Chopped Carbon Fiber vs Continuous Carbon Fiber ต่างกันอย่างไร?

January 05, 2020

วัสดุพิมพ์ 3 มิติชนิดคอมโพสิตเช่น Carbon Fiber หรือ Fiberglass เป็นวัสดุพิเศษที่มีความแข็งแรงทนทานเหนือวัสดุพลาสติกทั่วไปเช่น ABS และ PLA หลายเท่าตัว ทำให้วัสดุกลุ่มนี้เป็นที่ต้องการสูงในงานวิศวกรรมที่ต้องการชิ้นส่วนที่แข็งแรงและน้ำหนักเบา อย่างไรก็ตามวัสดุคอมโพสิตในตลาดมีหลายประเภทและยี่ห้อซึ่งอาจทำให้ผู้ใช้งานเกิดความสับสนได้ ในบทความนี้เราได้สรุปข้อแตกต่างของวัสดุคอมโพสิตสำหรับ 3D Printing ซึ่งแบ่งเป็นสองกลุ่มหลักๆคือ Chopped Fiber และ Continuous Fiber

อ่านเพิ่ม: วัสดุ Composite 3D Printing Material มีกี่ชนิด?

3D Printed Continuous Carbon Fiber (ซ้าย) มีความแข็งเทียบเท่าอลูมิเนียม (ขวา)

วัสดุคอมโพสิตคืออะไร ?

วัสดุคอมโพสิต (Composite Material) แปลตรงตัวคือวัสดุที่เกิดจากการผสมวัสดุสองชนิดเข้าด้วยกัน โดยวัสดุที่เป็นส่วนประกอบทั้งสองอย่างจะมีคุณสมบัติแตกต่างกัน เมื่อผสมกันแล้วจึงได้เป็นวัสดุที่รวมเอาคุณสมบัติที่โดดเด่นของวัสดุทั้งสองชนิด ตัวอย่างของวัสดุคอมโพสิตมีทั้งวัสดุก่อสร้าง เช่นคอนกรีตเสริมเหล็ก วัสดุไม้ผสม หรือวัสดุประเภทโพลิเมอร์เช่นพลาสติกเสริมไฟเบอร์กลาส หรือคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งจะเป็นโฟกัสหลักของบทความนี้

ด้วยคุณสมบัติทางวิศวกรรมที่เหนือกว่าวัสดุโพลิเมอร์ และน้ำหนักที่เบากว่าโลหะ ทำให้วัสดุคอมโพสิตเป็นที่นิยมสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องบิน ชิ้นส่วนยานยนต์ อุปกรณ์กีฬา วัสดุก่อสร้าง และผลิตภัณฑ์อื่นๆที่ต้องการวัสดุสมรรถภาพสูง

กระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานไฟเบอร์กลาสแบบดั้งเดิมโดยใช้แม่พิมพ์หล่อเรซิน

Chopped vs Continuous Fiber Composites

1. Chopped Fiber Composites

วัสดุประเภท Chopped Fiber เป็นวัสดุคอมโพสิตชนิดที่หาซื้อได้ทั่วไป (วัสดุพลาสติกผสม Carbon Fiber ในตลาด 99% เป็นประเภทนี้) ผลิตโดยนำเส้นใย Carbon Fiber มาหั่นเป็นชิ้นเล็กๆ ยาวไม่เกิน 1 mm และนำไปผสมรวมกับเม็ดพลาสติก เช่น ABS, PLA, Nylon แล้วรีดออกมาเป็นเส้น ทำให้เนื้อพลาสติกมีความแข็งแรงกว่าพลาสติกธรรมดาเล็กน้อย สามารถพิมพ์ขึ้นรูปกับ 3D Printer ชนิด FDM/FFF ทั่วไป

วัสดุ Onyx ของ Markforged เป็นวัสดุชนิด Chopped Carbon Fiber โดยใช้พลาสติก Nylon 6 เป็นตัวประสาน มีความแข็งแรงสูงกว่า ABS ถึง 40%

2. Continuous Fiber Composites

Continuous Fiber เป็นวัสดุคอมโพสิตที่ใช้เส้นใยชนิดเส้นยาวต่อเนื่องเพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับชิ้นงาน ขึ้นรูปชิ้นงานโดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่มีสองหัวฉีด โดยหัวฉีดแรกจะขึ้นโครงชิ้นงานด้วยวัสดุพลาสติก และหัวฉีดที่สองทำหน้าที่รีดเส้นใยคอมโพสิตลงไปในชิ้นงาน กระบวนการนี้มีชื่อเรียกว่า Continuous Fiber Fabrication (CFF)

จุดเด่นของการพิมพ์ 3 มิติแบบ Continuous Fiber Composite คือความแข็งแรงของเส้นใยแบบต่อเนื่อง ซึ่งสามารถรับแรงกระแทกและกระจายโหลดได้ทั่วทั้งชิ้นงาน ทำให้ชิ้นงานมีความแข็งแกร่งเทียบเท่าวัสดุโลหะแต่มีน้ำหนักเบากว่ามาก วัสดุ Continuous Carbon Fiber เป็นวัสดุที่แข็งแกร่งที่สุด มีค่า Tensile Strength สูงถึง 800 MPa (เปรียบเทียบกับ Tensile Strength ของ ABS ที่ 25 MPa และ Aluminium 6061 ที่ 310 MPa)