เทคนิคการพิมพ์เส้น TPU (Elastic) ให้มีความใส และเงางามมากขึ้น

เรามาทำความรู้จักกันก่อนว่า TPU คืออะไร?
TPU  คือ พลาสติกประเภทเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic Polyurethane) ที่มีความยืดหยุ่นสูง สามารถหลอมละลายได้ หรืออาจมีชื่อเรียกที่เป็นที่รู้จักกันโดยทั่วไปว่า “ยางยูรีเทน” วัสดุ TPU นี้มีความอ่อนนุ่มเหมือนกับยาง เนื่องจากเป็นวัสดุพอลิเมอร์ที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ แต่ในขณะเดียวกันก็มีความแข็งคงตัวด้วยเช่นกัน จัดอยู่ในกลุ่ม “Elastomer” ซึ่งคือพอลิเมอร์ที่มีคุณสมบัติยืดหยุ่น มีแรงยึดระหว่างโมเลกุลอ่อน อย่างกรณีของ TPU ในบางที่อาจถูกเรียกว่า “TPU อีลาสตอเมอร์” หรือ “polyurethane elastomer” เป็นต้น

โดยโพลียูรีเทนได้รับการพัฒนาครั้งแรกในประเทศเยอรมนีในปี ค.ศ.1940 และเริ่มเข้าสู่การผลิตทางอุตสาหกรรมหลังปี ค.ศ. 1952 ในขณะที่จีนเริ่มพัฒนา และผลิตในช่วงกลางปี ค.ศ.1960 ยางโพลียูรีเทนเป็นยางพิเศษชนิดหนึ่งซึ่งสามารถสร้างขึ้นโดยปฏิกิริยาของโพลีอีเทอร์ หรือโพลีเอสเตอร์กับไอโซไซยาเนต

คุณสมบัติของยางโพลียูรีเทน
ค่าโมดูลัสยืดหยุ่นของ TPU อยู่ระหว่างยางกับพลาสติก และคุณสมบัติที่โดดเด่นคือมีทั้งความแข็ง และความยืดหยุ่นในวัสดุเดียว ซึ่งเหนือกว่ายาง และพลาสติกอื่น ๆ
TPU แบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ 1. ประเภทโพลีเอสเตอร์ และ 2. ประเภทโพลีอีเทอร์

• คุณสมบัติทั่วไปของ TPU
  โดยทั่วไปแล้ว TPU มีความทนทานต่ออุณหภูมิที่ดี สามารถใช้งานอย่างต่อเนื่องที่ช่วงอุณหภูมิ 80 ~ 90 องศาเซลเซียส และสามารถทำงานได้ถึงอุณหภูมิประมาณ 120 องศาเซลเซียสในระยะเวลาสั้น ๆ ความทนนทานต่ออุณหภูมิต่ำโพลียูรีเทนก็สามารถทำได้ดีเช่นกัน อุณหภูมิความเปราะของโพลีเอสเตอร์โพลียูรีเทนคือ -40 องศาเซลเซียส และโพลียูรีเทนอยู่ที่ -70 ~ -80 องศาเซลเซียส TPU มีความทนทานต่อน้ำมันค่อนข้างดี แต่ความทนนทานต่อน้ำจะแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับโครงสร้าง TPU สามารถเกิดการย่อยสลายที่รุนแรงกับเอสเทอร์ มีเหตุผลสองประการที่ทำให้ประสิทธิภาพของโพลียูรีเทนลดลง ประการแรก ได้แก่ความชื้น เนื่องจากความชื้นที่แทรกเข้ามาจะสร้างพันธะไฮโดรเจนกับกลุ่มขั้วในโพลียูรีเทน ซึ่งทำให้พันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของโพลีเมอร์อ่อนลง กระบวนการนี้สามารถย้อนกลับได้ และคุณสมบัติทางกายภาพจะกลับคืนมาหลังจากการอบไล่ความชื้น ประการที่สองคือความชื้นที่แทรกเข้ามาทำให้โพลียูรีเทนเกิดไฮโดรไลซ์ และกระบวนการนี้ไม่สามารถย้อนกลับได้ โพลียูรีเทนจะเปลี่ยนสีและเป็นสีเข้มเมื่อโดนแสงแดดเป็นเวลานาน และคุณสมบัติทางกายภาพจะค่อยๆ ด้อยลง อีกทั้งเอนไซม์แบคทีเรียยังสามารถทำให้เกิดการย่อยสลายของโพลียูรีเทนได้ ดังนั้นยางโพลียูรีเทนที่ใช้ในการผลิตทางอุตสาหกรรมจึงมักถูกเติมสารต้านอนุมูลอิสระ ตัวดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลต สารต่อต้านเอนไซม์ และอื่น ๆ เข้าไปด้วย

• คุณสมบัติทางกล
  ความต้านทานแรงดึง : ความต้านทานแรงดึงของยางโพลียูรีเทนอยู่ในระดับสูง โดยทั่วไปสูงถึง 28 ~ 42 mpa และ TPU อยู่ตรงกลางประมาณ 35 mpa
  การยืดตัว : โดยปกติสามารถยืดได้สูงถึง 400% ~ 600% และสูงสุดที่ 1,000%
  ความยืดหยุ่น : ความยืดหยุ่นของโพลียูรีเทนค่อนข้างสูง
  ความต้านทานการสึกหรอ : ความต้านทานการสึกหรอของโพลียูรีเทนดีมาก สูงกว่ายางธรรมชาติ 9 เท่า สูงกว่ายางสไตรีนบิวทาไดอีน 1 ถึง 3 เท่า

หลังจากได้ทำความรู้จักกับ TPU ไปแล้ว ลำดับถัดมาก็จะเข้าสู่ช่วงการพิมพ์งานเพื่อเปรียบเทียบชิ้นงานหลังพิมพ์เสร็จ ไฟล์ที่ใช้ในการทดสอบในครั้งนี้ จะเป็น Twisted 6-sided Vase Basic เนื่องจากตัวโมเดลมีพื้นผิวที่สามารถเล่นกับแสงได้ดี และรูปทรงไม่ซับซ้อนมากนัก สามารถดาวน์โหลดได้ที่ www.thingiverse.com

เครื่อง FDM ที่ใช้ในการทดสอบในครั้งนี้ จะเป็นเครื่อง Flashforge Adventurer 5M รุ่นน้องของ Flashforge Adventurer 5M Pro เรามาดูกันว่าในการพิมพ์เส้นพิเศษอย่างเส้น TPU หรือเส้น Elastic เครื่อง Flashforge Adventurer 5M จะสามารถทำได้ดีแค่ไหน รับชมผลงานได้เลยครับ

ในขั้นตอนการเตรียมไฟล์เราจะใช้โปรแกรม FlashPrint 5  ในการ Slice ไฟล์ที่เราเตรียมมาก่อนหน้านี้ ซึ่งเป็น Freeware สามารถดาวน์โหลดได้ที่ https://flashforge.com

หลังจากเปิดโปรแกรม FlashPrint 5 แล้ว เราจะทำการตั้งค่าด้วยการเลือกเครื่องพิมพ์และขนาดของ Nozzle ที่เราจะใช้งาน ซึ่งในครั้งนี้เราเลือกใช้ Flashforge Adventurer 5M

เมื่อตั้งค่าเสร็จเรียบร้อยแล้ว ลำดับถัดมาเราจะนำเข้าไฟล์ที่เตรียมมา พร้อมกับปรับขนาดให้เล็กลงเพื่อการพิมพ์ชิ้นงานที่รวดเร็วขึ้น (เนื่องจากการพิมพ์งานด้วยเส้น TPU หรือเส้น Elastic จำเป็นต้องใช้ Speed ในการพิมพ์ที่ต่ำมาก ๆ ) หลังจากได้ขนาดโมเดลที่ต้องการแล้วให้คลิกที่ Start Slicing ให้ใช้  Expert Mode เพื่อการตั้งค่าการพิมพ์งานได้อิสระมากขึ้น โดยขั้นแรกให้เลือก Nozzle ขนาด 0.4 มิลลิเมตร และเปลี่ยน Material Type เป็น Flashforge-TPU 95A โดยอุณหภูมิจะใช้ค่าที่โปรแกรมคำนวณมาให้แล้ว

ต่อมาในฟังก์ชัน General ให้ปรับ Layer Hight เป็น 0.10 มิลลิเมตรในโมเดลทดสอบที่ 1 (First Layer Hight เป็น 0.20 มิลลิเมตร เพื่อเพิ่มการยึดติดที่ดี)และ 0.30 มิลลิเมตรในโมเดลทดสอบที่ 2

ในฟังก์ชัน Infill ให้ปรับ Vase Mode เป็น Yes โดยที่ไม่ได้ปรับอะไรเพิ่มเติม เมื่อเรียบร้อยแล้วให้คลิกที่ Slice

หลังจาก Slice เสร็จเรียบร้อยแล้วทั้สองโมเดล เราก็สามารถเซฟไฟล์หรือสั่งพิมพ์ผ่านโปรแกรมได้เลย โดยในการทดสอบครั้งนี้จะเลือกใช้วิธีการเซฟไฟล์ใส่แฟลชไดรฟ์แล้วนำไปเสียบที่เครื่องพิมพ์โดยตรง

 

หลังจากพิมพ์ตัวอย่างแรกที่มี Layer Hight ที่ 0.10 มิลลิเมตรเสร็จเรียบร้อยแล้ว จะสังเกตได้ว่าชิ้นงานมีประกายความเงาเล็กน้อย ไม่ได้เงามากนักและไม่ได้ใสมาก แต่สิ่งที่เป็นเอกลักษณ์ของ TPU ยังคงอยู่นั่นก็คือ ความยืดหยุ่นนั่นเอง จะสังเกตเห็นได้ชัดเจนเลยว่าตัวงานมีความให้ตัวที่ดีมากๆ

และหลังจากพิมพ์ตัวอย่างทั้งสองรูปแบบที่มี Layer Hight ที่ 0.10 มิลลิเมตรและ 0.30 มิลลิเมตรเสร็จเรียบร้อยแล้ว เราจะนำงานทั้งสองชิ้นมาเปรียบเทียบกันว่าเทคนิคการเพิ่ม Layer Hight เพียงอย่างเดียวสามารถเพิ่มความเงาและความใสให้กับชิ้นงานได้มากขึ้นขนาดไหน ไปรับชมกันได้เลยครับ

จากการเปรียบเทียบชิ้นงานทั้งสองจะเห็นได้ว่าชิเ้นงานที่ใช้ Layer Hight ที่ 0.30  มิลลิเมตรมีความเงาและความใสที่มากกว่าการใช้ Layer Hight ที่ 0.10 มิลลิเมตรอย่างเห็นได้ชัด อีกทั้งการเพิ่ม Layer Hight ยังช่วยลดระยะเวลาในการพิมพ์งานได้อีกด้วย เรียกว่าได้ทั้งงานที่สวยงามขึ้นและพิมพ์งานได้เร็วขึ้น เรียกว่ายิงปืนนัดเดียวได้นกถึงสองตัวเลยล่ะครับ

จากการพิมพ์ทดสอบจะเห็นว่าเพียงการปรับค่า Layer Hight เพียงค่าเดียวก็สามารถเปลี่ยนผลลัพธ์ของชิ้นงานที่ออกมาให้แตกต่างกันได้อย่างชัดเจน

หวังว่าบทความนี้จะเป็นประโยชน์ต่อผู้ที่มาเข้าชมไม่มากก็น้อย ขอบคุณครับ

---