SLA 3D Printer ระบบเรซิ่น คืออะไร มีกี่ชนิด??

Admin 101, ข่าวสาร , , ,
SLA 3D Printer ระบบเรซิ่น คืออะไร มีกี่ชนิด??

บทความนี้เราจะมาทำความรู้จัก SLA Printer – เครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบเรซิ่น Stereolithography ระบบนี้จะขึ้นรูปด้วยน้ำเรซิ่นไวแสงโดนแสง UV ตรงจุดไหนก็แข็ง ระบบนี้จัดว่าเป็นระบบที่มีความละเอียดมากที่สุด แต่ก็มีความยุ่งยากในการทำงานเหมือนกันเพราะสารตั้งต้นเป็นของเหลว งานที่ออกมาต้องล้างทำความสะอาดกัน ระบบนี้แบ่งได้หลายประเภทเช่น ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์UV (เรียก SLA), ขี้นรูปด้วยแสงโปรเจคเตอร์เรียก (เรียก DLP), ขึ้นรูปผ่านหน้าจอ LCD (เรียก MSLA – Masked Stereolithography)

พิมพ์งานได้รายละเอียดสวยงาม, ขึ้นรูปด้วยแสง UV, วัสดุตั้งต้นเป็นของเหลว PhotoResin

ประวัติคร่าวๆ SLA ถือว่าเป็นจุดกำเนิดของ 3D Printer เลยก็ว่าได้มีมาก่อนระบบเส้น FFF เสียอีก โดยจุดกำเนิดเกิดจากงานวิจัยของคุณ Hideo Kodama ที่นาโกย่าประเทศญี่ปุ่นในปี 1980 หลักการคือการทำให้เรซิ่นไวแสงแข็งเป็นชั้นๆ ซ้อนทับกันทำให้เกิดเป็นรูปร่าง 3มิติ ต่อมามีผู้เริ่มเอาความคิดดังกล่างจากเป็นเครื่องพิมพ์ 3มิติ (สมัยนั้นเรียก RP Rapid Prototype) มาขายจริงจังด้วย Brand 3D Systems ในปี 1984 โดยแรกใช้ในการวงการจากต้นแบบผลิตภัณฑ์ ระบบนี้พัฒนาต่อมาเรื่อยๆเป็นเวลา 30ปี เมื่อสิทธิบัตรหมดลงทำให้การพัฒนาเพิ่ม และราคาถูกลง แตกแขนงเป็นระบบ DLP จากขึ้นรูปด้วยเลเซอร์เป็นโปรเจคเตอร์ และน่าล่าสุดในปี 2018 มีการใช้จอ LCD ในการขึ้นรูปร่าง 3มิติ

คุณ Hideo Kodama นักวิจัยผู้ให้กำเนิด หลักการ SLA ปี1980
ผลงานวิจัยของคุณ Hideo Kodama / ถือได้ว่าเป็น 3D Model ชิ้นแรกๆของโลก
3D Printer เชิงพาณิชย์เครื่องแรกๆของโลก 3D Systems พิมพ์ล้อแมครถยนต์ ปี 1984

ระบบนี้มีเรซิ่นให้เลือกหลากหลาย บริษัทใหญ่ๆอย่าง Formlabs, 3D Systems, Envisiontec จะมีเรซิ่นหลายหมวดตั้งแต่ วิศวกรรม, การแพทย์, Jewelry โดยเปลี่ยนสารเคมีในสารเหลวตั้งต้น (monomer) เนื่องจากเรซิ่นเป็นของเหลว และการควบคุมจุดยิงแสงเลเซอร์ได้เล็กมากเช่น 20micron ทำให้การขึ้นรูปด้วยระบบนี้มีความละเอียดสูงมาก

หลักการทำงานของ ระบบ SLA

เช่นเดียวกับ เครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบอื่นๆหลักการทำงานคือการพิมพ์ชิ้นงานทีละชั้นไปเรื่อยๆ (Layer by Layer) โดยวัสดุตั้งต้นของระบบนี้คือเรซิ่น ที่มีส่วนผสมระหว่าง Monomer และ Photoinitiator สารที่ถูกแสง UV จะเชื่อม Monomer เป็น Polymer พลาสติกนั้นเอง เมื่อฉายแสง UV เฉพาะเจาะจงตามลวดลายที่ต้องการสามารถทำให้เกินแผ่นพลาสติกแข็งเป็นชั้น หลายๆชั้นต่อกันออกมาเป็นรูปร่าง 3มิติ โดยหลักๆแล้วเครื่องสามารถแบ่งได้ตามแหล่งกำเนิดแสง เช่นจากเลเซอร์เรียก SLA, จาก Projector เรียก DLP, ผ่านหน้าจอ LCD เรียก MSLA เป็นต้น สามารถแบ่งตามทิศทางการขึ้นรูป เช่น แสงอยู่ด้านบน จุ่มงานลงด้านล่าง เรียก Top Down SLA, แสงอยู่ด้านล่าง ดึงชิ้นงานขึ้นเรียก Bottom Up SLA เป็นต้น

เครื่องพิมพ์ 3มิติ ระบบ SLA ขนาดใหญ่นิยมใช้กันมากในปัจจุบัน เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์, ชิ้นส่วนเครื่องจักร, โมเดล

SLA เครื่องมีกี่ประเภท

  • Top Down SLA เป็นเครื่องพิมพ์ 3มิติระบบแรกที่ถือกำเนิด และ ยังนิยมใช้ถึงปัจจุบัน ระบบนี้จะขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ UV ด้านบนยิงลงมาบนถังเรซิ่นด้านล่าง (ถังเรซิ่นจะจุเรซิ่นอยู่เต็ม 250Kg+ ขึ้นไป) เมื่อพิมพ์แต่ละชั้นเสร็จฐานพิมพ์จะจุ่มลงไปในไปถังลึกขึ้นเรื่อยๆ ชิ้นงานจะจมอยู่ในถังพิมพ์ จึงเรียกระบบนี้ว่า Top Down SLA ระบบนี้ให้คุณภาพงานสูงสุด พิมพ์งานได้ขนาดใหญ่ นิยมใช้ในอุตสาหกรรม ข้อเสียคือเครื่องใหญ่(ต้องมีถังใส่เรซิ่น) มีราคาสูง ราคาหลักล้านขึ้นไป หากมาหางานพิมพ์เกิน 60cm+ ขึ้นไปต้องเป็นระบบนี้ตัวเดียวจบ ระบบนี้พิมพ์ได้ใหญ่สุด คุณภาพดีสุด Support น้อย แต่เครื่องใหญ่ และราคาสูง
SLA Top Down จะมีถังน้ำเรซิ่นขนาดใหญ่ เลเซอร์จะยิงชิ้นงานให้แข็งที่ละชั้นๆ เมื่อพิมพ์เสร็จเครื่องจะจุ่มลึกลงไปในถังเรซิ่นเพื่อพิมพ์ชั้้นต่อไป

  • Bottom Up SLA เป็นเครื่องพิมพ์ ที่พัฒนาต่อมาจาก Top Down ซึ่งต้องการให้เครื่องมีขนาดเล็กลง ระบบนี้จะยิงแสงเลเซอร์ จากด้านล่าง ผ่านถาดพิมพ์ที่ด้านล่างใสให้แสงลดผ่าน ฐานพิมพ์จะดึงชิ้นงานขึ้นไปเรื่อยๆ ระบบนี้เป็นที่นิยมเพราะว่าเครื่องมีขนาดเล็กลง แต่ยังติดที่ข้อจำกัดที่ไม่สามารถพิมพ์ขนาดใหญ่ๆได้ (เช่น เกิน 30cm)ต้องสร้าง Support ขนาดใหญ่เพื่อรองรับนน.ชิ้นงาน และแรงดึงให้หลุดออกจากถาด วัสดุชิ้นเปลื้องของระบบนี้คือถาดพิมพ์ด้วย เพราะทุกครั้งที่ดึงชิ้นงานออกจากถาดจะเกิดการเสียดสี ถาดจะขุ่นขึ้นเรื่อยๆทุกครั้งที่ใช้งาน จึงต้องเปลี่ยนตามอายุการใช้งาน
SLA Bottom Up ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ แต่เครื่องมีขนาดเล็กลง ถาดใส่เรซิ่นไม่ต้องเต็ม แต่มีข้อจำกัดเมื่อพิมพ์ชิ้นงานใหญ่เกิน 30cm

  • DLP เป็นเครื่องระบบเรซิ่น ฉายแสงโดยเครื่องโปรเจคเตอร์ UV เวลาฉายแสงจะฉายทีละระนาบภาพตัดขวาง หรือ Cross Section ระบบนี้นิยมใช้กันช่วงหนึ่ง ก่อนที่จะมาพัฒนาต่อเป็นแบบ LCD ซึ่งเป็นแผ่นบางๆ และราคาถูกกว่า Projector  ระบบ DLP มีความเร็วในการพิมพ์สูงกว่า SLA ทั่วๆไปเนื่องจากฉายภาพทีละระนาบแทนการยิงลากแสงเลเซอร์

  • LCD / MSLA เป็นระบบที่มีการพัฒนาต่อมาจาก DLP โดยเปลี่ยนจากการฉาย Projector มาเป็นการเปิด-ปิดให้แสง UV ลอดผ่านโดยใช้หน้าจอ LCD แสง UV จะลอดผ่าน เริ่มแรกที่ใช้กันจะใช้ LCD ธรรมดา RGB ที่ใช้กันในวงการหน้าจอสี ที่มีปัญหาคือดำ/ขาวไม่สนิทอายุการใช้งานน้อย ต่อมาพัฒนามาใช้ LCD แบบ Mono ขาว-ดำ การใช้งานยาวนานและการพิมพ์เร็วขี้น แต่ยังติดข้อจำกัดขนาดของการพิมพ์เช่นกันกับระบบ Bottom Up อื่นๆ ยากที่จะพิมพ์ใหญ่กว่า 30cm+ เพราะติดเรื่องน้ำหนักชิ้นเมื่อดึงขึ้น

วัสดุตั้งต้นเรซิ่น มีหลายประเภท มีอะไรน่าสนใจ

  • เรซิ่นไวแสงแต่ละระบบอาจจะไม่เหมือนกันหลักๆมี  UV 405nm – ใช้เครื่องทั่วๆไป , UV 355nm ส่วนมากจะใช้กับ SLA แบบ Top down กรุณาเลือกเรซิ่นให้ถูกกับความยาวคลื่นของเครื่องด้วยครับ
  • เจ้าใหญ่ๆดีๆ จะมีเรซิ่นหลากหลาย เค้ามีทีมพัฒนาวัสดุศาสตร์ของตัวเองเลย ตัวเครื่องจึงแพงกว่าเจ้าที่พิมพ์เรซิ่นธรรมดา เช่น Formlabs
  • ทั้งแบบ Engineer (จาก Formlabs) – Rigid 10K แข็งพิเศษ, Tough เหนียวพิเศษ, High Temp ทนความร้อนสูง, Flexible วัสดุที่มีความยืดหยุ่น
  • เรซิ่นทางการแพทย์ Medical (จาก Formlabs) – Surgical Guide เรซิ่นสำหรับผ่าตัด, LT Clear เรซิ่นทางทันตกรรมในช่องปาก
  • มีเรซิ่นแปลกๆมีมากมาย เช่น Resin Ceramic เพื่อพิมพ์เสร็จเอาไปเข้าเตาอบความร้อนสูง เผาออกมาเป็นภาชนะ หรือ รูปทรงเซรามิกได้
  • เรซิ่นอีกตัวที่นิยมกันมากคือ Wax Resin ในใช้วงการ Jewelry เมื่อพิมพ์เสร็จออกมา นำชิ้นงานที่ได้ไปหล่อเป็น Lost Wax แทนที่ด้วยโลหะมีค่า เช่น เงิน ทองคำเป็นต้น

สรุป

  • SLA หรือเครื่องพิมพ์ระบบเรซิ่น เป็นระบบที่พิมพ์แล้วสวยที่สุด มีวัสดุให้เลือกหลากหลายที่สุด
  • การใช้งานเลอะเทอะ เนื่องจากวัสดุตั้งต้นเป็นของเหลว เหนียวและเป็นสารเคมี แบรนด์ดีๆทำมาให้ใช้งานได้ง่ายขึ้น เช่น Formlabs แต่ก็ยังใช้งานยากอยู่ดี
  • แม้เป็นระบบที่เก่าแก่ที่สุด ปัจจุบันนิยมใช้กันอยู่
  • LCD Printer หรือ MLCD เริ่มเป็นที่นิยม เพราะมีราคาถูก เอื้อมถึง คุณภาพโอเค แต่ยังมีข้อจำกัดเรื่องขนาดในการพิมพ์ ได้ใหญ่ประมาณ 30cm (ทั้งความละเอียดของหน้าจอ, Bottom Up ถ้าเครื่องขนาดใหญ่ไป จะสู้แรงตึงผิว น้ำหนักชิ้นงาน ไม่ได้)
  • SLA ขนาดใหญ่ 60cm+ จะมีแต่ในระบบ SLA Top Down นิยมใช้ในการทำชิ้นส่วนรถยนต์ เครื่องบิน ออกแบบผลิตภัณฑ์ งานพุทธศิลป์ งาน Event

แนะนำ เลือกซื้อ

  • ถ้าต้องการพิมพ์ 3D Printer ทั่วไปๆ หาไว้ใช้งาน ดูแลรักษาง่าย ปลอดภัยกว่า ไม่แนะนำ SLA Printer ให้เลือก FFF Printer เครื่องพิมพ์ระบบเส้นแทน
  • ถ้าคำนึงคุณภาพงาน ความเรียบความสวยงามเป็นหลัก เลือก SLA Printer
  • ถ้าต้องพิมพ์ชิ้นงานขนาดต่อชิ้นใหญกว่า 60cm+ แนะนำ SLA Printer Professional แพงหลักล้าน แต่งานจบ

พิมพ์ 3 มิติระบบเรซิ่น LCD / MSLA ราคาเอื้อมถึง
เครื่องพิมพ์ 3มิติ ความละเอียดสูง ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ มีวัสดุรองรับมากมาย

พิมพ์ 3 มิติระบบเรซิ่น SLA Prosumer – รองรับเรซิ่น วิศวกรรม, การแพทย์ กว่า 40ชนิด
เครื่องพิมพ์ 3มิติ ความละเอียดสูง ขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ มีวัสดุรองรับมากมาย

พิมพ์ 3 มิติระบบเรซิ่น ขนาดใหญ่ Kings SLA Pro ถึง 1.7เมตร
เครื่องพิมพ์ 3มิติ เกรดอุตสาหกรรม ได้ทั้งความละเอียดสูง พิมพ์ได้ใหญ่ 600-1700mm สำหรับงานชิ้นส่วนรถยนต์, งานศิลปกรรม, งานประติมากรรม