การพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการผลิตที่สร้างวัตถุสามมิติจากไฟล์ดิจิทัล กระบวนการนี้เรียกว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ (additive Manufacturing) ซึ่งหมายความว่าวัสดุจะถูกเพิ่มเข้าไป ไม่ใช่ลบออก
ด้วยการพิมพ์ 3 มิติ คุณจะสร้างการออกแบบดิจิทัล 3 มิติในโปรแกรมสร้างแบบจำลองที่รู้จักกันในชื่อซอฟต์แวร์ CAD จากนั้นใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อผลิตชั้นของวัสดุเพื่อสร้างวัตถุสำเร็จรูป ธุรกิจ นักวิจัย ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ งานอดิเรก และอื่นๆ ใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ
มาดูว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นอย่างไร ทำงานอย่างไร ใช้ทำอะไร และอนาคตของเทคโนโลยีนี้จะเป็นอย่างไร
การพิมพ์ 3 มิติอาจเป็นส่วนหนึ่งของภาพยนตร์เรื่องโปรดของคุณ อุปกรณ์ประกอบฉากในภาพยนตร์ เช่น Black Panther, Iron Man, The Avengers และ Star Wars ใช้การพิมพ์ 3 มิติ ช่วยให้นักออกแบบฉากสร้างและสร้างอุปกรณ์ประกอบฉากได้อย่างง่ายดายและราคาไม่แพง
ประวัติศาสตร์ (และอนาคต) ของการพิมพ์ 3 มิติ
ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติปรากฏขึ้น แต่เป็นที่รู้จักในชื่อเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วหรือ RP ในปี 1980 Dr. Kodama แห่งประเทศญี่ปุ่นได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยี RP แต่กระบวนการนี้ยังไม่เสร็จสิ้น
ในปี 1984 Charles "Chuck" Hull ได้คิดค้นกระบวนการที่เรียกว่า stereolithography ซึ่งใช้แสงยูวีเพื่อทำให้วัสดุแข็งตัวและสร้างวัตถุ 3 มิติทีละชั้น ในปี 1986 ฮัลล์ได้รับสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ stereolithography หรือเครื่อง SLA
Chuck Hull เดินหน้าก่อตั้ง 3D Systems Corporation ซึ่งเป็นหนึ่งในบริษัทเทคโนโลยี 3D ที่ใหญ่ที่สุดในโลก
กระบวนการและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติอื่นๆ ได้รับการพัฒนาในเวลาเดียวกัน และการปรับปรุงเพิ่มเติมยังคงดำเนินต่อไปตลอดช่วงทศวรรษ 1990 และต้นทศวรรษ 2000 อย่างไรก็ตาม จุดสนใจหลักของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติคือการสร้างต้นแบบและการใช้งานในอุตสาหกรรม
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเริ่มเป็นที่รู้จักในสื่อกระแสหลักในปี 2543 เมื่อมีการสร้างไตที่พิมพ์ 3 มิติครั้งแรก แม้ว่าการปลูกถ่ายไต 3 มิติที่ประสบความสำเร็จจะไม่เกิดขึ้นจนถึงปี 2556 ในปี 2547 โครงการ RepRap มี เครื่องพิมพ์ 3D พิมพ์เครื่องพิมพ์ 3D อีกเครื่องหนึ่ง ได้รับความสนใจจากสื่อมากขึ้นในปี 2008 ด้วยแขนขาเทียมที่พิมพ์ 3 มิติตัวแรก
ความก้าวหน้า 3 มิติอื่นๆ ตามมาอย่างรวดเร็ว รวมถึงโรงพิมพ์ 3 มิติที่ครอบครัวย้ายเข้ามาในปี 2018
วันนี้ การพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นเพียงเกี่ยวกับต้นแบบและการผลิตเชิงอุตสาหกรรมเท่านั้น ผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก นักวิทยาศาสตร์ และทุกคนที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ สินค้าอุปโภคบริโภค ความก้าวหน้าทางการแพทย์ สื่อการศึกษา และอื่นๆ เป็นประโยชน์ต่อผู้บริโภคในชีวิตประจำวันมากขึ้นอย่างรวดเร็ว
Oscar Adelman ซีอีโอของ Remi กล่าวว่ากระบวนการนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมทันตกรรม เป็นต้น ความแม่นยำของการพิมพ์ 3 มิตินั้นน่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ และสามารถช่วยให้ลูกค้าทันตกรรมประหยัดผลิตภัณฑ์ได้มากถึง 80 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับราคาสำนักงานทันตกรรมแบบดั้งเดิม
"ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์เร็วขึ้น ถูกกว่า และเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เราจะเห็นอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ภาคทันตกรรมพึ่งพาเทคโนโลยีสำหรับกระบวนการในชีวิตประจำวันมากขึ้น" เขากล่าว
การพิมพ์แบบ 4 มิติกำลังมา พร้อมกับวัตถุที่พิมพ์ที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อเวลาผ่านไป
เครื่องพิมพ์ 3 มิติทำงานอย่างไร
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีหลายประเภท รวมถึง Fused Deposition Modeling (FDM) หรือที่เรียกว่า Fused Filament Fabrication (FFF) FDM เป็นวิธีที่ใช้กันทั่วไปและเป็นที่นิยมมากที่สุด และใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ราคาไม่แพงที่สุด
วิธีการพิมพ์แบบ FDM ใช้เส้นใยพลาสติกคล้ายเชือก ฟิลาเมนต์ถูกป้อนจากการม้วนเข้าในหัวร้อน ซึ่งละลายพลาสติก หัวพ่นพลาสติกที่หลอมละลายลงบนเตียงของเครื่อง ศีรษะเคลื่อนไปเหนือเตียงใน 2D โดยวางวัสดุชั้นแรก
เมื่อชั้นแรกเสร็จสมบูรณ์ หัวจะถูกเลื่อนขึ้นตามความหนาของชั้นแรก และชั้นถัดไปจะวางทับอยู่ด้านบน ชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นทีละชั้น เหมือนอบขนมปังเป็นชิ้นเป็นชิ้น
เครื่องพิมพ์ FDM 3D ยอดนิยม ได้แก่ MakerBot และ Ultimaker
ตัวอย่างวิธีใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ
มาดูว่าการพิมพ์ 3D แบบง่าย ๆ อาจทำงานบนเครื่องพิมพ์ FDM ได้อย่างไร
-
ดาวน์โหลดโมเดล 3 มิติที่คุณต้องการพิมพ์ หรือออกแบบด้วยตัวคุณเอง
ค้นหารุ่นที่ดาวน์โหลดได้บน Thingiverse หรือ GrabCAD หากต้องการออกแบบโมเดลด้วยตัวเอง ให้ลองใช้ SketchUp หรือ Blender สำหรับชิ้นส่วนทางวิศวกรรม ลองใช้ซอฟต์แวร์ CAD เช่น SolidWorks
- หากยังไม่ได้ทำ ให้แปลงโมเดลเป็นรูปแบบการพิมพ์ 3 มิติ เช่น ไฟล์ STL
-
นำเข้าโมเดลลงในซอฟต์แวร์สไลซ์ เช่น MakerWare, Cura หรือ Simplify 3D
MakerWare ใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ MakerBot Cura และ Simplify 3D ผลิต G-code ซึ่งใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์ 3D ส่วนใหญ่
-
กำหนดค่าบิลด์ในซอฟต์แวร์สไลซ์ ตัดสินใจว่าจะวางแนวโมเดลบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติอย่างไร สำหรับ FDM ให้ลดระยะยื่นที่ลาดชันเกิน 45 องศา เนื่องจากต้องใช้โครงสร้างรองรับ
เมื่อตัดสินใจวางแนว ให้พิจารณาว่าโมเดลจะโหลดอย่างไรเพื่อไม่ให้เลเยอร์แยกกันง่าย
Image เพื่อประหยัดเวลาและวัสดุ โมเดลโดยทั่วไปจะไม่แข็งแรง ระบุเปอร์เซ็นต์การเติม (โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์) จำนวนชั้นปริมณฑล (โดยทั่วไปคือ 1 หรือ 2) และจำนวนชั้นด้านล่างและด้านบน (โดยทั่วไปคือ 2 ถึง 4) มีสิ่งอื่นๆ ที่ควรพิจารณาเมื่อเตรียมโมเดลสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ
- ส่งออกโปรแกรม ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นไฟล์ G-code ซอฟต์แวร์สไลซ์จะแปลงโมเดลและคอนฟิกูเรชันบิลด์ที่คุณระบุเป็นชุดคำสั่ง เครื่องพิมพ์ 3 มิติทำตามนี้เพื่อสร้างส่วนนี้
- โอนโปรแกรมไปยังเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยใช้การ์ด SD, USB หรือ Wi-Fi
-
พิมพ์โมเดลด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ
Image - เมื่อเครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างแบบจำลองเสร็จแล้ว ให้นำออกและอาจทำความสะอาดด้วย แยกโครงสร้างรองรับออกแล้วขัดก้อนที่เหลือด้วยกระดาษทรายละเอียด
เครื่องพิมพ์ 3 มิติประเภทอื่นๆ
นอกจากเครื่องพิมพ์ FDM แล้ว วิธีการพิมพ์ 3 มิติยังรวมถึง stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), Laminated Object Manufacturing (LOM) และ Digital บีมละลาย (EBM).
SLA เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เก่าแก่ที่สุดและยังคงใช้งานอยู่ในปัจจุบัน DLP ใช้แสงและพอลิเมอร์ ในขณะที่ SLS ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งจ่ายไฟเพื่อสร้างวัตถุที่พิมพ์ 3 มิติที่แข็งแกร่ง SLM, LOM และ EBM ส่วนใหญ่ไม่ได้รับความนิยม
อนาคตของการพิมพ์ 3 มิติ
การพิมพ์ 3 มิติจะนำไปสู่อนาคตของผลิตภัณฑ์ตามความต้องการและปรับแต่งเองตามข้อกำหนดที่แน่นอนของเราหรือไม่? แม้ว่าสิ่งนี้จะยังไม่ชัดเจน แต่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและถูกใช้งานในหลายพื้นที่
การพิมพ์ 3 มิติของบ้านเรือน อวัยวะต่างๆ เช่น ไตและแขนขา และความก้าวหน้าอื่นๆ มีศักยภาพที่จะปรับปรุงชีวิตของผู้คนนับไม่ถ้วนทั่วโลก
