ก่อนที่เรา จะรู้จักวิธีการทำต้นแบบ แม่พิมพ์ จากเครื่อง ปริ้น 3 มิติ ต้องย้อนกลับมาดูถึงประวัติก่อนว่า เครื่องปริ้น 3 มิติ มีที่มา อย่างไร ทำไหมถึงได้รับความนิยมแพร่หลายในปัจจุบัน
” นิยาม 3D Printing “
3D Printing หรือ เครื่องปริ้น 3 มิติ มีชื่อเรียกอีกอย่างคือ Additive Manufacturing มีรากมาจากคำว่า ‘Add’ ซึ่งคือการขึ้นรูปชิ้นงานโดยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นๆ จนได้ออกมาเป็นวัตถุที่ต้องการ กระบวนการผลิตชนิดนี้ได้ฉีกแนวจากวิธีการแบบเดิมๆ ที่เป็นการสกัดเนื้อวัสดุออกจนได้เป็นรูปร่างของวัตถุที่ต้องการผลิต โดยวิธีการตัด กลึง ไส เจาะ เจียรไน เป็นต้น
“ประวัติ 3D Printing”
เนื่องจาก ประวัติของเครื่องปริ้น 3 มิติ มีรานยละเอียดค่อนข้างมาก จึงขอแบ่งออก ตามเหตุกการสำคัญ 3 เหตุการณ์
จุดเริ่มต้นของ 3D Printing นั้นเริ่มมาจากความพยายามของศาสตร์ตราจารย์ Hideo Kodama จากสถาบันวิจัยอุตสาหกรรมของเมืองนาโกยา ประเทศญี่ปุ่น ได้คิดค้นเทคนิค Rapid-prototype ในปี คศ. 1981 เรซินที่ถูกแสงจะทำปฏิกิริยา Photopolymer กับแสง UV ทำให้เรซินที่โดนแสงนั้นเกิดการแข็งตัวกลายเป็นของแข็งวางเป็นชั้นที่เรียกว่า layer by layer ซึ่งเป็นต้นแบบของการพิมพ์สามมิติแบบ SLA แต่เขาไม่ได้ทำการจดสิทธิบัตร นี้ถือเป็นจุดเริ่มต้น แรกของเครื่อง ปริ้น 3 มิติ ต่อมาได้มี เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นมาและกำลังพัฒนานั้น ก็มีเทคโนโลยีอื่นที่ถูกสร้างขึ้นมาในช่วงเวลาเดียวกัน นั่นก็คือ เทคโนโลยี SLS (Selective Laser Sintering)ที่ถูกสร้างขึ้นมาโดย Carl Deckard ในปี 1987 และเทคนิคที่เป็นที่นิยมสุด ๆและใช้กันอย่างแพร่หลาย
ยุคการพัฒนาเครื่องปริ้น 3 มิติแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ ในขณะที่การพิมพ์ระบบ SLA นั้นใช้แสง UV ในการทำให้
เรซิ่นแข็งตัว และระบบ SLS ใช้เลเซอร์ในการเผาไหม้ผงนั้น ระบบ FDM ได้ใช้แนวทางที่ต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง สายของวัสดุจำพวก Thermoplastic จะถูกป้อนเข้าสู่หัวฉีดที่มีความร้อนเพื่อให้พลาสติกละลายและถูกฉีดออกมาเป็นเส้น ซ้อนทับกับเป็นชั้น ๆ จนได้เป็นวัตถุสามมิติขึ้นมา ซึ่งในยุคนี้เป็นยุคที่เริ่มมีการก่อตั้งบริษัทพิมพ์สามมิติขึ้นมาหลายแห่ง ทำให้เป็นยุคที่มีส่วนช่วยในการพัฒนาระบบการพิมพ์สามมิติอย่างมาก
( ซึ่งทั้ง 2 ประเภท ในปัจจุบัน ได้ มีการพัฒนา แยกย่อย ออกไปตาม วัสดุที่ใช่พิมพ์ และ การตลาด.)
ยุคปัจจุบัน ในยุคปัจจุบันนี้เทคโนโลยี 3D printing ได้พัฒนาอย่างต่อเนื่องจนทำให้รู้สึกว่าตัวเราเข้าใกล้โลกอนาคตมากขึ้นทุกๆวัน ปัจจุบัน ราคาเครื่องพิมพ์สามมิติได้ลดลงอย่างมาก คุณภาพและความแม่นยำในการพิมพ์ได้พัฒนาอย่างต่อเนื่อง รวมถึงวัสดุในการพิมพ์ก็ไม่จำเป็นต้องทำจากพลาสติกแล้ว นั่นหมายความว่าคุณก็สามารถออกแบบได้แม้กระทั่งแหวนแต่งงานที่ทำจากเงินหรือทองคำได้ “ขั้นตอนในการทำ ” ขั้นตอนในการทำ แม่พิมพ์จาก เครื่องปริ้น มิติ จะวิธีการ 2 ขั้นตอนใหญ่ 1.การออกแบบ สร้าง Blueprint(พิมพ์เขียว ) ของชิ้นงานที่ต้องการ Blueprint หรือไฟล์งานออกแบบชิ้นงาน ที่สามารถสร้างผ่านซอฟต์แวร์สำหรับออกแบบงาน 3 มิติ โดยผู้ใช้งานสามารถออกแบบชิ้นงานผ่านโปรแกรมก่อนสั่งพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสั่งพิมพ์ชิ้นงาน
“ขั้นตอนในการทำ “
ขั้นตอนในการทำ แม่พิมพ์จาก เครื่องปริ้น 3 มิติ จะวิธีการ 2 ขั้นตอนใหญ่
1.การออกแบบ สร้าง Blueprint (พิมพ์เขียว ) ของชิ้นงานที่ต้องการ Blueprint หรือไฟล์งานออกแบบชิ้นงาน ที่สามารถสร้างผ่านซอฟต์แวร์สำหรับออกแบบงาน 3 มิติ โดยผู้ใช้งานสามารถออกแบบชิ้นงานผ่านโปรแกรมก่อนสั่งพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์
3 มิติสั่งพิมพ์ชิ้นงาน ซึ่งหลักๆจะมีขั้นตอนตอน การออกแบบ แต่ที่แตกต่างกันคือ โปรแกรมที่ใช้ในการออกแบบ โดยโปรแกรมที่ใช้ในการออกแบบ และยังมี รูป3 มิติ ที่สามารถหาดาวโหลดได้ฟรีจากเว็บหรือบ้างเว็บ ก็สารมารถซื้อได้ เช่น. Thingiverse MyMiniFactory CGTrader เป็นต้น 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
2. เมื่อได้ไฟล์ Blueprint แล้วจึงทำการสั่งพิมพ์ผ่านซอฟต์แวร์จัดการไฟล์ดิจิทัล โดยเครื่องพิมพ์จะทำการหลอมวัสดุพิมพ์และทำการพิมพ์เป็นงานที่ต้องการเป็นชั้นทับซ้อนกันไปเรื่อยๆ ตามสเกลชิ้นงานที่ถูกป้อนคำสั่ง
โดยอย่างที่กล่าวข้างต้น ว่า ถ้าเป็นเครื่องปริ้น แบบ SLA นั้นใช้แสง UV ในการทำให้เรซิ่นที่โดนแสงแข็งตัวเป็นรูปร่าง
ถ้าเป็นระบบ SLS ใช้เลเซอร์ในการเผาไหม้ผงนั้น ระบบ FDM ถูกป้อนเข้าสู่หัวฉีดที่มีความร้อนเพื่อให้พลาสติกละลายและถูกฉีดออกมาเป็นเส้น ซ้อนทับกับเป็นชั้นๆจนได้เป็นวัตถุสามมิติขึ้นมา
“หลักการทำงานของเครื่อง ปริ้น 3 มิติ “
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
โดยปกตินั้นเราจะวัดความละเอียดในการพิมพ์ของเครื่อง 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
