การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร

การพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการผลิตที่สร้างวัตถุสามมิติจากไฟล์ดิจิทัล กระบวนการนี้เรียกว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ (additive Manufacturing) ซึ่งหมายความว่ามีการเติมวัสดุเข้าไป ไม่ใช่การนำออก

ด้วยการพิมพ์ 3 มิติ คุณจะสร้างการออกแบบดิจิทัล 3 มิติในโปรแกรมการสร้างแบบจำลองที่เรียกว่าซอฟต์แวร์ CAD จากนั้นใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างชั้นของวัสดุเพื่อสร้างวัตถุสำเร็จรูป ธุรกิจ นักวิจัย ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ งานอดิเรก และอื่นๆ ใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับแอปพลิเคชันต่างๆ

มาดูกันว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นอย่างไร ทำงานอย่างไร ใช้ทำอะไร และอนาคตของเทคโนโลยีนี้จะเป็นอย่างไร

การพิมพ์ 3 มิติอาจเป็นส่วนหนึ่งของภาพยนตร์เรื่องโปรดของคุณ อุปกรณ์ประกอบฉากในภาพยนตร์ เช่น Black Panther , ไอรอนแมน , ดิ อเวนเจอร์ส , และ Star Wars ใช้การพิมพ์ 3 มิติ ช่วยให้นักออกแบบฉากสร้างและสร้างอุปกรณ์ประกอบฉากได้อย่างง่ายดายและราคาไม่แพง

ประวัติศาสตร์ (และอนาคต) ของการพิมพ์ 3 มิติ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติปรากฏขึ้น แต่เป็นที่รู้จักในชื่อเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วหรือ RP ในปี 1980 Dr. Kodama แห่งประเทศญี่ปุ่นได้ยื่นคำขอรับสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยี RP แต่กระบวนการนี้ยังไม่เสร็จสิ้น

ในปี 1984 Charles "Chuck" Hull ได้คิดค้นกระบวนการที่เขาเรียกว่า stereolithography ซึ่งใช้แสงยูวีเพื่อทำให้วัสดุแข็งตัวและสร้างชั้นวัตถุ 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 มิติคือการสร้างต้นแบบและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรม

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเริ่มเป็นที่รู้จักจากสื่อกระแสหลักในปี 2543 เมื่อมีการสร้างไตที่พิมพ์ 3 มิติครั้งแรก แม้ว่าการปลูกถ่ายไต 3 มิติที่ประสบความสำเร็จจะไม่เกิดขึ้นจนถึงปี 2556 ในปี 2547 โครงการ RepRap มีการพิมพ์เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องพิมพ์ 3 มิติอีกเครื่องหนึ่ง ได้รับความสนใจจากสื่อมากขึ้นในปี 2008 ด้วยแขนขาเทียมที่พิมพ์ 3 มิติเป็นครั้งแรก

ความก้าวหน้าด้าน 3 มิติอื่นๆ ตามมาอย่างรวดเร็ว รวมถึงโรงพิมพ์ 3 มิติที่ครอบครัวย้ายเข้ามาในปี 2018

ทุกวันนี้ การพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นเพียงเกี่ยวกับต้นแบบและการผลิตเชิงอุตสาหกรรมเท่านั้น ผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก นักวิทยาศาสตร์ และทุกคนที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ สินค้าอุปโภคบริโภค ความก้าวหน้าทางการแพทย์ วัสดุการศึกษา และอื่นๆ มีประโยชน์มากขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับผู้บริโภคทุกวัน

Oscar Adelman ซีอีโอของ Remi กล่าวว่ากระบวนการนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมทันตกรรม เป็นต้น ความแม่นยำของการพิมพ์ 3 มิตินั้นน่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ และสามารถช่วยลูกค้าทันตกรรมประหยัดผลิตภัณฑ์ได้มากถึง 80 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับราคาสำนักงานทันตกรรมแบบดั้งเดิม

"ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์เร็วขึ้น ถูกกว่า และเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เราจะเห็นอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ภาคทันตกรรมพึ่งพาเทคโนโลยีสำหรับกระบวนการในชีวิตประจำวันมากขึ้น" เขากล่าว

การพิมพ์ 4 มิติกำลังจะมาถึงเช่นกัน ด้วยวัตถุที่พิมพ์ที่สามารถเปลี่ยนรูปร่างได้เมื่อเวลาผ่านไป

วิธีการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีหลายประเภท รวมถึง Fused Deposition Modeling (FDM) หรือที่เรียกว่า Fused Filament Fabrication (FFF) FDM เป็นวิธีการทั่วไปและเป็นที่นิยมมากที่สุด และใช้ในเครื่องพิมพ์ 3D ที่มีราคาไม่แพงที่สุด

วิธีการพิมพ์แบบ FDM ใช้เส้นใยของวัสดุพลาสติก คล้ายกับสายอักขระ ฟิลาเมนต์ถูกป้อนจากการม้วนเข้าในหัวร้อน ซึ่งละลายพลาสติก หัวพ่นพลาสติกที่หลอมละลายลงบนเตียงของเครื่อง ศีรษะเคลื่อนไปเหนือเตียงในแบบ 2 มิติ โดยวางวัสดุชั้นแรก

เมื่อชั้นแรกเสร็จสมบูรณ์ หัวจะถูกเลื่อนขึ้นตามความหนาของชั้นแรก และชั้นต่อไปจะวางทับไว้ด้านบน ชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นทีละชั้น เหมือนอบขนมปังเป็นชิ้นเป็นชิ้น

เครื่องพิมพ์ FDM 3D ยอดนิยม ได้แก่ MakerBot และ Ultimaker

ตัวอย่างวิธีการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

มาดูกันว่าการพิมพ์ 3 มิติแบบง่าย ๆ อาจทำงานบนเครื่องพิมพ์ FDM ได้อย่างไร

1. ดาวน์โหลดโมเดล 3 มิติที่คุณต้องการพิมพ์ หรือออกแบบด้วยตัวคุณเอง

   ค้นหาโมเดลที่สามารถดาวน์โหลดได้บน Thingiverse หรือ GrabCAD หากต้องการออกแบบโมเดลด้วยตัวเอง ให้ลองใช้ SketchUp หรือ Blender สำหรับชิ้นส่วนทางวิศวกรรม ลองใช้ซอฟต์แวร์ CAD เช่น SolidWorks

2. หากยังไม่ได้ทำ ให้แปลงโมเดลเป็นรูปแบบการพิมพ์ 3 มิติ เช่น ไฟล์ STL

3. นำเข้าโมเดลลงในซอฟต์แวร์การแบ่งส่วนข้อมูล เช่น MakerWare, Cura หรือ Simplify 3D

   MakerWare ทำงานร่วมกับเครื่องพิมพ์ MakerBot 3D Cura และ Simplify 3D ผลิต G-code ซึ่งใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์ 3D ส่วนใหญ่

4. กำหนดค่าบิลด์ในซอฟต์แวร์สไลซ์ ตัดสินใจว่าจะวางแนวโมเดลบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติอย่างไร สำหรับ FDM ให้ลดระยะยื่นที่ลาดชันเกิน 45 องศา เนื่องจากต้องใช้โครงสร้างรองรับ

   เมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับการวางแนว ให้พิจารณาว่าโมเดลจะโหลดอย่างไรเพื่อไม่ให้เลเยอร์แยกจากกันได้ง่าย

   

   เพื่อประหยัดเวลาและวัสดุ โมเดลโดยทั่วไปจะไม่แข็งแรง ระบุเปอร์เซ็นต์การเติม (โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์) จำนวนชั้นปริมณฑล (โดยทั่วไปคือ 1 หรือ 2) และจำนวนชั้นด้านล่างและด้านบน (โดยทั่วไปคือ 2 ถึง 4) มีสิ่งอื่นๆ ที่ควรพิจารณาเมื่อเตรียมแบบจำลองสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ

5. ส่งออกโปรแกรม ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นไฟล์ G-code ซอฟต์แวร์สไลซ์จะแปลงโมเดลและคอนฟิกูเรชันของบิลด์ที่คุณระบุเป็นชุดคำสั่ง เครื่องพิมพ์ 3 มิติทำตามนี้เพื่อสร้างชิ้นส่วน

6. โอนโปรแกรมไปยังเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยใช้การ์ด SD, USB หรือ Wi-Fi

7. พิมพ์แบบจำลองบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

   

8. เมื่อเครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างแบบจำลองเสร็จแล้ว ให้ถอดออกและอาจทำความสะอาดด้วย แยกโครงสร้างรองรับออกแล้วขัดก้อนที่เหลือออกด้วยกระดาษทรายละเอียด

เครื่องพิมพ์ 3 มิติประเภทอื่นๆ

นอกเหนือจากเครื่องพิมพ์ 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 Beam Melting (EBM) .

SLA เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เก่าแก่ที่สุดและยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน DLP ใช้แสงและพอลิเมอร์ ในขณะที่ SLS ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งจ่ายไฟเพื่อสร้างวัตถุที่พิมพ์ 3 มิติที่แข็งแกร่ง SLM, LOM และ EBM ส่วนใหญ่ไม่ได้รับการสนับสนุน

อนาคตของการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ 3 มิติจะนำไปสู่อนาคตของผลิตภัณฑ์ตามความต้องการและปรับแต่งเองตามข้อกำหนดที่แน่นอนของเราหรือไม่? แม้ว่าสิ่งนี้จะยังไม่ชัดเจน แต่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและมีการใช้งานในหลายพื้นที่

การพิมพ์ 3 มิติของบ้านเรือน อวัยวะต่างๆ เช่น ไตและแขนขา และความก้าวหน้าอื่นๆ มีศักยภาพในการปรับปรุงชีวิตของผู้คนทั่วโลกที่ไม่มีใครบอก