7 ประเภทของปริ้นเตอร์ 3 มิติ เทคโนโลยีสร้างสรรค์งานลอยตัว ที่ใกล้เรามากขึ้นทุกขณะ

ปริ้นเตอร์ 3 มิติ ถือว่าเป็นนวัตกรรมที่เข้ามาเปลี่ยนแปลงโลกไปอย่างมาก ไม่ใช่แค่วงการไอทีเพียงอย่างเดียว แต่กระทบวงการอุตสาหกรรมต่าง ๆ โดยเฉพาะวงการการออกแบบ ซึ่งแต่เดิมแล้วเราอาจจะมีเพียงเครื่องคอมพิวเตอร์ที่ช่วยในการออกแบบภาพ 3 มิติ แต่ปัจจุบันเราสามารถที่จะเสกเจ้าภาพ 3 มิติให้ออกมาเป็นชิ้นงานตัวเป็น ๆ ที่สามารถจับต้องได้ และเทคโนโลยีเหล่านี้ก็ถูกนำไปใช้งานอย่างแพร่หลายตั้งแต่การใช้งานในอุตสาหกรรม จนถึงการใช้งานตามบ้านทั่วไปเลยทีเดียว

เทคโนโลยีของปริ้นเตอร์ 3 มิติ (3D Printer) นั้นจะใช้หลักการเดียวกัน คือตัดหรือ Slice งานเป็นแผ่นบาง ๆ แล้วพิมพ์แผ่นนั้นซ้อนทับกันไปเรื่อย ๆ ซึ่งข้อแตกต่างระหว่างเทคโนโลยีแต่ละตัวนั้นจะต่างกันในส่วนของวัสดุที่ใช้พิมพ์ และกระบวนการในการพิมพ์ เทคโนโลยีของปริ้นเตอร์ 3 มิตินั้นสามารถแบ่งออกมาได้ ดังนี้

1. Vat Photopolymerisation

เทคโนโลยีนี้เป็นการใช้เรซินที่มีความไวต่อแสง UV เทลงในถาด แล้วใช้แสง UV ในการทำให้เรซินแข็งตัว ซึ่งแหล่งของแสง UV นั้นมาอาจจะมาจากเลเซอร์หรือหลอดไฟ UV เทคโนโลยีถูกคิดค้นโดย Charles Hull ในปี 1986 ซึ่งถือว่าเป็นบิดาแห่งวงการปริ้นเตอร์ 3 มิติ และยังคงเป็นผู้ก่อตั้ง บริษัท 3D System ซึ่งเป็นบริษัทที่ขายเครื่องพรินเตอร์ 3 มิติในปัจจุบัน การทำงานของเทคโนโลยีนี้เรียกว่า SLA หรือ Stereolithography ? หลักการคือการฉายภาพวัตถุที่ถูก Slice หรือตัดเป็นแผ่นบาง ๆ ลงไปในเรซินที่มีความไวต่อแสง UV เรซินจะแข็งตัวเป็นภาพที่ถูกฉาย เมื่อแข็งตัว ถาดจะยกขึ้นตามค่าความละเอียดที่กำหนด แล้วเริ่มทำการฉายภาพในชั้นต่อไป ซึ่งตัวเรซินจะเชื่อมต่อกันไปเรี่อย ๆ จนเกิดเป็นวัตถุ 3 มิติขึ้น ซึ่งเทคโนโลยีนี้ก็เหมือนกับการปั้นน้ำเป็นตัว

2. Material Jetting

เป็นวิธีการพิมพ์เหมือนกับการพิมพ์เอกสาร โดยน้ำหมึกที่ใช้ในการพิมพ์นั้นเป็นน้ำหมึกที่มีส่วนผสมของพลาสติก ซึ่งหัวพิมพ์นั้นจะคล้ายกับหัวพิมพ์ของเครื่องพิมพ์กระดาษ ตัวน้ำหมึกจะถูกทำให้แข็งตัวโดยหลอดไฟ UV ซึ่งก่อนที่จะพิมพ์ในชั้นต่อไป

3. Binder Jetting

เทคโนโลยีแบบนี้จะใช้วัสดุ 2 ชนิด ได้แก่ วัสดุที่เป็นผง และอีกชนิดเป็นตัวเชื่อมผงที่เป็นของเหลว โดยหลักการทำงานก็คือ จะมีตัวเกลี่ยผงแป้งให้เป็นแผ่นบาง ๆ หลังจากนั้นจะมีหัวพ่นที่จะพ่นกาวลงไปบนผงแป้ง เพื่อให้แป้งเชื่อมติดกัน หลังจากนั้นตัวถาดก็จะเลื่อนลงตามค่าความละเอียดที่ถูกกำหนดไว้ ตัวเกลี่ยแป้งก็จะเข้ามาเพิ่มเนื้อแป้ง แล้วเกลี่ยให้ผงแป้งเรียบเสมอกัน เพื่อเริ่มพิมพ์ในชั้นถัดไป ข้อดีของเทคโนโลยีนี้ก็คือ ไม่ต้องสร้างตัวรองรับ เพราะผงแป้งจะทำหน้าที่เป็นตัวรองรับชิ้นงานเอง ซึ่งเทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำไปใช้ในการพิมพ์ทราย ซึ่งสามารถพิมพ์เป็นบล็อกทรายสำหรับเทโลหะลงไปในแบบทรายได้เลย โดยไม่ต้องทำต้นแบบก่อน ซึ่งจะมีหลอด UV วิ่งผ่านเพื่อให้หมึกแข็งตัวก่อนที่จะพิมพ์ชั้นต่อไป

4. Material Extrusion

เทคโนโลยีนี้ถือว่าเป็นเทคโนโลยีที่ถูกนำมาใช้มากที่สุด เพราะราคาที่จับต้องได้ ชื่อเรียกของเทคโนโลยีนี้เรียกว่า FDM (Fuse Deposition Material) เทคโนโลยีของปริ้นเตอร์ 3 มิติ ชนิดนี้ถือว่าเป็นที่รู้จักมากที่สุดก็ว่าได้ เพราะเป็น Open Source ที่เหล่านักสร้างสามารถนำไปสร้างเครื่องโดยไม่ติดลิขสิทธิ์ โดยปริ้นเตอร์ 3 มิติแบบ FDM ที่เป็นที่รู้จักในตลาดมากที่สุดคือ Makerbot หลักการทำงานของเทคโนโลยีนี้ก็คือ การฉีดเส้นวัสดุที่มีความหนืดออกมาจากหัวฉีดที่มีขนาดเล็กทับซ้อนกันไปเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นรูปวัตถุ 3 มิติขึ้นมา วัสดุที่นิยมใช้กับเทคโนโลยีนี้คือพลาสติกจำพวก Thermal Plastic เช่น ABS Nylon PLA PET เป็นต้น ซึ่งพลาสติกแต่ละชนิดจะให้คุณสมบัติของชิ้นงานที่พิมพ์แตกต่างกัน สำหรับเทคโนโลยีนี้จะกล่าวในบทความต่อไป เพราะเป็นเทคโนโลยีที่ทำให้ปริ้นเตอร์ 3 มิตินั้นเป็นที่รู้จักอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน

5. Power Bed Fusion

หลักการของเทคโนโลยีนี้คือ ใช้วัสดุที่เป็นผง แล้วใช้เลเซอร์ที่มีกำลังสูงยิงลงไปบนวัสดุที่เป็นผงให้เกิดการเชื่อมติดกันอย่างหลวม ๆ ที่เรียกว่า Sinter ซึ่งเทคโนโลยีนี้มีอีกชื่อ SLS หรือ Selective Laser Sintering ซึ่งวิธีนี้สามารถนำมาใช้ในการพิมพ์วัสดุที่เป็นโลหะ หรือพลาสติก ซึ่งพลาสติกที่นิยมใช้จะเป็นจำพวก Nylon ซึ่งมีความเหนียวและแข็งแรง การพิมพ์วิธีนี้จะคล้ายกับเทคโนโลยี Binding Jetting ซึ่งไม่จำเป็นที่จะต้องสร้างตัวรองรับงานหรือ Support เหมือนกับเทคโนโลยีอื่น ๆ เพราะตัวผงวัสดุจะทำหน้าที่เป็นตัวรองรับชิ้นงานเอง เมื่อพิมพ์เสร็จแล้วจะต้องนำชิ้นงานเข้าไปใส่ในตู้อบความร้อน เพื่อให้ชั้นต่าง ๆ ที่พิมพ์นั้นเชื่อมติดกันได้

6. Sheet Lamination

เทคนิคนี้เป็นการขึ้นรูปโดยการใช้วัสดุที่เป็นแผ่นวางซ้อนกันไปเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นชิ้นงาน 3 มิติ ปริ้นเตอร์ 3 มิติที่ใช้วิธีนี้ ได้แก่ Mcor ซึ่งวัสดุที่ใช้เป็น Sheet หรือแผ่นนั้นเป็นกระดาษธรรมดา ซึ่งผู้ใช้สามารถที่จะพิมพ์งานออกมาเป็นสีได้ โดยเอากระดาษไปพิมพ์สีออกมาก่อน ซึ่ง Software จะคำนวณว่าจะพิมพ์สีตรงไหน เมื่อเสร็จให้นำกระดาษที่พิมพ์เสร็จใส่เข้าเครื่องพิมพ์ เครื่องก็จะเริ่มดึงกระดาษเข้ามาทีละแผ่น แล้วใช้มีดตัดให้เป็นรูปร่างตามชิ้นงานที่ Slice แล้ว หลังจากนั้นตัวปริ้นเตอร์ 3 มิติก็จะเริ่มดึงกระดาษแผ่นต่อไป ผ่านระบบทากาวของเครื่อง แล้วนำมาแปะบนกระดาษที่ได้ตัดเอาไว้ก่อนหน้านี้ กระบวนการก็จะวนแบบนี้ไปเรื่อย ๆ จนได้ชิ้นงาน 3 มิติออกมา

7. Direct Energy Deposition

เทคโนโลยีปริ้นเตอร์ 3 มิติแบบนี้ นิยมใช้ในอุตสาหกรรมไฮเทค ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่มีความซับซ้อน หลักการก็คือ การพ่นผงโลหะลงไปพร้อมกับใช้พลาสมาในการหลอมละลายโลหะ โดยที่หัวพ่นก็จะเคลื่อนที่ไปตามรูปแบบงานที่ผ่านการ Slice ซึ่งผงโลหะที่ใช้สามารถเป็นโลหะที่มีความพิเศษ เช่น ไททาเนียม เป็นต้น เทคโนโลยีปริ้นเตอร์ 3 มิติแบบนี้ได้มีการนำไปรวมกับเทคโนโลยีการขึ้นรูปแบบ Subtractive หรือการกัดเอาเนื้องานออกเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของงานที่ได้ออกมา โดยที่หัวพิมพ์จะทำการพ่นวัสดุลงเป็นรูปร่าง แล้วเครื่องพิมพ์จะเปลี่ยนเป็นหัวกัดเพื่อนำมากัดงานให้มีขนาดตามที่ต้องการ แล้วจึงกลับไปใช้หัวพ่นพิมพ์งานในชั้นต่อไป

นี่เป็นเทคโนโลยีของปริ้นเตอร์ 3 มิติทั้งหมดที่พามาให้รู้จักกันพอเป็นพิธี ซึ่งอย่างที่บอกไว้ว่าจะพูดถึงตัวที่นิยมและมีการใช้งานอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะในตลาดระดับล่างคือ Material Extrusion หรือ FDM นั่นเอง