3D Printer Introduction

เรื่องราวของเครื่องมือที่ช่วยให้ฝันของนักประดิษฐ์เป็นจริง ไม่ว่าจะเป็นการสร้างชิ้นส่วนเฉพาะ ชิ้นส่วนต้นแบบ หรือชิ้นส่วนอะไหล่ที่เสียหายแล้วหาซื้อไม่ได้

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ หรือ 3D printer เป็นเครื่องมือที่ได้รับการกล่าวถึงในแวดวงนักประดิษฐ์ทั่วโลก เพราะมันคือ เครื่องมือในฝันของใครหลายคน มันช่วยให้นักประดิษฐ์สามารถสร้างชิ้นงานหรือชิ้นส่วนที่ไม่สามารถทำได้ด้วยขั้นตอนการสร้างแบบปกติ ภายใต้งบประมาณที่รับได้ โดยไม่ต้องพึ่งการใช้เครื่องมือหรือวิธีการที่ใช้ในอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ทำชิ้นงานได้เร็วพอสมควร แถมตัวชิ้นงานหรือชิ้นส่วนยังมีความแข็งแรงในระดับหนึ่ง เครื่องพิมพ์ 3 มิติจึงเหมาะอย่างยิ่งกับการทำชิ้นงานต้นแบบหรือชิ้นส่วนเฉพาะในจำนวนที่ไม่มาก

บทความสุดพิเศษเรื่องนี้ จะรวบรวมข้อมูลเบื้องต้นที่ควรทราบ เพื่อสร้างความเข้าใจ และเป็นข้อมูลสำหรับการเลือกซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติมาใช้งาน มาติดตามไปพร้อมๆ กัน

เครื่องพิมพ์ 3 มิติคือญาติของ CNC

การทำชิ้นงานพลาสติกหรือโลหะต้นแบบหรืองานเฉพาะที่มีจำนวนไม่มาก วิธีการและเครื่องมือที่นิยมใช้กันคือใช้เครื่อง CNC (Computer Numerical Control) กัดวัสดุทำเป็นแม่แบบขึ้นมา ซึ่งต้องใช้บุคลากรที่มีความชำนาญ รวมถึงใช้งบประมาณค่อนข้างสูง กว่าที่จะได้ต้นแบบมาใช้งาน เมื่อมีการพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติขึ้นมา กระบวนการแบบเดิมๆ ก็เริ่มเปลี่ยน

หากจะมองในเชิงเปรียบเทียบ เครื่องพิมพ์ 3 มิติก็คือเครื่อง CNC แต่มีการเพิ่มเติมและปรับเปลี่ยนอุปกรณ์ โดยมีการเปลี่ยนจากหัวกัดเป็นหัวฉีดพลาสติก (ในกรณีที่เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิตสำหรับงานพลาสติก) ด้านการทำงานจะต่างกัน โดยเครื่อง CNC ใช้หัวสว่านติดกับดอกสว่านแบบต่างๆ ในการแกะสลัก ตัด เจาะ วัตถุดิบให้เป็นรูปร่างต่างๆ ตามต้องการ มีระบบมอเตอร์เคลื่อนที่ไปในทิศทาง 3 มิติ (แกน X, Y และ Z) ในขณะที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติก็ใช้การเคลื่อนที่ของมอเตอร์เหมือนกับเครื่อง CNC แต่ที่ต่างกันคือ มีหัวฉีดที่จะฉีดหรือโรยพลาสติกเป็นชั้นๆ เรียงตัวขึ้นไป สร้างเป็นรูปทรงต่างๆ ในแต่ละชั้นมีความละเอียดในระดับมิลลิเมตร นอกจากนั้นยังมีการพัฒนาเทคนิคอื่นๆ ทำให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างสรรค์งานได้จากหลากหลายวัสดุ และมีความละเอียดเพิ่มขึ้น ซึ่งก็ต้องแลกด้วยราคาที่แพงขึ้นด้วย

ในการสร้างชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เริ่มจากสร้างแบบ 3 มิติ แล้วส่งข้อมูลให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติฉีดหรือโรยพลาสติกออกมาเป็นรูปร่างตามที่เขียนแบบไว้ได้เลย จึงถือได้ว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นเครื่องมือที่เปลี่ยนแปลงการประดิษฐ์ชิ้นส่วนของนักประดิษฐ์ไปตลอดกาล

เทคนิคการสร้างชิ้นงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ในปี ค.ศ. 2011 เริ่มมีการเปิดตัวจำหน่ายเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคนิคการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว (Rapid Prototype) ออกมา นับเป็น
การสร้างปรากฏการณ์ใหม่แก่วงการสร้างโมเดลต้นแบบ จากนั้นมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง มีเครื่องพิมพ์ 3 มิติออกมาจำหน่ายหลายรุ่น หลายราคา ส่วนเทคนิคการสร้างชิ้นงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติสรุปได้ 3 วิธีดังนี้

1. การใช้โพลีเมอร์ชนิดไวแสงในการขึ้นรูปชิ้นงาน หรือ Photopolymerization

เป็นเทคนิคที่ใช้แสงเพื่อขึ้นรูปจากวัสดุของเหลวให้กลายเป็นของแข็ง โดยใช้เทคนิคการขึ้นรูปชิ้นงานแบบ Stereolithography Apparatus (SLA) ที่คิดค้นโดย Chuck Hull จาก 3D Systems หลักการคือ ใช้วัสดุประเภทโพลีเมอร์เหลวที่สามารถแข็งตัวได้ เมื่อถูกกระตุ้นจากการฉายแสงอัลตร้าไวโอเล็ตหรือ UV (Ultra Violet) จาก UV เลเซอร์ โดยมีกะบะใส่เรซินเหลวและมีระบบควบคุมให้ยกขึ้นและเคลื่อนที่ในแนวดิ่ง เพื่อสร้างชิ้นงานทีละชั้นจากล่างขึ้นบน แล้วสแกนยิงแสง UV เลเซอร์ในแนวราบ เพื่อเปลี่ยนให้โพลีเมอร์เหลวชนิดไวต่อแสงเป็นของแข็งตามตำแหน่งที่ต้องการ โดยชิ้นงานที่มีส่วนโค้งเว้า หรือมีรูปทรงที่แปลกๆ หรือมีความละเอียดซับซ้อนมาก อาจจะต้องสร้างส่วนที่ใช้ค้ำยันและรองรับเรียกว่า ซัพพอร์ต (support) ขึ้นมาพร้อมๆ กับชิ้นงาน เมื่อขึ้นรูปชิ้นงานเสร็จ ก็ตัดส่วนซัพพอร์ตนี้ออกไป ความแข็งแรงของวัสดุที่ขึ้นรูปด้วยเทคนิคนี้จะมีในระดับหนึ่งพอๆ กับพลาสติกทั่วไป ตัวชิ้นงานที่ได้มีความละเอียดเรียบในระดับหนึ่ง ตรงตามที่ได้ออกแบบไว้ในโปรแกรมวาดแบบ 3 มิติ และยังสามารถสร้างชิ้นส่วนกลไกต่างๆ เพื่อทดสอบการทำงานของเครื่องต้นแบบได้ หรือใช้เป็นวัสดุชิ้นส่วนจริงในเครื่องมือต่างๆ ได้เลย

จากเทคนิค SLA มีผู้พัฒนาต่อไปเป็นเทคนิค Micro stereolithography
เป็นเทคนิคที่เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบที่มีขนาดเล็กมาก ซึ่งเรียกว่า วิธีการขึ้นรูปวัสดุแบบ PolyJet เป็นการใช้หัวฉีดขนาดเล็กหลายๆ หัวฉีดเรซินเหลวลงไปบนแท่นวางชิ้นงาน พร้อมๆ กับการฉายแสง UV เพื่อทำให้เรซินเหลวนี้แข็งตัวทันที ด้วยเทคนิคนี้ทำให้ไม่ต้องมีกะบะโพลีเมอร์เหลวขนาดใหญ่ ทำให้มีความสะดวกมากยิ่งขึ้น

2. การใช้เลเซอร์หรือกาวในการเชื่อมผงวัสดุให้เป็นชิ้นงาน หรือ granular materials binding

เป็นเทคนิคที่ใช้วัสดุที่เป็นผงเล็กๆ เมื่อได้รับความร้อนแล้วแข็งตัว จะเรียกเทคนิคนี้ว่า Selective Laser Sintering (SLS) โดยส่วนมากใช้วัสดุที่เป็นผงพลาสติก เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ ขึ้นรูปได้ง่าย ใช้ความร้อนจากเลเซอร์ที่ฉายไปยังตำแหน่งที่เป็นส่วนหน้าตัดขวางของชิ้นงาน ทำให้ผงพลาสติกเล็กๆ รอบบริเวณที่ถูกฉายแสงเลเซอร์นี้หลอมละลายและยึดเกาะกัน โดยยึดเกาะกับชั้นที่อยู่ก่อนหน้านี้ด้วย เพื่อให้เกิดเป็นโครงร่างรูปทรง 3 มิติขึ้นมาจากการเลื่อนแท่นใส่ผงพลาสติกลงเล็กน้อยในแนวดิ่ง จากนั้นจะกวาดผงพลาสติกมาคลุมทับส่วนที่ให้ความร้อนไปแล้ว ทำการฉายแสงเลเซอร์ใหม่ จะวนทำกระบวนการนี้ไปเรื่อยๆ จนครบทั้งรูปทรงที่ได้เขียนแบบไว้ จากนั้น ผงพลาสติกส่วนอื่นที่ไม่โดนความร้อนจากเลเซอร์จะถูกลมเป่าออกไป เหลือเพียงชิ้นงานที่หลอมละลายแล้วแข็งตัว เป็นรูปทรงที่สมบูรณ์

เทคนิคนี้ใช้เวลามากในการขึ้นรูปชิ้นงาน ผิววัสดุจะหยาบและความแข็งแรงจะน้อยกว่าวัสดุที่ขึ้นรูปด้วยวิธี Stereolithography

3D-printer-005

3D-printer-006

3D-printer-007

นอกจากการใช้ความร้อนจากเลเซอร์หลอมละลายให้ผงพลาสติกให้เชื่อมติดกันแล้ว อาจใช้ผงโลหะแทนผงพลาสติก แล้วใช้แหล่งกำเนิดความร้อนที่ให้อุณหภูมิสูงขึ้นตามจุดหลอมเหลวของผงโลหะนั้นๆ วิธีการนี้จะทำให้ได้ชิ้งานที่เป็นโลหะ ซึ่งมีความแข็งแรงเพิ่มมากขึ้น

ยังมีอีกเทคนิคหนึ่งคือ การพ่นกาวลงไปยังผงพลาสติกให้ติดกันเป็นโครงสร้างตามที่ได้ออกแบบไว้ วิธีการแบบนี้เรียกว่า
Three Dimensional Printing หรือ 3DP โดยหลักการทำงานของเทคนิคนี้คือ พ่นกาวด้วยหัวฉีดลงไปบนกะบะที่มีผงแป้งที่เกลี่ยหน้าให้เรียบไว้แล้ว ผงพลาสติกบริเวณที่โดนกาวก็จะติดแข็งตัว วิธีนี้สามารถเลือกให้ชิ้นงานมีสีต่างๆ แตกต่างกันได้ โดยผสมสีลงไปในกาวที่ใช้ ซึ่งก็เหมือนกับการพิมพ์หมึกลงไปบนกระดาษของเครื่องพิมพ์บบอิงก์เจ็ตนั่นเอง ทำให้รูปทรง 3 มิติที่สร้างขึ้นมีความแข็งตัวและมีสีสันที่แตกต่างกันไปด้วย แต่วัสดุที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้จะมีความเปราะบางมากกว่าวิธีการขึ้นรูปแบบชิ้นงานอื่น จึงเหมาะกับการทำชิ้นงานต้นแบบมากกว่านำไปใช้งานจริง

3D-printer-008

3D-printer-009

3. การใช้พลาสติกร้อนเรียงตัวขึ้นเป็นชิ้นงาน หรือ Extrusion Processes

เป็นวิธีที่นิยมและมีการพัฒนากันมากที่สุด เนื่องจากวัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูปมีหลากหลาย ราคาไม่แพง มีการพัฒนาชุดควบคุมและซอฟต์แวร์ในแบบโอเพ่นซอร์ส เทคนิคนี้ใช้เส้นพลาสติกมาผ่านหัวที่ให้ความร้อน จนพลาสติกละลายเป็นของเหลวแล้วฉีดหรือโรยเรียงเป็นชั้นๆ เรียกเทคนิคการขึ้นรูปแบบนี้ว่า Fused Deposition Modeling หรือ FDM โดยมีการฉีดส่วนรองรับสำหรับรูปทรงที่โค้งงอ หรือมีความซับซ้อน เพื่อเพิ่มความแข็งแรงไม่ให้ล้มระหว่างการขึ้นรูปชิ้นงาน เมื่อขึ้นรูปเสร็จแล้วก็จะตัดออกได้ในภายหลัง ชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยเทคนิคนี้จะมีผิวชิ้นงานที่ไม่เรียบ มีลักษณะเป็นชั้นๆ เนื่องจากขึ้นรูปด้วยการเรียงตัวเชื่อมติดกันของเส้นพลาสติกขนาดเล็กมากๆ ความแข็งแรงของชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ขึ้นอยู่กับวัสดุของเส้นพลาสติกที่นำมาใช้ ซึ่งก็คือ ABS และ PLA โดย ABS มีความแข็งแรงมากกว่า PLA แต่ PLA ปลอดภัย ไม่ไวไฟ และไม่มีกลิ่นฉุนในขณะขึ้นรูปชิ้นงาน เนื่องจาก PLA ทำมาจากวัสดุธรรมชาติ ไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม

3D-printer-010

3D-printer-011

ส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ แบบ FDM

เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่นิยมผลิตและใช้งานมากที่สุดคือ เครื่องพิมพ์ที่ใช้เทคนิค FDM เนื่องจากกลไกของตัวเครื่องพิมพ์มีความซับซ้อนน้อย ใช้งบประมาณต่ำสุดเมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์ที่ใช้เทคนิคอื่น ในบทความนี้จึงขอเลือกเจาะลึกถึงส่วนประกอบและการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบนี้เป็นหลัก

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM แบ่งการทำงานเป็น 2 ส่วนหลักคือ ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ทำงานร่วมกับวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ควบคุมการฉีดกับระบบควบคุมตำแหน่งที่ฐานวางชิ้นงาน และระบบเชิงกลที่ช่วยในการเคลื่อนที่ของฐานวางชิ้นงาน

ระบบไมโครคอนโทรลเลอร์และวงจรควบคุมการทำงาน

3D-printer-012

จากรูปที่ 12 แสดงให้เห็นถึงระบบและวงจรควบคุมการทำงานทั้งหมดของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM บอร์ดไมโครคอนโทรลเลอร์เป็นตัวประมวลผลและควบคุมหลัก โดยเชื่อมต่อกับส่วนอื่นผ่านวงจรขับหลักท่ได้พลังงานไฟฟ้าจากแหล่งจ่ายไฟตรงกระแสไฟฟ้าสูง เพื่อจ่ายให้กับ
สเต็ปเปอร์มอเตอร์ผ่านบอร์ดขับมอเตอร์ เพื่อควบคุมให้สเต็ปเปอร์มอเตอร์หมุนตามสเต็ปที่ต้องการซึ่งสัมพันธ์กับตำแหน่งของฐานวางชิ้นงาน มีสเต็ปเปอร์มอเตอร์อีกตัวหนึ่งทำงานเพื่อรีดให้เส้นพลาสติกผ่านเข้าไปยังหัวฉีด (Hot End) ภายใต้การควบคุมให้มีความร้อนที่เหมาะสมกับชนิดของเส้นพลาสติก โดยมีการตรวจสอบอุณหภูมิที่หัวฉีดด้วย และมีวงจรควบคุมให้ฐานวางชิ้นงาน (Print Bed) มีอุณหภูมิที่อุ่นพอให้พลาสติกที่ถูกฉีดลงไปบนฐานวางชิ้นงานนี้อ่อนตัวระดับหนึ่งไม่หลุดออกระหว่างกำลังขึ้นรูปชิ้นงาน โดยมีการตรวจสอบและควบคุมอุณหภูมิที่ฐานวางชิ้นงานให้เหมาะสมด้วย

ระบบควบคุมตำแหน่งของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM

สรุปได้ 3 แบบหลัก ดังนี้

1. Gantry เป็นระบบที่กำหนดให้หัวฉีด (Extruder) เคลื่อนที่ไปในแนวแกน X และ Y ในขณะที่ฐานวางชิ้นงานจะเคลื่อนที่ขึ้นลงในแนวแกน Z เท่านั้น การขึ้นรูปชิ้นงานจะมีความเร็วสูง เป็นเทคนิคที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติรุ่น MakerBot และ Ultimaker

3D-printer-013

2. Moving Bed เป็นเทคนิคที่เลื่อนฐานวางชิ้นงานในแนวแกน Y เท่านั้น ส่วนหัวฉีดจะติดกับลิเนียร์สไลด์หรือตัวเลื่อนความแม่นยำสูง เพื่อเลื่อนในแนวแกน X พร้อมกับฉีดเส้นพลาสติกลงบนฐานวางชิ้นงาน และเลื่อนขึ้นในแนวแกน Zทุกครั้งเมื่อขึ้นแบบชิ้นงานในแต่ละชั้นเสร็จแล้ว การเลื่อนในแนวแกน X และ Y จะใช้ลิเนียร์สไลด์ช่วยในการเคลื่อนที่ ทำให้การขึ้นรูปชิ้นงานมีความเร็วไม่มากนัก โครงสร้างของเครื่องที่ง่ายไม่ซับซ้อน เป็นเทคนิคที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติรุ่น Printrbot

3. Deltabot เป็นการใช้เทคนิคของแขนกลหุ่นยนต์ในโรงงาน โดยมี 3 แขนที่เคลื่อนที่อย่างอิสระของระบบหัวฉีดในแนวแกน X, Y และ Z ฐานวางชิ้นงานจะอยู่กับที่ การขึ้นรูปชิ้นงานผ่านระบบควบคุมตำแหน่งด้วยวิธีนี้จะมีความเร็วสูงความแม่นยำขึ้นอยู่กับระบบควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวฉีด เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคนิคนี้คือ Rostock

ระบบเชิงกลของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM

ระบบเชิงกลเป็นส่วนช่วยในการบรรจุเส้นพลาสติกไปยังหัวฉีดที่มีความร้อนสูงพอที่จะทำให้เส้นพลาสติกหลอมละลาย และถูกฉีดลงไปยังฐานรองชิ้นงาน ประกอบด้วย

ฐานรองชิ้นงาน หรือ Print Bed

เป็นส่วนที่รองรับเส้นพลาสติกที่ถูกฉีดออกมาจากหัวฉีด แบ่งออกเป็น 2 แบบคือ

1. ฐานวางชิ้นงานแบบธรรมดา ทำจากแผ่นอะครีลิกหรือกระจก ติดเทปกาวสีฟ้า เพื่อให้พลาสติกที่ถูกฉีดออกมาติดกับฐานวางชิ้นงาน ดังแสดงในรูปที่ 16 ติดตั้งกับระบบเคลื่อนที่เชิงกลของเครื่องพิมพ์แบบ FDM เหมาะสำหรับเส้นพลาสติกแบบ PLA

2. ฐานวางชิ้นงานแบบร้อน (Heat Bed) ทำจากกระจกหรือวัสดุที่มีการถ่ายเทความร้อนได้ดี ดังแสดงในรูปที่ 17ความร้อนนี้มาจากแผ่นขดลวดความร้อนที่ติดอยู่ด้านหลังของฐานวางชิ้นงาน มีอุณหภูมิอยู่ที่ 40 ถึง 110 องศาเซลเซียส มีตัวตรวจจับอุณหภูมิติดตั้งอยู่เพื่อวัดอุณหภูมิของฐานวางชิ้นงาน ณ ขณะนั้น เมื่อเส้นพลาสติกฉีดลงมาถึงฐานวาง เส้นพลาสติกจะอุ่นและติดอยู่กับฐานวางชิ้นงานโดยไม่หลุดออกไป เครื่องพิมพ์ที่ใช้ฐานวางแบบนี้จะใช้งานได้กับเส้นพลาสติกทั้งแบบ ABS และ PLA

ส่วนควบคุมการป้อนเส้นพลาสติกสู่หัวฉีดหรือ Extruder

ในส่วนนี้ใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์ควบคุมกลไกเพื่อป้อนเส้นพลาสติกเข้าสู่หัวฉีดร้อน ความเร็วของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ที่หมุนไปมีผลต่อปริมาณการฉีดพลาสติกออกมาจากหัวฉีด ติดตั้งอยู่บนแท่นเลื่อนในแนวแกน X และ Y หรือจะอยู่ด้านข้างของเครื่องขึ้นอยู่กับเทคนิคของเครื่องพิมพ์แต่ละรุ่น ดังรูปที่ 18 อาจมีหลายชุดสำหรับเครื่องพิมพ์แบบหลายหัวฉีด ทำให้สามารถฉีดเส้นพลาสติกได้ 2 สีขึ้นไป

หัวฉีดร้อน

หรือนอซซิล (nozzle) หรือบางครั้งเรียกว่า Hot End เป็นส่วนที่ให้ความร้อนกับเส้นพลาสติกที่ป้อนเข้ามาจากส่วนส่วนควบคุมการป้อนเส้นพลาสติกหรือ Extruder โดยอุณหภูมิที่หัวฉีดนี้จะอยู่ในช่วงที่ทำให้เส้นพลาสติกหลอม ซึ่งมีค่าประมาณ 190 ถึง 250 องศาเซลเซียส (ขึ้นอยู่กับชนิดของเส้นพลาสติก) มีตัวตรวจจับและวัดอุณหภูมิเป็นตัวตรวจสอบและส่งสัญญาณไปยังส่วนควบคุมอุณหภูมิ หัวฉีดร้อนนี้ทำมาจากโลหะ บรรจุในบล็อกอะลูมิเนียม และมีแผ่นระบายความร้อนติดอยู่ที่ตัวถังด้วย โดยรูของหัวฉีดมีขนาดอยู่ที่ 0.2 ถึง 0.8 มม. รูที่มีขนาดเล็กจะทำให้ฉีดพลาสติกออกมาได้ละเอียด ทำให้ได้ชิ้นงานที่เรียบเนียนยิ่งขึ้น

3D-printer-019

วัสดุที่ใช้ขึ้นรูปชิ้นงาน

ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM วัตถุดิบที่สำคัญคือ เส้นพลาสติกหรือ filament มีด้วยกันหลายวัสดุและหลายสี เช่น

เส้นพลาสติกแบบ ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene)

เป็นเส้นพลาสติกที่ได้รับความนิยมชนิดหนึ่งในงานพิมพ์ชิ้นงาน 3 มิติ โดยใช้อุณหภูมิที่หัวฉีดร้อนอยู่ที่ 215 ถึง 250 องศาเซลเซียส แต่มีข้อเสียคือ เมื่อหลอมแล้ว จะเกิดไอระเหยออกมาที่เป็นอันตรายต่อคนและสัตว์เลี้ยง เส้นพลาสติก ABS นี้มีส่วนผสมของอะซิโทน (Acetone) ทำให้พื้นผิวของชิ้นงานที่ขึ้นรูปเสร็จแล้ว มีความเรียบเนียน เงางาม

เส้นพลาสติกแบบ PLA (Polylactic Acid หรือ Polylactide)

เป็นเส้นพลาสติกที่มีส่วนผสมจากวัตถุดิบชีวภาพ เช่น ข้าวโพดหรือมันฝรั่ง ใช้อุณหภูมิที่หัวฉีดพลาสติกอยู่ที่ 160 ถึง 220 องศาเซลเซียส เมื่อเส้นพลาสติก PLA หลอมจะมีกลิ่นคล้ายๆ กับข้าวโพดคั่ว ซึ่งไม่เป็นอันตราย และไม่เป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม นอกจากนั้น เมื่อใช้ PLA ในการพิมพ์ชิ้นงานก็ไม่จำเป็นที่จะต้องใช้ฐานวางชิ้นงานแบบร้อน แต่ถ้าใช้ ก็จะทำให้ฐานของชิ้นงานเรียบเนียนขึ้น

เส้นพลาสติกแบบ PVA (Polyvinyl Alcohol)

เป็นเส้นพลาสติกชนิดพิเศษที่มีการผสมผสานกันหลายสี ใช้อุณหภูมิที่หัวฉีดพลาสติกอยู่ที่ 190 องศาเซลเซียส วัสดุแบบนี้ละลายน้ำได้ ชิ้นงานที่ขึ้นรูปด้วยเส้นพลาสติกชนิดนี้อาจจะต้องระวังเรื่องความชื้น เพราะอาจส่งผลใช้ชิ้นงานสลายไปได้

นอกเหนือจากการใช้เส้นพลาสติกดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ยังคงมีผู้พัฒนาให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติขึ้นรูปชิ้นงานจากวัสดุอื่นได้ด้วย แต่ต้องมีการดัดแปลงในส่วนของส่วนควบคุมการป้อนวัสดุและหัวฉีดร้อน โดยเปลี่ยนเป็นกระบอกฉีดที่เชื่อมต่อกับส่วนควบคุมการป้อนวัสดุหรือ Extruder ที่ทำมาเฉพาะ เพื่อที่จะฉีดวัสดุพวกซิลิโคน เซรามิก หรือแม้กระทั่งช็อกโกแลต น้ำตาล แป้งขนม อาจเปลี่ยนฐานวางชิ้นงานเป็นกะทะไฟฟ้า เมื่อฉีดแป้งแพนเค้กลงมา จะได้เป็นแพนเค้กแสนอร่อยที่มีรูปร่างหน้าตาเป็นตัวการ์ตูนหรือดอกไม้

ซอฟต์แวร์ควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

หลักจากได้กล่าวถึงฮาร์ดแวร์ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติไปแล้ว ลำดับต่อไปเป็นเรื่องของซอฟต์แวร์ที่ใช้ควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งมีทั้งในส่วนของไมโครคอนโทรลเลอร์ที่ใช้ควบคุมการหมุนของสเต็ปเปอร์มอเตอร์, ระบบ PID ของการควบคุมความร้อนของหัวฉีดร้อน หรือฐานวางชิ้นงานแบบร้อน เครื่องพิมพ์ 3 มิติแต่ละยี่ห้อจะมีการควบคุมเป็นของตนเอง ในส่วนของซอฟต์แวร์ในคอมพิวเตอร์ที่เชื่อมต่อกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มีด้วยกัน 2 ตัวหลักๆ คือ ซอฟต์แวร์สร้างแบบ 3 มิติ และซอฟต์แวร์แปลงแบบ 3 มิติเป็นไฟล์ G-code

ซอฟต์แวร์สร้างแบบ 3 มิติ

แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ

1. แบบเชิงพาณิชย์

มีให้เลือกหลายตัว เช่น Solidwork, Autocad, Autodesk หรือ Sketchup ซึ่งผู้ใช้งานจะต้องจัดซื้อเพื่อให้ได้ซอฟต์แวร์เหล่านี้มาใช้งานอย่างถูกต้อง บางตัวอาจมีให้ทดลองใช้งานฟรีในระยะเวลาจำกัด

2. แบบฟรีแวร์

ถ้าถามว่า ผู้ใช้งานสามารถออกแบบสร้างชิ้นงาน 3 มิติ โดยไม่ใช้ซอฟต์แวร์เชิงพาณิชย์ได้หรือไม่ คำตอบคือ ได้ โดยใช้ซอฟต์แวร์ในกลุ่มฟรีแวร์ หรือแบบโอเพ่นซอร์ส หากแต่ฟังก์ชั่นการใช้งานอาจมีไม่ครบถ้วนเท่า แต่ก็ใช้สร้างชิ้นงาน3 มิติได้ในระดับหนึ่ง มีผู้พัฒนาหลากหลาย ตัวที่สะดวกมากที่สุดตอนนี้คือ ซอฟต์แวร์วาดชิ้นงาน 3 มิติผ่านเครือข่ายอินเทอร์เน็ต เก็บข้อมูลไว้ในระบบ Cloud ทำให้เข้าถึงการใช้งานได้ทุกที่ที่มีคอมพิวเตอร์ แท็บเล็ต หรือสมาร์ตโฟน และเครือข่ายอินเทอร์เน็ต ในที่นี้ขอยกตัวอย่าง 2 โปรแกรมคือ

1. AUTODESK 123D DESIGN

ทาง Autodesk ได้พัฒนาขึ้นมาให้ใช้งานสะดวก อีกทั้งยังใช้งานได้ทุกแพลตฟอร์ม ด้วย จะต้องทำการสมัครลงทะเบียนก่อน จึงใช้งานได้ มี User เอาไว้จัดการไฟล์ของตัวเอง เผยแพร่ไฟล์เป็นสาธารณะได้ มีฟังก์ชั่นให้ใช้สร้างชิ้นงาน 3 มิติได้ในระดับหนึ่ง โดยความละเอียดของชิ้นงานจะอยู่ในระดับ 0.1 เซนติเมตร

2. TINKERCAD

เป็นซอฟต์แวร์ที่พัฒนามาจาก Autodesk มีฟังก์ชั่นการใช้งานที่หลากหลาย เช่น สร้างแบบชิ้นงาน 3 มิติจากรูปแบบที่ได้กำหนดมาแล้ว หรือจะเป็นสคริปต์ไฟล์ รองรับการนำไฟล์ชิ้นงาน 3มิติที่สร้างจากซอฟต์แวร์อื่นมาปรับปรุงแก้ไข ต้องสมัครลงทะเบียนก่อน จึงใช้งานได้ มี User เอาไว้จัดการไฟล์ของตัวเอง เผยแพร่ไฟล์งานผ่านเว็บไซต์ของ Thingiverse (http: //www.thingiverse.com ) ได้ ซึ่งว่ากันว่า เป็นแหล่งรวมไฟล์ชิ้นงาน 3 มิติที่ใหญ่มาก และมีการแบ่งปันไฟล์กันมากที่สุดในโลก

3D-printer-026

ไม่ว่าจะใช้ซอฟต์แวร์ใดในการออกแบบชิ้นงาน 3 มิติ เมื่อเสร็จแล้วจะต้องทำให้ได้ไฟล์ .STL ออกมา เพื่อนำเข้าไปสู่กระบวนการแปลงเป็นไฟล์ G-code ต่อไป

ซอฟต์แวร์แปลงแบบ 3 มิติเป็นไฟล์ G-code

ผู้พัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติหลายแห่งได้พัฒนาซอฟต์แวร์สำหรับแปลงไฟล์ชิ้นงาน 3 มิติให้กลายเป็นไฟล์ G-code เพื่อนำไปควบคุมเครื่องพิมพ์ 3 มิติให้สร้างชิ้นงานออกมาตามที่ออกแบบไว้ บางตัวสามารถแปลงไฟล์ .STL เป็น G-code อย่างเดียว บางตัวอาจรวมไปถึงการควบคุมการทำงานทั้งหมดของเครื่องพิมพ์ผ่านพอร์ต USB หรือนำไฟล์ G-code ใส่ลงใน SD การ์ด แล้วนำไปเสียบที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แล้วให้เครื่องอ่านไฟล์ G-code เพื่อทำงานเองก็ได้ ตัวอย่างซอฟต์แวร์ที่ใช้งานกันอย่างแพร่หลาย มีดังนี้

1. MakerWare

เป็นซอฟต์แวร์ที่ทาง MakerBot พัฒนาขึ้นเพื่อแปลงไฟล์ .STL เป็นไฟล์ .x3g (ไฟล์ G-code ที่ทาง MakerBot ใช้ควบคุมการทำงานของเครื่องพิมพ์ของตัวเอง) สามารถปรับเปลี่ยนตำแหน่ง, แนวการวางชิ้นงาน และขนาดได้ แล้วทำการส่งไฟล์เอาต์พุตหรือ export ออกไป ข้อมูลของไฟล์ใช้ควบคุมความละเอียด ความหนาแน่นของพื้นผิวตัน (Infill) ปรับอุณหภูมิของหัวฉีดให้เหมาะกับวัสดุที่ใช้ สร้างส่วนรองรับชิ้นงาน ตลอดจนกำหนดความเร็วในการฉีด ไฟล์เอาต์พุตจะถูกคัดลอกลงใน SD การ์ด แล้วนำไปเสียบยังเครื่องพิมพ์ 3 มิติ รุ่น MakerBot เพื่ออ่านไฟล์ แล้วพิมพ์ชิ้นงาน 3 มิติต่อไป

2. Pronterface

เป็นอีกหนึ่งซอฟต์แวร์ที่พัฒนาให้มีความยืดหยุ่นในการทำงานสูง ปรับแต่ง ตั้งค่าได้อย่างอิสระ จึงเหมาะกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบโอเพ่นซอร์ส เช่น RepRap หรือรุ่นอื่นๆ เพียงตั้งค่าให้เหมาะสมกับเครื่องพิมพ์ที่ทำการพัฒนาขึ้นเท่านั้น

ตัวซอฟต์แวร์มีความสามารถในการปรับเปลี่ยนตำแหน่ง แนวการวางชิ้นงาน ขนาดของชิ้นงาน แปลงไฟล์ .STL เป็น G-code ควบคุมตำแหน่งของระบบเคลื่อนที่ในระนาบต่างๆ ของเครื่องพิมพ์ ควบคุมการให้ความร้อนและอุณหภูมิของหัวฉีดร้อนและฐานวางชิ้นงานแบบร้อนผ่าน GUI ของซอฟต์แวร์ได้ และมีกราฟแสดงค่าอุณหภูมิตลอดการทำงาน เชื่อมต่อกับเครื่องพิมพ์ผ่านพอร์ต USB หรือนำไฟล์เอาต์พุตคัดลอกลงใน SD การ์ด เพื่อนำไปเสียบที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติ แล้วพิมพ์ชิ้นงานต่อไป

3. Cura

เป็นซอฟต์แวร์ที่พัฒนาขึ้นมาให้ใช้งานกับเครื่องพิมพ์ของ Ultimaker และใช้งานกับเครื่องพิมพ์แบบโอเพ่นซอร์สได้ด้วย มีการตั้งค่าที่เหมาะสมกับแต่ละเครื่องพิมพ์ มีความสามารถเหมือนกับ Pronterface

เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างชิ้นงานอะไรได้บ้าง

ถ้าถามว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถสร้างสรรค์ชิ้นงานอะไรได้บ้าง คงต้องตอบว่า ได้เกือบทุกอย่างที่เขียนมาจากแบบ 3 มิติ เพียงแต่ต้องเลือกเครื่องพิมพ์ให้เหมาะสมกับชิ้นงาน สำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM ที่นำมาแนะนำเป็นหลักนี้สามารถสร้างงานที่ดีออกมาได้ แต่ต้องมีการตกแต่งหลังจากพิมพ์ชิ้นงานเสร็จแล้วบ้าง

ตัวอย่างผลงานของเครื่องพิมพ์แบบ FDM รวบรวมมาให้ดูในรูปที่ 30

จัดมาให้อ่านกันแบบจุใจสำหรับเรื่องราวของเครื่องมือที่นักประดิษฐ์ยุคใหม่ควรมีไว้ในครอบครอง เครื่องพิมพ์ 3 มิติจะช่วยยกระดับงานประดิษฐ์ของมือสมัครเล่น นัก DIY และมืออาชีพให้ก้าวไปอีกขึ้นหนึ่ง ทลายข้อจำกัดในการสร้างสรรค์ชิ้นงานต้นแบบหรือชิ้นงานเฉพาะ ภายใต้งบประมาณที่ประหยัดและเป็นไปได้ รวมถึงยังช่วยในคืนชีพชิ้นส่วนที่เสียหรือหายไปให้กลับมาได้ ขอเพียงสร้างแบบเป็น 3 มิติได้เท่านั้น ได้เวลาของเครื่องพิมพ์ 3 มิติแล้ว !

Info Download Buy Contact