เมื่อพูดถึงการพิมพ์เรามักจะนึกถึงการพิมพ์ลงบนกระดาษ หรือการพิมพ์แบบ 2 มิติ (2D Printing) แต่การพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) นั้นเป็นการสร้างวัตถุ 3 มิติจากไฟล์ 3D CAD โดยตรง ซึ่งมีความกว้าง ยาว ลึก สามารถจับต้องและนำไปใช้งานได้จริงๆ
กระบวนการพิมพ์สามมิติ เริ่มจากสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ ก่อนจะส่งไปยังเครื่องพิมพ์เพื่อสร้างชิ้นงาน
3D Printing มีชื่อเรียกอีกอย่างคือ Additive Manufacturing มีรากมาจากคำว่า ‘Add’ ซึ่งคือการขึ้นรูปชิ้นงานโดยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นๆ จนได้ออกมาเป็นวัตถุที่ต้องการ กระบวนการผลิตชนิดนี้ได้ฉีกแนวจากวิธีการแบบเดิมๆที่เรียกว่า Subtractive Manufacturing ที่เป็นการสกัดเนื้อวัสดุออกจนได้เป็นรูปร่างของวัตถุที่ต้องการผลิต โดยวิธีการตัด กลึง ไส เจาะ เจียรไน เป็นต้น
เครื่อง 3D Printer มีอยู่มากมายหลายประเภท ทั้งเครื่องที่ขึ้นรูปชิ้นงานจากวัสดุพลาสติก โลหะ เซรามิค ตั้งแต่ขนาดเล็กกว่าฝ่ามือไปจนถึงขนาดเท่าบ้านทั้งหลัง แต่ทุกประเภทมีหลักการทำงานเหมือนกัน นั่นก็คือการขึ้นรูปชิ้นงานทีละชั้นๆ ซ้อนกันจนกลายเป็นวัตถุที่ต้องการ เทคโนโลยี 3D Printing ที่แพร่หลายที่สุดคือ FDM (Fused Deposition Modeling) ซึ่งใช้วิธีละลายเส้นพลาสติกและฉีดพลาสติกขึ้นรูปเป็นวัตถุทีละชั้น
ข้อดีและข้อเสียของ 3D Printing
การพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีการผลิตที่มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา มีความแตกต่างจากวิธีผลิตแบบเดิมๆอย่างชัดเจน ในส่วนนี้เราจะสรุปข้อดีและข้อเสียของการพิมพ์ 3 มิติ เมื่อเทียบกับกระบวนการผลิตแบบเก่า
+ สร้างชิ้นงานที่มีความซับซ้อนได้มากกว่า
เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติทำงานโดยเติมเนื้อวัสดุชิ้นงานทีละชั้น จึงสามารถสร้างชิ้นส่วนที่ละเอียดซับซ้อนได้ ซึ่งในหลายกรณีไม่สามารถสร้างได้ด้วยกระบวนการผลิตแบบเดิมๆ (ตัวอย่างเช่นชิ้นงานที่มีชิ้นส่วนกลไกฝังอยู่ภายใน) นอกจากนี้การสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนยังมีต้นทุนไม่ต่างกับการสร้างชิ้นงานที่มีรูปทรงเรียบง่ายด้วย
+ ปรับเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ให้เข้ากับความต้องการของแต่ละคน
การปรับเปลี่ยนชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติทำได้ง่ายดายและรวดเร็ว เพียงปรับแต่งไฟล์ 3D model ก็สามารถสร้างชิ้นงานที่เข้ากับขนาดและความต้องการเฉพาะบุคคลได้ สามารถสร้างชิ้นงานที่ Custom-made ได้โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิต
+ ไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์หรือ Tooling
การผลิตแบบดั้งเดิมเช่นการหล่อโลหะหรือฉีดพลาสติกมักใช้แม่พิมพ์เพื่อขึ้นรูปชิ้นงาน ซึ่งการทำแม่พิมพ์มีค่าใช้จ่ายค่อนข้างสูง ผู้ผลิตสินค้าจำเป็นต้องผลิตออกมาจำนวนมากๆเพื่อหารเฉลี่ยต้นทุนการผลิตต่อชิ้นให้อยู่ในระดับต่ำ เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถลดต้นทุนการผลิตได้มหาศาล เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ในการสร้างชิ้นงาน ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานจำนวนน้อยๆได้ในต้นทุนต่ำ
+ พัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ได้รวดเร็วและง่ายดาย
ธุรกิจขนาดเล็กสามารถใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างชิ้นงานต้นแบบ (Prototype) สำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ได้อย่างรวดเร็ว ผลิตชิ้นงานในจำนวนน้อย เพื่อใช้ทดสอบไอเดียหรือผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ สามารถเก็บข้อมูลตลาดและพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้โดยมีความเสี่ยงต่ำ เนื่องจากไม่ต้องลงทุนกับการทำแม่พิมพ์หรือจ้างโรงงานผลิตชิ้นงานในราคาแพง
+ ลดปริมาณของเสียจากการผลิต
การผลิตแบบดั้งเดิมมักใช้วิธีตัด เจาะ สกัดวัสดุออกไปเพื่อสร้างรูปทรงของชิ้นงาน ทำให้เกิดขยะของเสียเป็นจำนวนมาก การพิมพ์ 3 มิติผลิตช่วยลดปริมาณของเสีย เนื่องจากเป็นการเติมเนื้อวัสดุเพื่อขึ้นรูปชิ้นงาน จึงใช้วัตถุดิบในปริมาณที่จำเป็นเท่านั้น ชิ้นงานที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติหลายชิ้นยังสามารถนำไปรีไซเคิลได้อีกด้วย
- ไม่เหมาะกับการผลิตแบบจำนวนมาก
การพิมพ์ชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติมักใช้เวลานาน ชิ้นงานเล็กๆอาจใช้เวลาหลายชั่วโมงต่อชิ้น และวัตถุดิบที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติก็มีราคาแพงกว่าวัตถุดิบชนิดอื่นๆด้วย ทำให้การผลิตชิ้นงานเป็นจำนวนมาก (เช่น 10,000 ชิ้นขึ้นไป) มีต้นทุนโดยรวมสูงกว่าการผลิตแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตามในอนาคตเมื่อราคาของเครื่องพิมพ์ 3 มิติและวัตถุดิบถูกลง เราอาจจะได้เห็นการผลิตแบบ Mass Production ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติมากขึ้น
- มีวัสดุให้เลือกใช้น้อยกว่า
ถึงแม้ทุกวันนี้จะมีวัสดุสำหรับ 3D Printer พัฒนาออกมามากขึ้น (หลักๆยังเป็นพลาสติกและโลหะ) แต่ก็ยังถือว่าน้อยเมื่อเทียบกับวัสดุที่เราคุ้นเคยและใช้งานทุกวัน และยังมีข้อจำกัดในด้านคุณภาพพื้นผิวและสีของชิ้นงาน ในอนาคตเราคงได้เห็นนวัตกรรมทางวัสดุมากขึ้นเรื่อยๆ ทุกวันนี้มีเครื่องพิมพ์ที่สามารถพิมพ์ได้ด้วยวัสดุหลากหลายเช่นไม้ เหล็ก เซรามิค หรือแม้แต่อาหารเช่นน้ำตาลหรือช็อคโกแล็ต
- ความแข็งแรงของชิ้นงานด้อยกว่า
ชิ้นงานที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติมักมีความแข็งแรงน้อยกว่าชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่องจักรแบบดั้งเดิม เนื่องจากสร้างชิ้นงานโดยการเชื่อมวัสดุทีละชั้น ทำให้ชิ้นงานมีความแข็งแรงในแนวแกนน้อยกว่าแนวระนาบ ในหลายกรณีจึงยังไม่สามารถนำชิ้นงานไปใช้งานจริงได้
- ความแม่นยำ ความละเอียดของชิ้นงานต่ำกว่า
เครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไปยังไม่สามารถเทียบชั้นเครื่องจักรอุตสาหกรรมในด้านความละเอียดได้ โดยทั่วไปแล้วจะมีค่าความคลาดเคลื่อน 20-100 micron (ประมาณความหนาของกระดาษ) ซึ่งเพียงพอกับความต้องการของผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ แต่อาจไม่เหมาะกับชิ้นงานที่ต้องการความละเอียดสูงมาก เช่นชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็คโทรนิคส์
จากข้อดีและข้อเสียของการพิมพ์ 3 มิติ สามารถสรุปได้ว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการผลิตที่มีลักษณะพิเศษ สามารถสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนด้วยวัสดุที่หลากหลาย ช่วยลดต้นทุนและเวลาในการออกแบบผลิตภัณฑ์ได้อย่างมาก เหมาะกับการสร้างชิ้นงานต้นแบบอย่างรวดเร็ว แต่ยังไม่เหมาะกับการนำมาผลิตสินค้าเป็นจำนวนมาก และยังมีข้อจำกัดด้านความแข็งแรงและความแม่นยำของชิ้นงานอีกด้วย ในบทความถัดไปเราจะมาพูดถึงตัวอย่างการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติในอุตสาหกรรมต่างๆ ติดตามบทความได้ที่นี่
Credits: 3D Hubs
ขอบคุณบทความครับ ดีมากๆ