3D Printing Composite Materials with Markforged

เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติวัสดุคอมโพสิตหรือ Continuous Fiber Fabrication (CFF) ช่วยให้ผู้ใช้งาน 3D Printer สร้างชิ้นงานจากวัสดุคอมโพสิตเกรดอุตสาหกรรมเช่น Carbon Fiber, Kevlar หรือ Fiberglass จากไฟล์ 3D CAD โดยไม่ต้องจ้าง Supplier ผลิต ช่วยลดเวลาและต้นทุนในการผลิตชิ้นงานได้อย่างมหาศาล (ยกตัวอย่าง การสั่งผลิต Jig ด้วยกระบวนการ CNC Machining อาจมี Lead Time > 1 เดือน และมีราคาหลักหมื่นบาท ในขณะที่เราสามารถสร้างชิ้นงานเดียวกันด้วย Carbon Fiber 3D Printer ด้วยค่าใช้จ่ายเพียงหลักร้อยบาท และใช้เวลาแค่วันเดียว)

การผลิตชิ้นงานคอมโพสิตด้วย 3D Printer ประกอบด้วยวัสดุ 2 ชนิดคือ 1. วัสดุประสานชนิดพลาสติก (Matrix) ทำหน้าที่เป็นโครงสร้างหลักของชิ้นงาน และ 2. วัสดุเส้นใยคอมโพสิต (Fiber) เพื่อเสริมความแข็งแรงให้กับชิ้นงาน ซึ่งในบทความนี้ทีมงาน X3D จะอธิบายจุดเด่นของวัสดุแต่ละแบบเพื่อการเลือกใช้งานที่ถูกต้อง

อ่านเพิ่ม: Chopped Carbon Fiber vs Continuous Carbon Fiber ต่างกันอย่างไร?

ชิ้นงานในรูปด้านบนประกอบด้วยพลาสติกประสานชนิด Nylon (สีดำ) เสริมด้วยเส้นใย Kevlar (สีเหลือง) ทำให้ชิ้นงานมีความแข็งแรงทนทานเหมือน Kevlar และมีคุณสมบัติทนความร้อนและสารเคมีที่โดดเด่นของพลาสติก Nylon โดยผู้ใช้งานสามารถกำหนดตำแหน่ง องศา และปริมาณของเส้นใย Kevlar ได้อย่างอิสระในซอฟท์แวร์ กล่าวคือเราสามารถปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของชิ้นงานได้ตามความต้องการ ด้วยเทคโนโลยี CFF เราสามารถ Mix & Match วัสดุพลาสติกและไฟเบอร์แต่ละแบบได้ตามการใช้งาน

Plastics (วัสดุพลาสติก)

Nylon : พลาสติก Nylon 6 สีขาว มีผิวเรียบลื่นและสามารถทาสีได้ง่าย มีความยืดหยุ่น ทนทาน เหมาะสำหรับผลิตชิ้นส่วน Jigs & Fixtures ทั่วไป และชิ้นส่วนที่เน้นความสวยงาม

Onyx : พลาสติก Nylon 6 เสริมความแข็งแรงด้วย Chopped Carbon Fiber มีพื้นผิวสีดำด้านความละเอียดสูง ช่วยซ่อน Layer ของชิ้นงานได้ดี มีความแข็งแรงกว่า ABS 1.4 เท่า สามารถทนความร้อนสูงถึง 145 องศาเซลเซียส และทนสารเคมีหลายประเภท

Onyx FR (Flame-Retardant) : เป็นวัสดุ Onyx ซึ่งผ่านมาตรฐาน UL94 V-0 มีคุณสมบัติหน่วงการติดไฟ และมีความแข็งแรงใกล้เคียงกับ Onyx เหมาะสำหรับใช้ผลิตชิ้นส่วนที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบิน ยานยนต์และอิเล็กทรอนิกส์ หรือใช้ในงานเชื่อมเหล็ก

Onyx ESD (ESD-Safe) : เป็นวัสดุ Onyx ที่มีคุณสมบัติป้องกันการสะสมประจุไฟฟ้าบนพื้นผิวชิ้นงาน ช่วยป้องกันความเสียหายซึ่งเกิดจากไฟฟ้าสถิตในไลน์ผลิตชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ มีค่าความต้านทานพื้นผิวอยู่ที่ระดับ 10⁵-10⁷ Ω เป็นวัสดุ 3D Printing ชนิด ESD-Safe ชนิดเดียวในตลาดซึ่งสามารถเสริมความแข็งแรงด้วย Carbon Fiber ได้

Fiber (วัสดุเส้นใยคอมโพสิต)

Fiberglass : เส้นใยคอมโพสิตระดับเริ่มต้น ใช้งานได้หลากหลายแบบและมีราคาถูกที่สุด มีความแข็งกว่า ABS ถึง 11 เท่า เหมาะสำหรับผลิตงานต้นแบบและ Jigs & Fixtures เช่นจิ๊กเจาะรูหรือปากจับชิ้นงานสำหรับใช้กับเครื่อง CNC

Carbon Fiber : เส้นใยคอมโพสิตที่แข็งแกร่งที่สุด มีค่า Strength-to-weight ratio สูงกว่า Aluminium 6061 ถึง 50% และแข็งกว่า ABS 25 เท่า จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะที่สุดสำหรับใช้แทนชิ้นส่วนโลหะ เหมาะสำหรับผลิตชิ้นส่วนใช้งานจริงที่ต้องรับโหลดหนักตลอดเวลา เช่น Inspection fixtures, Punch & Die, ชิ้นส่วนหุ่นยนต์ โดรน และอื่นๆ

Kevlar : เส้นใยคอมโพสิตที่ทนแรงกระแทกได้สูง มีความยืดหยุ่นกว่าเส้นใยชนิดอื่นๆและสามารถให้ตัวได้ในระดับหนึ่งก่อนจะหัก เหมาะสำหรับผลิตชิ้นงานที่ต้องรับแรงกระแทกซ้ำๆ ทนแรงเสียดสี เช่น Clamp Jaw หรือ Robot Gripper

HSHT (High Strength High Temperature) Fiberglass : วัสดุไฟเบอร์กลาสที่ทนความร้อนได้สูงถึง 150°C โดยไม่เสียรูป มีความแข็งแรงสูง เป็นรองแค่เพียง Carbon Fiber เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความแข็งแรงในสภาพความร้อนสูง เช่นฟิกซ์เจอร์งานเชื่อม, แม่พิมพ์ฉีดพลาสติก แม่พิมพ์เทอร์โมฟอร์ม แม่พิมพ์พลาสติกเทอร์โมเซต