3D Printing

     การพิมพ์ภาพ 3D เป็นกระบวนการพิมพ์ภาพ 3D ให้มีรูปร่างเหมือนของจริงจากรูปแบบดิจิตอลการพิมพ์ภาพ 3D คือความสำเร็จในกระบวนการเติมแต่ง วัสดุที่วางของแต่ละชั้นจะมีรูปร่างที่แตกต่างกัน การพิมพ์ภาพ 3D เป็นการพิจารณาความแตกต่างจากเทคนิคของเครื่องจักรเดิม ซึ่งส่วนใหญ่การกำจัดวัสดุจะใช้วิธีการเช่น การตัดหรือการเจาะ(กระบวนการลด) เครื่องพิมพ์ที่ดำเนินการพิมพ์ภาพ 3D จะใช้กระบวนการเทคโนโลยีดิจิตอล ตั้งแต่ทศวรรษ 21 ที่มีการเจริญเติบโตในการขายเครื่องจักรเหล่านี้และราคาได้ปรับลดลงอย่างมาก เทคโนโลยีที่ใช้สำหรับสร้างต้นแบบและผลิตเครื่องประดับ,รองเท้า, ออกแบบอุตสาหกรรม, สถาปัตยกรรมและการก่อสร้าง,อุตสาหกรรมยานยนต์,การบินและอวกาศ,ทันตกรรมและการแพทย์,การศึกษาระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์,วิศวกรรมโยธาและสาขาอื่นๆ 

     เครื่องพิมพ์ 3D เครื่องแรกถูกสร้างขึ้นในปี 1984 โดย 3D Systems Corp โดย Chuck Hull เป็นนักประดิษฐ์เครื่องพิมพ์ 3D ที่ทันสมัยและเป็นผู้ริเริ่มเทคโนโลยีมาตรฐาน de facto ครั้งแรกที่บัญชีถูกตีพิมพ์จากการพิมพ์ในรูปแบบของแข็งถูกสร้างขึ้นในปี 1981 โดย Hideo Kodama จากสถาบันวิจัยนาโกยา เทคโนโลยีที่ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องตั้งแต่ครั้งแรกที่ตีพิมพ์บัญชีในระยะยาวการผลิตสารเติมแต่งหมายถึงเทคโนโลยีที่สร้างวัตถุผ่านกระบวนการแลกเปลี่ยนตามลำดับชั้น วัตถุที่มีการผลิตสารเติมแต่งสามารถใช้งานได้ที่ใดก็ได้ตลอดชีวิตของผลิตภัณฑ์ จากการผลิตก่อน เช่นการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว การผลิตเต็มรูปแบบ นอกเหนือการใช้งานของเครื่องมือและการปรับแต่งหลังการผลิต ในการผลิต และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเครื่องจักรกล วิธีการลดการสร้างโดยเป็นวิธีการดั้งเดิม การลดระยะการผลิต การพัฒนาในปีที่ผ่านมาจะแตกต่างจากเทคนิคการผลิตใหม่ที่เพิ่มขึ้น แม้ว่าการผลิตได้รวมวิธีการที่เป็นพื้นฐานเพิ่มมาหลายศตวรรษ เช่น การรวมจาน,แผ่น, การตีขึ้นรูปและการกลึง การเชื่อม ไม่ได้รวมองค์ประกอบของเทคโนโลยีแบบจำลอง เครื่องจักร(การสร้างรูปแบบที่แน่นอนด้วยความแม่นยำสูง) จะได้รับการลดจากการเก็บและเปลี่ยนเป็นการโม่และบด

3D Printer

     3D Printer นั้นสามารถสร้างชิ้นงานที่เป็นวัตถุจับต้องได้(3มิติ) มีความกว้าง-ลึก-สูง ไม่เหมือนเครื่อง Printer แบบ 2D ที่เราใช้โดยทั่วไปที่พิมพ์หมึกสีลงบนกระดาษ เช่นหากเราพิมพ์ลูกบอลลงบนการกระดาษ(2D) เราจะได้กระดาษที่มีรูปลูกบอลอยู่ แต่หากเราพิมพ์จาก 3D Printer เราจะได้ลูกบอลทรงกลมมากลิ้งบนพื้นได้ 

     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 โดยปรกตินั้นเราจะวัดความละเอียดในการพิมพ์ของเครื่อง 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 ไฟล์ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3มิติ นั้นเป็นไฟล์ 3มิติ แทนที่จะเป็นรูปภาพเหมือนในเครื่องพิมพ์บนกระดาษทั่วไป 3D File นี้อาจสร้างจากโปรแกรม เช่น AutoCAD, SolidWork, 3Ds Max, Zbrush, Maya, SketchUp หรือ แม้กระทั่ง PhotoShop รุ่นใหม่ก็มีส่วนที่ Support 3D Printer แล้ว

ประเภทของ 3D Printer

1. ระบบฉีดเส้นพลาสติก (FDM หรือ FFF)

FDM หรือ Fused Deposition Modeling หรือ บางสำนักเรียกเครื่องระบบนี้ว่า FFF เป็นเครื่องพิมพ์ 3มิติ ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน มีหลักการทำงานคือ การหลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้นผ่านหัวฉีด (Nozzle) หากเปรียบเทียบคงเปรียบเทียบได้กันปืนกาวที่ใช้กันทั่วไป เครื่อง FDM 3D Printer จะวาดเส้นพลาสติกที่ถูกฉีดออกมา เป็นรูปร่างในแนบแกนระนาบ เมื่อเสร็จชั้นหนึ่งๆก็จะพิมพ์ในชั้นต่อๆไป เมื่อครบหลายร้อย หรือ หลายพันเลเยอร์ ก็จะได้ออกมาเป็นวัตถุที่เราสั่งพิมพ์

 ระบบของFDM เป็นระบบที่นิยมที่สุด และถูกที่สุด ใช้ได้กับงานทุกประเภท ชิ้นงานที่พิมพ์สามารถขัด/แต่ง/เจาะ ได้ สามารถใช้เป็นชิ้นส่วนในเครื่องจักรได้ นำมาใช้ได้จริง อีกทั้งเครื่องยังสามารถใช้วัสดุได้หลากหลาย และหาได้ง่ายตามท้องตลาด เช่น เส้น PLA, ABS, PET, Nylon, Wood(พลาสติกผสมไม้), Bronze(พลาสติกผสมทองเหลือง) เป็นต้น แต่ข้อเสียคือ ผิวงานที่พิมพ์ออกมาเป็นรองระบบอื่นๆ

2. ระบบถาดเรซิ่น (SLA หรือ DLP)

SLA หรือระบบ DLP นั้นมีหลักการทำงานเหมือนกัน กล่าวคือ เครื่องระบบนี้จะฉายแสงไปตัวถาดที่ใส่เรซิ่นความไวแสงไว้(Photo Resin/Photopolymer) เมื่อเรซิ่นถูกแสงจะแข็งตัวเฉพาะจุดที่โดนแสง จึงใช้หลักการแข็งตัวของเรซิ่นนี้ในการทำชิ้นงานให้เกิดรูปร่างขึ้นมา เมื่อทำให้เกิดรูปร่างขึ้นในชั้นหนึ่งๆแล้วเครื่องก็จะเริ่มทำให้แข็งเป็นรูปร่างในชั้นต่อๆไป จนเกินเป็นชิ้นงานวัตถุที่จับต้องได้

ระบบ SLA(Stereolithography)และ DLP(Digital Light Processing) ต่างกันที่ต้นกำเนิดของแสง ระบบ SLA มีแหล่งกำเนิดเส้นเป็นเลเซอร์ ดังนั้นจะยิงแสงเลเซอร์ที่ว่านี้ไปที่เรซิ่นโดยวาดเส้นเลเซอร์ไปเรื่อยๆ ถ้าต้องการพิมพ์ชิ้นงานใหญ่หน่อยก็จะใช้เวลาวาดนานกว่าชิ้นงานเล็ก ส่วน DLP นั้นใช้โปรเจกเตอร์ DLP Project ฉายภาพ ภาพที่ฉายนั้นจะครอบคลุมทั้งเลเยอร์เลย จุดนี้เองทำงานให้แตกต่าง DLP ใช้เวลาในการพิมพ์น้อยกว่า แล้วไม่ขึ้นกับจำนวนชิ้นงานบนฐานพิมพ์ เนื่องจากไม่ต้องลากที่ละเส้น

การพิมพ์ระบบถาดเรซิ่นนี้ เหมาะกับงานชิ้นเล็กๆที่ต้องการความละเอียดสูง เครื่องโดยทั่วไปจะพิมพ์ชิ้นงานได้ชิ้นไม่ใหญ่มาก จึงเหมาะกับธุระกิจ เครื่องประดับ Jewelry, งานหล่อ, ชิ้นส่วนเล็กในงานอุตสาหกรรม, ออกแบบผลิตภัณฑ์, งานโมเดลฟีกเกอร์ หรือแม้กระทั่งงานพระเครื่อง

3. ระบบผงยิปซั่ม+สี Ink Jet (Powder 3D Printer หรือ ColorJet Printing)

Powder 3D Printer หรือ บางคนติดปากว่าเครื่องพิมพ์ระบบแป้ง เป็นระบบใช้ผงยิปซั่ม/ผงพลาสติก เป็นตัวกลางในการขึ้นชิ้นงาน โดยเครื่องจะทำงานคล้ายระบบ Inkjet แต่แทนที่จะพิมพ์ไปบนกระดาษ เครื่องจะพิมพ์ลงไปบนผงยิปซั่ม โดยจะพิมพ์สีลงไปเหมือนกัน ต่างกันที่ระบบจะฉีด Blinder หรือ กาว ลงไปด้วยในการผสานผงเข้าด้วยกันเป็นรูปร่าง เมื่อสร้างเสร็จในชั้นหนึ่ง เครื่องจะเกลี่ยผงยิปซั่มมาทับเป็นชั้นบางๆในชั้นต่อไป เพื่อเตรียมพร้อมให้เครื่องพิมพ์สีและ Blinder อีกครั้ง

เครื่องระบบนี้มีจุดเด่นมากคือ สามารถพิมพ์สีได้สมจริงเครื่องพิมพ์ Inkjet โดยทั่วไป จึงเหมาะในกับงานศิลปะ โมเดลคนเหมือนจริง หุ่นจำลอง หรือ ชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสมจริง ข้อเสียคือ งานที่ได้มีความเปราะเหมาะปูนพลาสเตอร์ คือหล่นแล้วแตก ข้อเสียอีกข้อนึ่งคือ คนข้างสกปรกเนื่องจากเป็นผง ทำให้ฝุ่นผงเยอะ ยากในการทำความสะอาด

เครื่องระบบนี้มีจุดเด่นมากคือ สามารถพิมพ์สีได้สมจริงเครื่องพิมพ์ Inkjet โดยทั่วไป จึงเหมาะในกับงานศิลปะ โมเดลคนเหมือนจริง หุ่นจำลอง หรือ ชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสมจริง ข้อเสียคือ งานที่ได้มีความเปราะเหมาะปูนพลาสเตอร์ คือหล่นแล้วแตก ข้อเสียอีกข้อนึ่งคือ คนข้างสกปรกเนื่องจากเป็นผง ทำให้ฝุ่นผงเยอะ ยากในการทำความสะอาด



4. ระบบหลอมผงพลาสติก, ผงโลหะ, เซรามิก (SLS)

ระบบ SLS หรือ Selective laser sintering เป็นระบบที่มีหลักการทำงานคล้ายระบบ SLA ต่างกันตรงที่แทนที่ว่าจะทำให้เรซิ่นแข็งตัวโดยการฉายเลเซอร์ SLS จะยิงเลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวัสดุ ความร้อนจากเลเซอร์นั้นเองทำให้ผงวัสดุหลอมละลายเป็นเนื้อเดียวกัน

กระบวนการเริ่มจากถาดที่ใส่ผงวัสดุ เช่นผงทองเหลือง เครื่องจะเริ่มยิงเลเซอร์ความเข้มข้นสูงไปยังผงทองเหลืองในถาด เมื่อยิงไปยังตำแหน่งใดผงทองเหลืองจะหลวมรวมเป็นรูปร่างที่ตำแหน่งนั้นๆ พอพิมพ์เสร็จในเลเยอร์หนึ่งๆแล้ว เครื่องจะเกลี่ยผงทองเหลืองบางๆมาทับในชั้นต่อไป เพื่อเริ่มกระบวนการยิงเลเซอร์เพื่อหลอมละลายใหม่ ทำไปซ้ำไปเรื่อยๆหลายร้อย หลายพันชั้นจนเกิดมาเป็นวัตถุที่ต้องการ

ระบบนี้มีข้อดีอย่างมากคือได้งานออกมาเป็นโลหะ หรือ พลาสติกพิเศษ โดยใช้ผงของวัสดุนั้นไปเลย แต่ข้อเสียสำคัญคือ เครื่องมีราคาสูง หากเทียบกับระบบอื่น

5. ระบบอื่นๆ

- ระบบ Poly Jet ระบบ PolyJet นอกจากระบบต่างๆที่กล่าวไว้ข้างต้นแล้ว ยังมีระบบอีกหลากหลายและเพิ่มขึ้นเรื่อย ข้างล่างจะเป็นระบบที่น่าสนใจอีกเช่นกันนั้นใช้หลักการเดียวกับ เครื่องพิมพ์แบบ Inkjet แทนที่จะพ่นแม่สีออกมาบนกระดาษ เครื่องแบบ PolyJet จะมีหัวฉีด Jet พ่นเรซิ่นออกมาแล้วฉายให้แข็งโดยแสง UV อีกรอบ ทำไปที่ละชั้นเรื่อยจนออกมารูปร่างชิ้นงาน 3 มิติ เครื่องระบบนี้จะมีความแม่นยำสูง แต่มีราคาค่อนข้างแพ

- ระบบกระดาษ ระบบนี้จะพิมพ์สีลงบนกระดาษ และมีไดคัทตัดกระดาษไปในตัว ระบบนี้นี้คล้ายระบบ Powder 3D Printer ต่างกันตรงที่แทนที่วัสดุจะเป็นผงยิปซัม วัสดุจะเป็นกระดาษแทน

ตัวอย่างที่น่าสนใจของ 3D Printing

ผลงานด้านศิลปะ

อวัยวะเทียม

ผังเมือง

เสื้อผ้า

อาวุธปืน

ผลกระทบด้านเศรฐกิจจาก 3D Printing

ผลกระทบทางลบ

ผลกระทบทางลบต่อเศรษฐกิจที่ใหญ่ที่สุด มาจากจำนวนตำแหน่งงาน กับงานที่เทคโนโลยี 3D Printer จะทำให้ล้าสมัยและเข้ามาทดแทน สิ่งที่จะกลายเป็นปัญหาระหว่างประเทศ คือการนำเข้าส่งออกที่จะลดลง เพราะต่อไปเราไม่จำเป็นต้องนำเข้าของจริงจากประเทศผู้ผลิต เราเพียงแต่ Download สินค้าที่เราต้องการเท่านั้น หมายความว่าเราไม่จำเป็นที่จะต้องมีระบบการผลิตและห่วงโซ่การกระจายสินค้าแบบเดิมๆ อีกต่อไป
การผลิตแบบ Mass Production จะไม่เป็นที่ต้องการ ในขณะที่เราจะผลิตเฉพาะสิ่งที่เราต้องการ ในสิ่งที่เราจำเป็นต้องใช้มันเท่านั้น โกดังเต็มรูปแบบ การเก็บสต็อกสินค้าและอะไหล่ต่างๆ จำนวนมากจะไม่จำเป็น การทำ Packaging การขนส่งสินค้าด้วยวิธีต่างๆ ผู้จัดจำหน่ายสินค้าและผู้ค้าปลีก จะถูกลดบทบาทไป



ผลกระทบทางบวก

ประโยชน์ของ 3D Printing ที่เห็นได้ชัดเจนมากสุดก็คือ เปิดโอกาสให้นักออกแบบสามารถเห็นโมเดลสามมิติที่ตนออกแบบได้ในทันที ทำให้สามารถแก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียเวลาว่าจ้างผู้ผลิตรายอื่น จึงถือว่าเป็นการประหยัดต้นทุนอีกทางหนึ่ง สำหรับเจ้าของโรงงานเองก็สามารถผลิตสินค้าเท่าที่มีการสั่งซื้อ ทำให้ตัดประเด็นเรื่อง “การประหยัดทางขนาด” (economy of scale) เพื่อลดต้นทุนการผลิตลงไปได้ อีกทั้งยังช่วยประหยัดพื้นที่จัดเก็บสินค้า และประหยัดต้นทุนได้มากกว่าเมื่อเทียบกับกระบวนการ SM ที่เราต้องเสียวัตถุดิบระหว่างการผลิตมาก ด้านผู้บริโภคก็ได้รับประโยชน์ในแง่ที่ว่าคนที่อยู่ห่างไกลจะสามารถผลิตวัตถุขึ้นใช้เองได้โดยไม่ต้องเสียเวลาเดินทางเข้ามายังตัวเมือง เพียงแค่ดาวน์โหลดพิมพ์เขียวจากอินเทอร์เน็ตก็สามารถสร้างวัตถุขึ้นใช้ได้เอง
แต่เดิมเทคนิค 3D Printing มักถูกใช้เพียงเพื่อสร้างวัตถุต้นแบบจากโมเดลสามมิติ แต่ในปัจจุบันเราก็ได้เริ่มเห็นการใช้งานเพื่อสร้างวัตถุเพื่อใช้งานจริงกันมากขึ้นแล้ว ไม่ว่าจะเป็นการผลิตโมเดลของเล่น เครื่องประดับ เฟอร์นิเจอร์แบบง่ายๆ ไปจนถึงชิ้นส่วนรถยนต์และเครื่องบิน นอกจากนั้นยังมีแนวโน้มที่จะนำไปประยุกต์ใช้อีกหลายด้าน ทั้งการสร้างรูปปั้นสำหรับบรรดาศิลปิน การสร้างโมเดลของวัตถุโบราณที่บุบสลาย ด้านประโยชน์ด้านการแพทย์ก็มี เช่นการทำขาเทียม ฟันปลอม กระดูก หรือในอนาคตเราก็อาจสามารถสร้างเซลล์ของอวัยวะได้จากระบบการพิมพ์สามมิตินี้