3D Printing เทคโนโลยีเปลี่ยนโลกอนาคต

0
8292
เครื่อง 3D Printing

3D Printing เครื่องพิมพ์สามมิติ

3D Printing

ในปัจจุบันนี้เรามีเทคโนโลยีที่อำนวยความสะดวกมากมายหลายประเภท ซึ่งเป็นนวัตกรรมที่เปลี่ยนโลกไปโดยสิ้นเชิญแถมยังประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายไปได้อีกมาก โดยเฉพาะเทคโนโลยีการพิมพ์แบบสามมิติ ที่เพียงแค่สั่งงานผ่าน Computer  เราก็จะได้สิ่งของที่เราต้องการด้วยเวลาอันสั้นและยังสามารถนำไปต่อยอดเพื่อการค้าและธุรกิจได้อีกด้วย จากที่เมื่อก่อนของสิ่งนี้เป็นเพียงจินตนาการที่อยู่ในหนัง Sci – Fi เมื่อก่อน จนมีกลุ่มนักประดิษฐ์นำมาต่อยอดแล้วเป็นเครื่องพิมพ์สามมิติที่ใช้ได้จริง และยังถือว่าเป็นเทคโนโลยีการผลิตสื่อดิจิตอลรูปแบบใหม่อีกด้วย และกำลังแพร่หลายไปยังวงการอุตสาหกรรมต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรมการผลิต อุตสาหกรรมยานยนต์ หรือแม้แต่อุตสาหกรรมอวกาศและการบิน เป็นต้น

ความเป็นมาของเทคโนโลยี 3D Printing ในปัจจุบัน

เทคโนโลยี 3D Printing

การพิมพ์สามมิติในปัจจุบันนี้ คือ เทคโนโลยีการต่อเติมวัตถุจำนวนหลายๆชั้น โดยที่เครื่องพิมพ์สามมิตินั้น ได้ใช้รูปแบบการปั้นเป็นแม่แบบ และถูกนำมาสร้างเพื่อใช้งานทางพาณิชย์ครั้งแรกโดยนาย Chales Hull ในปี 1984 โดยครั้งแรกมีชื่อว่า Stereolithographic 3D printers หรือที่รู้จักกันในชื่อ SLAs ในภาษาไทยเรียกกันง่ายๆว่า เครื่องปั้น นั่นเอง ลักษณะการทำงานของเครื่องนี้ จะทำงานอยู่ในพื้นที่สูญญากาศและใช้ Laser ยิงเช้าไปเพื่อขึ้นรูปเนื้องานทีละชั้นๆจนออกมาเป็นชิ้นงานที่สมบูรณ์และเจ้าเครื่องนี้ยังเป็นเครื่องพิมพ์สามมิติที่ให้ความหนาในแต่ละชั้นของชิ้นงานนั้นๆน้อยที่สุด เพียงแค่ 0.06 มิลลิเมตร หรือแค่ 0.0025 นิ้วเท่านั้น เป็นเครื่องที่นิยมใช้ในวงการแพทย์สำหรับผลิตอวัยวะเทียม และใช้ในวงการอวกาศและการบิน ยังมีเทคโนโลยีสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติอีกแบบที่ใช้การฉายแสงเพื่อให้ของเหลวนั้นแข็งตัวเป็นชิ้นงานที่สมบูรณ์แถมในวงการอุตสาหกรรมการผลิตยังใช้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแบบหลังเป็นเครื่องมือในการผลิตงานอีกด้วย และปัจจุบันเครื่องพิมพ์สามมิติก็ถูกพัฒนาจนใช้วิธีการใช้ Photopolymer แล้วฉายแสงให้ของเหลวนั้นแข็งตัวเพื่อใช้เป็นต้นแบบสำหรับสร้างชิ้นงาน ซึ่งบริษัท Objet (ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของ Statrasys ไปเรียบร้อยแล้ว) เป็นบริษัทแรกที่สามารถคิดค้นหาวิธีนี้ได้ และยังมีอีกหลายๆวิธีเช่นการยืด Layer ทีละชั้นโดยการใช้องเหลวเป็นสารยึดเกาะหรือ Binder Inkjet และ การฉีดชึ้นรูปชิ้นงานขึ้นมาทีละ Layer และใช้เครื่องฉายแสง UV ทำให้ของเหลวที่ฉีดไว้นั้นแข็งตัวขึ้นมา โดยวิธีนี้จะได้ชิ้นงานที่มีผิวงานเรียบมากและมีความแม่นยำสูงอีกด้วย ส่วนวัสดุที่นำมาขึ้นรูปนั้นจะมีหลายประเภท เช่น Photopolymer ซึ่งจะต้องใช้กระบวนการทำให้แข็งตัวสำหรับการขึ้นชิ้นงาน โดยมีหน่วยประมวลผลคอมพิวเตอร์ควบคุมอีกที ผู้ที่คิดค้นวิธีการนี้คือ Scott Crump โดยตั้งชื่อเทคโนโลยีการพิมพ์แบบนี้ว่า “Fused Deposition Modeling” มีชื่อย่อว่า FDM แถมยังเป็นผู้ก่อตั้งบริษัท Statrasys อีกด้วยในปี 1988 และมีอีกหลายๆวิธีการมากที่จะยกตัวอย่างมาให้ทราบกันได้แก่

Selective Laser Sintering (SLS)

เครื่อง 3D Printing

ซึ่งใช้หลักการเดียวกันกับ SLAs แต่เป็นการเผาผนึกวัตถุด้วยแสงเลเซอร์แทน แต่ทำให้สามารถใช้วัสดุที่มีความแข็งแรงมากกว่า เช่น Thermoplastic,Nylon, Polyamide และ Polystyrene โดยวัตถุดิบที่ใช้จะอยู่ในรูปผง เช่น โลหะ พลาสติก เซรามิก และแก้ว เครื่องจะใช้เลเซอร์วาดรูปแบบขึ้นทีละชั้นและพ่นผงเหล่านี้ลงไปหลอมละลายกระทั่งกลายเป็นชิ้นงาน วิธีนี้ใช้ในอุตสาหกรรมเท่านั้น

Digital Light Processing (DLP)

Digital Light Processing

ใช้หลักการเดียวกันกับ SLS แต่ใช้แหล่งกำเนิดแสงเป็นแสงสีขาวเป็นแหล่งกำเนิดแสงจากไฟแอลอีดีเพื่อให้ความร้อนแทนเลเซอร์ วัสดุเป็นยาง, เรซิ่น

Laminated Object Manufacturing (LOM)

Laminated Object Manufacturing (LOM)

เป็นการใช้วัสดุที่เป็นแผ่นบาง ๆ คล้ายกระดาษ เช่น และมีสารยึดติดที่หน้าหนึ่งของแผ่น แล้ว feed เข้าสู่เครื่องตัดด้วยเลเซอร์ เป็นชั้นต่อชั้นขึ้นไป วัสดุที่จะขึ้นรูปจะอยู่ในกลุ่มของเทอร์โมพลาสติก(พีวีซี) โลหะที่เป็นเหล็ก และไม่ใช่เหล็ก

Sheet  Lamination

Sheet  Lamination

เทคนิคนี้เป็นการขึ้นรูปโดยการใช้วัสดุที่เป็นแผ่นวางซ้อนกันไปเรื่อยๆ จนเกิดเป็นชิ้นงาน 3 มิติ เครื่อง 3D Printer ที่ใช้วิธีนี้ ได้แก่ Mcor ซึ่งวัสดุที่ใช้เป็น Sheet หรือแผ่นนั้นเป็นกระดาษธรรมดา ซึ่งผู้ใช้สามารถที่จะพิมพ์งานออกมาเป็นสีได้ โดยเอากระดาษไปพิมพ์สีออกมาก่อน ซึ่ง Software จะคำนวนว่าจะพิมพ์สีตรงไหน เมื่อเสร็จให้นำกระดาษที่พิมพ์เสร็จใส่เข้าเครื่องพิมพ์ เครื่องก็จะเริ่มดึงกระดาษเข้ามาทีละแผ่น แล้วใช้มีดตัดให้เป็นรูปร่างตามชิ้นงานที่ Slice แล้ว หลังจากนั้นตัว เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ก็จะเริ่มดึงกระดาษแผ่นต่อไป ผ่านระบบทากาว ของเครื่อง แล้วนำมาแปะบนกระดาษที่ได้ตัดเอาไว้ก่อนหน้านี้ กระบวนการก็จะวนแบบนี้ไปเรื่อยๆ จนได้ชิ้นงาน 3 มิติออกมา

ในขณะที่หลักการการพิมพ์แบบสามมิตินั้นจะมีหลักการโดยทั่วไปคือ เครื่องจะอ่านการออกแบบจากไฟล์ STL แต่ละชั้นจะมีของเหลว แป้ง กระดาษหรือแผ่นวัสดุเพื่อสร้างแบบจำลองจากชุดข้อมูล การสร้างแต่ละชั้นจะสอดคล้องกับกลุ่มตัวอย่างเสมือนจริงจากรูปแบบที่ออกแบบไว้  ประโยชน์ของเทคนิคนี้คือความสามารถในการสร้างรูปแบบหรือคุณลักษณะทาง เรขาคณิต ความละเอียดของเครื่องพิมพ์อธิบายความหนาของแต่ละชั้นและความละเอียด x-y dpi (จุดต่อนิ้ว)หรือไมโครเมตร ด้วยความหลากหลายของเทคนิคการพิมพ์แบบสามมิตินี้ทำให้เทคโนโลยีนี้สามารถสร้างรูปแบบของโมเดลได้หลากหลาย จึงถูกนำไปใช้ในหลาย ๆ ด้าน โดยการกำหนดที่ใช้นั้นจะขึ้นอยู่กับรูปแบบ ขนาด ความซับซ้อนและจำนวนที่ผลิต  ตัวอย่างโมเดลที่ถูกผลิตขึ้นเช่น เครื่องบินบังคับขนาดเล็กที่สร้างเสร็จภายใน 7 วัน, รถยนต์ ECO CAR ที่วิ่งได้จริงบนถนน, การหล่อชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็คทรอนิกส์ ,เครื่องประดับเงินและทองคำจากไฟล์ดิจิตอล, รองเท้า, เสื้อผ้า ไปจนถึงการพิมพ์อะไหล่ปืนที่สามารถนำมาประกอบเพื่อยิงกระสุนจริงได้ ซึ่งหมายความว่าในอนาคตเครื่องตรวจจับโลหะก็อาจจะไม่สามารถตรวจจับอาวุธที่หล่อขึ้นจากพรินเตอร์ 3 มิติได้อีกต่อไป หรือแม้กระทั่งของกินเทคโนโลยีนี้ก็ถูกนำไปใช้เช่นกัน การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์แบบสามมิติในการแพทย์และชีววิทยาก็น่าสนใจไม่แพ้กัน เพราะสามารถเชื่อมโยงเทคโนโลยีการพิมพ์แบบสามมิติกับการรักษาในหลายๆ ด้าน เช่น ช่วยสร้างโครงร่างเพื่อปลูกถ่ายอวัยวะของผู้ป่วย โครงร่างใบหูแทนกระดูกอ่อนเพื่อให้เซลล์ของผู้ป่วยสร้างขึ้นมาห่อหุ้มเป็นใบ หูใหม่ กระดูกนิ้ว ชิ้นส่วนกระโหลก ขาเทียม ไปจนถึงการสร้างไตเทียมและหลอดเลือดเทียมซึ่งมีระบบโครงสร้างที่ไม่ซับซ้อนเท่าอวัยวะอื่น

โปรแกรมสำหรับการทำงานร่วมกับเครื่องพิมพ์สามมิติ

เครื่องพิมพ์สามมิติ

งานปริ้นโมเดลต้นแบบ 3 มิติ สามารถใช้โปรแกรมสำหรับออกแบบได้หลากหลาย เช่น โปรแกรม AutoCAD, โปรแกรม 3D Studio, โปรแกรม 3Dmax, โปรแกรม Jewerry Cad, โปรแกรม Rhino, โปรแกรม ArtCAM, โปรแกรม Solidwork, โปรแกรม MasterCAM และโปรแกรมออกแบบอื่นๆอีกมากมาย สำหรับท่านที่ทำงานเกี่ยวกับงาน 3D น่าจะคุ้นเคยกับโปรแกรมออกแบบที่ได้

การใช้งานเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติในเชิงพาณิชย์

เครื่องพิมพ์สามมิติ 3D

ส่วนใหญ่หน่วยงานหรือองค์กรที่จะนำเครื่องพิมพ์สามมิติไปใช้ในเชิงพาณิชย์นั้น จะเป็นโรงงานอุตสาหกรรมเป็นส่วนมาก โดยเฉพาะอุตสาหกรรมการผลิต ที่เป็นสายตรงกับเทคโนโลยีนี้อยู่แล้ว ยังไม่รวมไปถึงโรงงานขนาดเล็กที่รับหน้าที่เป็นฝ่ายผลิตให้กับบริษัทอื่นๆอีกมากมาย จากการสำรวจตลาดการค้าในวงการๆพิมพ์สามมิติ พบว่ามีมูลค่าสูงมากกว่า 3 พันล้านเหรียญสหรัฐฯ หรือคิดเป็นค่าเงินบาทก็จะได้มากกว่า 1 แสนล้านบาท (ผลข้อมูลจากการสำรวจในปี 2012) ทำให้วงการนี้กลายเป็นอุตสาหกรรมที่มีเม็ดเงินหมุนเวียนมากที่สุดเป็นลำดับต้นๆของโลก โดยที่จะมีบริษัทหลักๆได้แก่ Statrasys, Archam, ExOne, Orgavono เป็นต้น ในอนาคตเจ้าเครื่องพิมพ์สามมิติกำลังมีแนวโน้มที่จะถูกลงก็น่าจะเป็นโอกาสให้กับผู้ที่สนใจหน้าใหม่ๆได้จับจองเป็นเจ้าของธุรกิจนี้กันได้ไม่ยาก และในตลาดก็ยังเป็นที่ต้องการสูงอีกด้วย

สรุปอนาคตของเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ

3d Printer

เมื่อได้เห็นวิธีการทำงานและความนิยมที่เพิ่มขึ้นหลงจากนี้ไป หลายๆอุตสาหกรรมก็อาจจะต้องหันกลับมามองเทคโนโลยีนี้กันมากขึ้นอย่างแน่นอน ด้วยการทำงานที่รวดเร็วและแม่นยำพร้อมกับราคาวัสดุมีมีแนวโน้มถูกลงอย่างต่อเนื่องนี้ การพิมพ์สามมิติจึงได้ขึ้นชื่อว่าเป็นเทคโนโลยีที่เปลี่ยนโฉมวงการหลายๆแขนงอย่างสิ้นเชิง โดยเฉพาะวงการอุตสาหกรรมการผลิตที่ต้องใช้เครื่องนี้สำหรับการผลิตชิ้นงานโดยตรง  อีกไม่นานเราอาจจะได้เห็นเจ้าสิ่งนี้เป็นเหมือนกับของสามัญประจำบ้าน หรือโรงงานอุตสาหกรรมทุกแห่งอย่างแน่นอน

Source : https://explainingthefuture.com/ https://3dprinter.com/