้อน

สำหรับระบบระบายความร้อนมี 2 ส่วนคือ ส่วนแรกเป็นการระบายความร้อนให้กับวงจรขับสเต็ปเปอร์มอเตอร์เพื่อให้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ทำงานได้อย่างต่อเนื่อง อีกส่วนหนึ่งคือ พัดลมพร้อมท่อลมเพื่อเป่าชิ้นงานให้เย็นตัวเร็วขึ้น ซึ่งมีความสำคัญมากในกรณีที่สร้างชิ้นงานที่มีความสูงมากขึ้น อย่างขวดหรือแจกัน เพราะหากไม่ระบายความร้อนให้กับชิ้นงาน ส่วนยอดของชิ้นงานจะเกิดความร้อนสะสม ทำให้เกิดการหลอมละลาย จนขึ้นรูปชิ้นงานในแนวสูงไม่ได้

รูปที่ 9 ระบบระบายความร้อนของ Inventor-3D ในส่วนของบอร์ดควบคุมและขับมอเตอร์

รูปที่ 10 ติดตั้งพัดลมขนาดเล็กที่หัวฉีดเพื่อระบายความร้อนให้กับชิ้นงานที่กำลังพิมพ์

การควบคุมเครื่องและจอแสดงผล

สำหรับการควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Inventor-3D ทำได้ 2 วิธี

1. การเชื่อมต่อกับคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ต USB โดยควบคุมการทำงานผ่านซอฟต์แวร์ Cura
2. ใช้ซอฟต์แวร์ Cura สร้างไฟล์ G-code แล้วคัดลอกลงใน SD การ์ด จากนั้นนำไปเสียบเข้ากับซ็อกเก็ต SD การ์ดที่ตัวเครื่อง เพื่อให้เครื่องพิมพ์อ่านไฟล์ แล้วพิมพ์ชิ้นงานออกมา

Inventor-3D มีจอแสดงผลแสดงรายการควบคุม, ใช้แจ้งสถานะการทำงาน, แจ้งอุณหภูมิของหัวฉีด, ตำแหน่งพิกัดของการพิมพ์ในแนวแกน X-Y-Z และเวลาที่ใช้ในการพิมพ์ โดยมีสวิตช์เข้ารหัส 4 ตำแหน่งแบบหมุนทำหน้าที่เลือกการทำงาน

รูปที่ 11 เชื่อมต่อคอมพิวเตอร์ผ่านพอร์ต USB เพื่อส่งไฟล์ของชิ้นงานมาพิมพ์

รูปที่ 12 เลือกและควบคุมการทำงานของเครื่องพิมพ์ Inventor-3D ด้วยสวิตช์เข้ารหัสแบบหมุน แสดงเมนูและสถานะการทำงานผ่านจอ LCD 20 ตัวอักษร 4 บรรทัด

ระบบบรรจุเส้นวัสดุ

การบรรจุเส้นวัสดุหรือ filament ลงไปยังหัวฉีดของ Inventor-3D ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์เป็นอุปกรณ์ขับเคลี่อนหลัก โดยติดตั้งแกนหมุนของมอเตอร์เข้ากับหัวทองเหลืองที่บากร่องไว้สำหรับรีดเส้นวัสดุที่ถูกประกบจากร่องของตลับลูกปืน (Ball Bearing) เป็นการบังคับให้เส้นวัสดุถูกสอดลงไปยังรูของหัวฉีด เพื่อฉีดออกมาเป็นเส้น อีกทั้งยังมีที่วางตลับเส้นวัสดุ เพื่อช่วยในการป้อนเส้นวัสดุเข้าสู่หัวฉีด โดยมีตลับลูกปืนขนาดเล็กช่วยในการหมุนตลับเส้นวัสดุเมื่อถูกดึงจากมอเตอร์ ตลับลูกปืนที่ติดตั้งอยู่บนแกนหมุน จะช่วยให้ตลับเส้นวัสดุหมุนไปได้อย่างราบรื่น โดยที่วางตลับเส้นวัสดุแบบมีตลับลูกปืนตามรูปที่ 14

รูปที่ 13 กลไกการบรรจุเส้นวัสดุเพื่อฉีดชิ้นงาน

รูปที่ 14 ชิ้นส่วนช่วยในการป้อนเส้นวัสดุจากม้วนวัสดุเข้าสู่หัวฉีดของ Inventor-3D

ในการดึงเส้นวัสดุเพื่อป้อนให้แก่หัวฉีดยังมีอีกหนึ่งอุปกรณ์ที่ช่วยดึงและจัดให้เส้นวัสดุไหลเข้าไปได้สะดวกขึ้นนั่นคือ ชุดล้อพยุงเส้นวัสดุดังแสดงในรูปที่ 15 เส้นวัสดุไหลเข้าไปในหัวฉีดที่มีรูขนาด 0.4 มม. ด้วยการหมุนแกนของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ในแบบไมโครสเต็ป ช่วยให้เส้นวัสดุที่ออกมาจากหัวฉีดมีขนาดที่เล็ก ละเอียด และเย็นตัวได้เร็ว นอกจากนั้นที่หัวฉีดยังเพราะมีพัดลมที่ช่วยเป่าลมออกมาผ่านทางท่อดรีดลมไปยังชิ้นงาน เพื่อให้เย็นตัวลงได้เร็วเพียงพอ ก่อนที่จะรองรับการฉีดในชั้นต่อไป

รูปที่ 15 ล้อพยุงเส้นวัสดุ ส่วนประกอบสำคัญที่ช่วยในการป้อนเส้นวัสดุเข้าหัวฉีด

รูปที่ 16 ท่อรีดลมทำหน้าที่รีดลมที่ได้มาจากพัดลมระบายความร้อนซึ่งติดตั้งอยู่กับหัวฉีกพ่นไปยังชิ้นงานโดยตรง เพื่อลดอุณหภูมิ เป็นอุปกรณ์ที่จำเป็นอย่างยิ่งในกรณีที่สร้างชิ้นงานที่มีความสูง เช่น ขวดหรือแจกัน

ภาคควบคุม

ใช้บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์ Arduino Mega 2560 หรือเทียบเท่า ที่บรรจุเฟิร์มแวร์สำหรับควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบโอเพ่นซอร์สที่ชื่อ Ramps ซึ่งใช้ในการควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติในโครงการ RepRap ดูข้อมูลทั้งหมดและดาวน์โหลดโค้ดได้จาก http://reprap.org/wiki/RepRap

ส่วนวงจรขับสเต็ปเปอร์มอเตอร์นั้นใช้ไอซีขับมอเตอร์เบอร์ A4988 ของ Allegro โดยไอซี 1 ตัวขับมอเตอร์ได้ 1 ตัว ในเครื่องพิมพ์ Inventor-3D ใช้ทั้งสิ้น 4 ตัว สำหรับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ 4 ตัว

นอกจากนั้นยังมีตัวตรวจจับอุณหภูมิที่หัวฉีดเพื่อส่งสัญญาณมายังวงจรควบคุมให้ทำการขับขดลวดความร้อนภายในหัวฉีดเพื่อหลอมเส้นวัสดุ และเมื่อฉีดเสร็จแล้ว ก็จะหยุดขับขดลวดความร้อน ทำให้อุณหภูมิที่หัวฉีดลดลง การฉีดชิ้นงานก็จะหยุดลงโดยอัตโนมัติ

รูปที่ 17 แผงวงจรควบคุมที่เข้ากันได้กับฮาร์ดแวร์ Ramps ซึ่งใช้ในเครื่องพิมพ์ Inventor-3D

รูปที่ 18 ตัวอย่างโมดูลขับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ใช้ไอซีเบอร์ A4988 พร้อมติดตั้งแผ่นระบายความร้อนขนาดเล็ก (สีของแผ่นวงจรพิมพ์อาจเปลี่ยนแปลงได้)

สเต็ปเปอร์มอเตอร์

ในเครื่องพิมพ์ Inventor-3D ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ทั้ง 4 ตัว ใช้ในการขับคลื่อนกลไกในแกน X, Y และ Z รวม 3 ตัว อีกตัวหนึ่งใช้ในการลำเลียงเส้นวัสดุลงไปในหัวฉีด เพื่อฉีดชั้นพลาสติกสำหรับสร้างชิ้นงาน สเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ใช้เป็นแบบไบโพล่าร์ ขนาดตามมาตรฐาน NEMA17 มีแรงบิดอย่างน้อย 13.7 นิวตัน.เซนติเมตร มีค่าความต้านทานของขดลวดมากกว่า 6W ต้องการแรงดันขับ +12V

รูปที่ 19 ตัวอย่างของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ Inventor-3D

แหล่งพลังงานไฟฟ้า

โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ Inventor-3D ใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ 220Vac 50Hz มีสวิตช์ปิด-เปิด พร้อมไฟแสดงสถานะ ภายในเครื่องมีกล่องภาคจ่ายไฟแบบสวิตชิ่ง +12V 8A สำหรับเลี้ยงวงจรและมอเตอร์ทั้งหมด

เส้นวัสดุที่ใช้

Inventor-3D ใช้เส้นวัสดุแบบ PLA (Polylactic acid หรือ polylactide) ใช้การขึ้นรูปชิ้นงานโดย PLA ผลิตมาจากข้าวโพด ดังนั้นจึงไม่เป็นพิษ และไม่มีกลิ่นฉุนไม่ว่าจะในช่วงเวลาที่หลอมละลายเพื่อขึ้นรูปชิ้นงาน หรือเวลาที่พิมพ์ชิ้นงานเสร็จแล้ว จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการประดิษฐ์ชิ้นงานในห้องเรียน และที่บ้านสำหรับนักประดิษฐ์อิสระ

PLA ที่ใช้มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.75 มม. มีหลายสีให้เลือก รวมถึงสีใส มักจะบรรจุมาเป็นม้วนหรือตลับ น้ำหนักบรรจุประมาณ 1 กิโลกรัม แต่ก็มีบางแหล่งจำหน่ายที่บรรจุ 700 กรัมหรือ 500 กรัม ดังนั้นเวลาสั่งซื้อจึงควรสอบถามให้ชัดเจนสนนราคามีตั้งแต่ 1,000 ถึง 2,700 บาท ขึ้นกับสีและน้ำหนัก หากเป็นสีพื้นที่ไม่เรืองแสงจะราคาถูกกว่าเล็กน้อย

รูปที่ 20 ตัวอย่างเส้นวัสดุแบบ PLA ที่บรรจุมาเป็นม้วน มีหลายสีให้เลือก

ทั้งหมดที่เล่ามาเป็นการแนะนำให้รู้จัก Inventor-3D เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อการศึกษาและงาน DIY ผู้สนใจดูข้อมูลการสั่งจอง สั่งซื้อ คลิกเลย!

Info Download Buy Contact