เครื่อง 3D Printer คืออะไร?
3D Printer หรือ Rapid Prototype (RP) หรือ ที่คนไทยเรียกเครื่องพิมพ์ 3มิติ เครื่องปรินท์ 3มิติ นั้นมีใช้กันมาเกือบ 40 ปีแล้ว แต่ใช้กันในวงจำกัด ในบริษัทขนาดใหญ่ หรือ ใน Lab ใหญ่ๆเท่านั้น เพิ่งจะได้รับความนิยมในผู้ใช้จำนวนมาก และมีราคาลดลง เมื่อประมาณปี 2009 นี่เอง ปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกวงการ ใช้ในการสร้างชิ้นงาน, โมเดล, อะไหล่, ต้นแบบชิ้นงาน เป็นเครื่อง CAM (Computer Aided Manufacturing) ชนิดหนึ่ง
3D Printer นั้นสามารถสร้างชิ้นงานที่เป็นวัตถุจับต้องได้(3มิติ) มีความกว้าง-ลึก-สูง ไม่เหมือนเครื่อง Printer แบบ 2D ที่เราใช้โดยทั่วไปที่พิมพ์หมึกสีลงบนกระดาษ เช่นหากเราพิมพ์ลูกบอลลงบนการกระดาษ(2D) เราจะได้กระดาษที่มีรูปลูกบอลอยู่ แต่หากเราพิมพ์จาก 3D Printer เราจะได้ลูกบอลทรงกลมมากลิ้งบนพื้นได้ 
หลักการทำงาน
3D Printer เกือบทุกเครื่องนั้นใช้หลักการเดียวกัน คือพิมพ์ 2มิติแต่ชั้นในแนวระนาบกับพื้นโลก XY ก่อน ส่วนที่พิมพ์ก็คือภาพตัดขวาง-Cross Section ของวัตถุนั้นๆเอง พอพิมพ์เสร็จในสองมิติแล้วเครื่องจะเลื่อนฐานพิมพ์ไปพิมพ์ชั้นถัดไป พิมพ์ไปเรื่อยๆหลายร้อย หลายพันชั้น จนออกมาเป็นรูปร่าง 3 มิติ การเลื่อนขึ้นหรือลง(เลื่อนในแนวแกน Z)ของฐานพิมพ์ นี่เองทำให้เกิดมิติที่ 3
หมึกที่ใช้ของ 3D Printer แตกต่างกันออก บางชนิดพิมพ์โดยฉีดเส้นพลาสติกออกมาก บางชนิดพ่นน้ำเรซิ่นออกมา แล้วฐานแสงให้เรซิ่นแข็งในแต่ละชั้น บางชนิดฉีดซีเมนต์-3D Printer สร้างบ้าน, น้ำตาล-3D Printer ทำขนม, หรือแม้กระทั่งสเต็มเซลล์-3D Printer กับการพิมพ์อวัยวะ ก็มี
โดยปรกตินั้นเราจะวัดความละเอียดในการพิมพ์ของเครื่อง 3D Printer ในหน่วนไมครอน เช่น 100-Micron(0.1mm) ต่อชั้น หมายความว่าในแต่ละชั้นนั้นเครื่องจะพิมพ์ให้มีความสูง 0.1mm ดังนั้นหากโมเดลมีความสูง 10mm เครื่องพิมพ์จะพิมพ์ทั้งหมด 100 ชั้น หากพิมพ์ที่ความละเอียด 50-Micron เครื่องจะพิมพ์ทั้งหมด 200 ชั้น ซึ่งแน่นอนที่ความละเอียด 50-Micron นั้นได้งานละเอียดกว่าและสวยกว่าแน่นอน แต่ใช้เวลาเพิ่มขึ้นประมาณเท่าตัว
ไฟล์ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3มิติ นั้นเป็นไฟล์ 3มิติ แทนที่จะเป็นรูปภาพเหมือนในเครื่องพิมพ์บนกระดาษทั่วไป 3D File นี้อาจสร้างจากโปรแกรม เช่น AutoCAD, SolidWork, 3Ds Max, Zbrush, Maya, SketchUp หรือ แม้กระทั่ง PhotoShop รุ่นใหม่ก็มีส่วนที่ Support 3D Printer แล้ว
ไฟล์ 3D สามารถโหลดฟรีได้ที่นี่
3D Printer มีกี่ประเภทอะไรบ้าง?
ทางผู้เขียนขอแบ่งประเภทของเครื่องพิมพ์ด้วยกระบวนการพิมพ์และวัสดุที่ใช้ดังนี้
1. ระบบฉีดเส้นพลาสติก (FDM หรือ FFF)
FDM หรือ Fused Deposition Modeling หรือ บางสำนักเรียกเครื่องระบบนี้ว่า FFF เป็นเครื่องพิมพ์ 3มิติ ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน มีหลักการทำงานคือ การหลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้นผ่านหัวฉีด (Nozzle) หากเปรียบเทียบคงเปรียบเทียบได้กันปืนกาวที่ใช้กันทั่วไป เครื่อง FDM 3D Printer จะวาดเส้นพลาสติกที่ถูกฉีดออกมา เป็นรูปร่างในแนบแกนระนาบ เมื่อเสร็จชั้นหนึ่งๆก็จะพิมพ์ในชั้นต่อๆไป เมื่อครบหลายร้อย หรือ หลายพันเลเยอร์ ก็จะได้ออกมาเป็นรูปร่าง 3มิติ ตามวัตถุที่เราใส่เข้าไป โดยวัสดุที่มาในรูปแบบเส้นพลาสติก หรือ Filament PLA, ABS
ระบบ เป็นระบบที่นิยมที่สุด และถูกที่สุด ใช้ได้กับงานทุกประเภท ชิ้นงานที่พิมพ์สามารถขัด/แต่ง/เจาะ ได้ สามารถใช้เป็นชิ้นส่วนในเครื่องจักรได้ นำมาใช้ได้จริง อีกทั้งเครื่องยังสามารถใช้วัสดุได้หลากหลาย และหาได้ง่ายตามท้องตลาด เช่น เส้น PLA, ABS, PET, Nylon, Wood(พลาสติกผสมไม้), Bronze(พลาสติกผสมทองเหลือง) เป็นต้น แต่ข้อเสียคือ ผิวงานที่พิมพ์ออกมาเป็นรองระบบอื่นๆ
ข้อดีของระบบ FDM
2. ระบบถาดเรซิ่น (SLA หรือ DLP)
SLA หรือระบบ DLP นั้นมีหลักการทำงานเหมือนกัน กล่าวคือ เครื่องระบบนี้จะฉายแสงไปตัวถาดที่ใส่เรซิ่นความไวแสงไว้(Photo Resin/Photopolymer) เมื่อเรซิ่นถูกแสงจะแข็งตัวเฉพาะจุดที่โดนแสง จึงใช้หลักการแข็งตัวของเรซิ่นนี้ในการทำชิ้นงานให้เกิดรูปร่างขึ้นมา เมื่อทำให้เกิดรูปร่างขึ้นในชั้นหนึ่งๆแล้วเครื่องก็จะเริ่มทำให้แข็งเป็นรูปร่างในชั้นต่อๆไป จนเกินเป็นชิ้นงานวัตถุที่จับต้องได้
ระบบ SLA(Stereolithography)และ DLP(Digital Light Processing) ต่างกันที่ต้นกำเนิดของแสง ระบบ SLA มีแหล่งกำเนิดเส้นเป็นเลเซอร์ ดังนั้นจะยิงแสงเลเซอร์ที่ว่านี้ไปที่เรซิ่นโดยวาดเส้นเลเซอร์ไปเรื่อยๆ ถ้าต้องการพิมพ์ชิ้นงานใหญ่หน่อยก็จะใช้เวลาวาดนานกว่าชิ้นงานเล็ก ส่วน DLP นั้นใช้โปรเจกเตอร์ DLP Project ฉายภาพ ภาพที่ฉายนั้นจะครอบคลุมทั้งเลเยอร์เลย จุดนี้เองทำงานให้แตกต่าง DLP ใช้เวลาในการพิมพ์น้อยกว่า แล้วไม่ขึ้นกับจำนวนชิ้นงานบนฐานพิมพ์ เนื่องจากไม่ต้องลากที่ละเส้น
ปัจจุบัน 2019 มีการพัฒนาระบบการพิมพ์โดยใช้ LCD ในการพิมพ์ ทำให้ลดต้นทุนในการพิมพ์ลงไปมาก และเริ่มมาแทนที่ระบบ DLP หลักการทำงานคือการเปิด-ปิดจุด Pixel ให้แสง UV ลอดผ่าน เครื่องระบบ LCD จะมีขนาดที่เล็ก คุณภาพงานโอเค แต่อย่างไงก็ยังสู้ระบบ SLA ที่ยิ่งแสงด้วย Laser ไม่ได้
การพิมพ์ระบบถาดเรซิ่นนี้ เหมาะกับงานชิ้นเล็กๆที่ต้องการความละเอียดสูง เครื่องโดยทั่วไปจะพิมพ์ชิ้นงานได้ชิ้นไม่ใหญ่มาก จึงเหมาะกับธุระกิจ เครื่องประดับ Jewelry, งานหล่อ, ชิ้นส่วนเล็กในงานอุตสาหกรรม, ออกแบบผลิตภัณฑ์, งานโมเดลฟีกเกอร์ หรือแม้กระทั่งงานพระเครื่อง
3. ระบบผงยิปซั่ม+สี Ink Jet (Powder 3D Printer หรือ ColorJet Printing)
Powder 3D Printer หรือ บางคนติดปากว่าเครื่องพิมพ์ระบบแป้ง เป็นระบบใช้ผงยิปซั่ม/ผงพลาสติก เป็นตัวกลางในการขึ้นชิ้นงาน โดยเครื่องจะทำงานคล้ายระบบ Inkjet แต่แทนที่จะพิมพ์ไปบนกระดาษ เครื่องจะพิมพ์ลงไปบนผงยิปซั่ม โดยจะพิมพ์สีลงไปเหมือนกัน ต่างกันที่ระบบจะฉีด Blinder หรือ กาว ลงไปด้วยในการผสานผงเข้าด้วยกันเป็นรูปร่าง เมื่อสร้างเสร็จในชั้นหนึ่ง เครื่องจะเกลี่ยผงยิปซั่มมาทับเป็นชั้นบางๆในชั้นต่อไป เพื่อเตรียมพร้อมให้เครื่องพิมพ์สีและ Blinder อีกครั้ง
เครื่องระบบนี้มีจุดเด่นมากคือ สามารถพิมพ์สีได้สมจริงเครื่องพิมพ์ Inkjet โดยทั่วไป จึงเหมาะในกับงานศิลปะ โมเดลคนเหมือนจริง หุ่นจำลอง หรือ ชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสมจริง ข้อเสียคือ งานที่ได้มีความเปราะเหมาะปูนพลาสเตอร์ คือหล่นแล้วแตก ข้อเสียอีกข้อนึ่งคือ คนข้างสกปรกเนื่องจากเป็นผง ทำให้ฝุ่นผงเยอะ ยากในการทำความสะอาด
4. ระบบหลอมผงพลาสติก, ผงโลหะ, เซรามิก (SLS)
ระบบ SLS หรือ Selective laser sintering เป็นระบบที่มีหลักการทำงานคล้ายระบบ SLA ต่างกันตรงที่แทนที่ว่าจะทำให้เรซิ่นแข็งตัวโดยการฉายเลเซอร์ SLS จะยิงเลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวัสดุ ความร้อนจากเลเซอร์นั้นเองทำให้ผงวัสดุหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน
กระบวนการเริ่มจากถาดที่ใส่ผงวัสดุ เช่นผงทองเหลือง เครื่องจะเริ่มยิงเลเซอร์ความเข้มข้นสูงไปยังผงทองเหลืองในถาด เมื่อยิงไปยังตำแหน่งใดผงทองเหลืองจะหลวมรวมเป็นรูปร่างที่ตำแหน่งนั้นๆ พอพิมพ์เสร็จในเลเยอร์หนึ่งๆแล้ว เครื่องจะเกลี่ยผงทองเหลืองบางๆมาทับในชั้นต่อไป เพื่อเริ่มกระบวนการยิงเลเซอร์เพื่อหลอมละลายใหม่ ทำไปซ้ำไปเรื่อยๆหลายร้อย หลายพันชั้นจนเกิดมาเป็นวัตถุที่ต้องการ
ระบบนี้มีข้อดีอย่างมากคือได้งานออกมาเป็นโลหะ หรือ พลาสติกพิเศษ โดยใช้ผงของวัสดุนั้นไปเลย แต่ข้อเสียสำคัญคือ เครื่องมีราคาสูง หากเทียบกับระบบอื่น
5. ระบบอื่นๆ
นอกจากระบบต่างๆที่กล่าวไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีระบบอีกหลากหลายและเพิ่มขึ้นเรื่อย ข้างล่างจะเป็นระบบที่น่าสนใจอีกเช่นกัน
-
ระบบ Poly Jet ระบบ PolyJet
นั้นใช้หลักการเดียวกับ เครื่องพิมพ์แบบ Inkjet แทนที่จะพ่นแม่สีออกมาบนกระดาษ เครื่องแบบ PolyJet จะมีหัวฉีด Jet พ่นเรซิ่นออกมาแล้วฉายให้แข็งโดยแสง UV อีกรอบ ทำไปที่ละชั้นเรื่อยจนออกมารูปร่างชิ้นงาน 3 มิติ เครื่องระบบนี้จะมีความแม่นยำสูง แต่มีราคาค่อนข้างแพง
-
ระบบกระดาษ
ระบบ กระดาษ ระบบนี้จะพิมพ์สีลงบนกระดาษ และมีไดคัทตัดกระดาษไปในตัว ระบบนี้นี้คล้ายระบบ Powder 3D Printer ต่างกันตรงที่แทนที่วัสดุจะเป็นผงยิปซัม วัสดุจะเป็นกระดาษแทน
- FFF 3D Printer ระบบเส้น คืออะไร? มีกี่ประเภท?
- SLA 3D Printer ระบบเรซิ่น คืออะไร? มีกี่ประเภท? (update 2021)
- 3D Scanner คืออะไร? มีกี่ประเภท? (update 2021)
- Laser Cut/Engrave มีกี่แบบ อะไรบ้าง? CO2, Fiber, Diode (update 2021)