Josh Hendrickson
ถ้าคุณ กำลังคิดจะซื้อเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คุณอาจแปลกใจที่พบว่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติมีสองประเภท: Fused Deposition Modeling (FDM) และเรซิน ในขณะที่ทั้งคู่ใช้พลาสติกเพื่อสร้างงานพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งคุณควรจะได้รับนั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ตั้งแต่สิ่งที่คุณจะพิมพ์และที่ที่คุณจะพิมพ์ ไปจนถึงความยุ่งยากหลังการพิมพ์ที่คุณเต็มใจจะทำ มาดูกันดีกว่า
Additive Manufacturing—The Layer Cake of 3D Printing
การพิมพ์ 3D ส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ระดับงานอดิเรกหรือระดับต้นแบบ สร้างขึ้นโดยกระบวนการที่เรียกว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ แม้ว่าจะฟังดูซับซ้อน แต่จริงๆ แล้วเป็นเพียงศัพท์เทคนิคสำหรับการสร้างวัตถุโดยการพิมพ์เลเยอร์ที่บางมาก ทับซ้อนกันเพื่อสร้างงานพิมพ์ที่ต้องการ สิ่งนี้เป็นจริงไม่ว่ากระบวนการที่ใช้จะเป็น FDM (Fused Deposition Manufacturing) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าการพิมพ์ FFF (Fused Filament Fabrication) หรือโดย Stereolithography โดยใช้เรซินพลาสติกเหลวที่แข็งตัวเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลตในความถี่หนึ่ง หากคุณนึกถึงเค้กที่ประกอบด้วยชั้นต่างๆ มากกว่าแค่เค้กก้อนโต แสดงว่าคุณมีไอเดียแล้ว
เครื่องพิมพ์ FDM—การสร้างวัตถุจากม้วนพลาสติก
เครื่องพิมพ์ FDM วางชั้นหนึ่งทับอีกชั้นหนึ่ง sadedesign/Shutterstock.com
การพิมพ์ FDM 3D ในปัจจุบัน รูปแบบการพิมพ์ 3 มิติที่มีราคาต่ำถึงปานกลางที่ได้รับความนิยมมากที่สุด แม้ว่าจะมีการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากเครื่องพิมพ์เรซินที่มีราคาสมเหตุสมผลกำลังหลั่งไหลเข้าสู่ตลาด การพิมพ์แบบ FDM ใช้ม้วนพลาสติกคล้ายเกลียวเส้นเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.75 มม. หรือ 3 มม. โดยที่นิยมใช้กันคือ 1.75 มม. ไส้หลอดเทอร์โมพลาสติกมีให้ในหลอดพลาสติก สปูลขนาดที่นิยมมากที่สุดบรรจุ 1 กก. โดยน้ำหนักของเส้นใย แทบไม่มีผู้ขายรายใดบอกคุณเลยจริงๆ ว่าไส้หลอดยาวแค่ไหน แต่บอกแค่ว่าน้ำหนักเท่าไหร่ ไม่เป็นไรเพราะซอฟต์แวร์ตัวแบ่งส่วนข้อมูลส่วนใหญ่ซึ่งแปลงโมเดลวัตถุ 3 มิติเป็น Gcode ที่บอกให้เครื่องพิมพ์ทราบว่าจะพิมพ์แต่ละเลเยอร์ที่ไหนและอย่างไร มักจะบอกคุณว่าวัตถุนั้นต้องการเส้นใยเป็นเมตรหรือฟุต
เส้นใยสำหรับเครื่องพิมพ์ FDM 3D มีอยู่ในวัสดุที่หลากหลาย ซึ่งแต่ละเส้นก็เหมาะสำหรับการพิมพ์วัตถุประเภทต่างๆ ความนิยมและง่ายที่สุดในการใช้งานจากมุมมองของการระบุปัจจัยต่างๆ เช่น อุณหภูมิเครื่องอัดรีดและการตั้งค่าอื่นๆ คือ PLA (กรดโพลิแลกติก) ซึ่งย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ไม่มีกลิ่น และไม่ต้องใช้แท่นสร้างด้วยความร้อนเพื่อยึดติด โดยทั่วไปแล้วจะมีราคาถูกกว่าวัสดุเส้นใยอื่นๆ เล็กน้อย
ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene) เป็นเส้นใยยอดนิยมอีกชนิดหนึ่งและมักจะเป็นวัสดุที่แข็งแรงและทนทานกว่า PLA นอกจากนี้ยังค่อนข้างยุ่งยากเกี่ยวกับพารามิเตอร์การพิมพ์มากกว่า PLA ซึ่งต้องการอุณหภูมิเครื่องอัดรีดที่สูงขึ้นและเพลทสำหรับพิมพ์ที่ให้ความร้อนเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดและเพื่อป้องกันการบิดเบี้ยว วัสดุอื่นๆ เช่น PETG (Polyethylene Terephthalate) TPU (เทอร์โมพลาสติกโพลียูรีเทน) ไนลอน และวัสดุอื่นๆ เช่น ฟิลาเมนต์ที่มีสารตัวเติม เช่น เส้นใยโลหะหรือไม้ ก็มีมากมายเช่นกัน และช่วยให้คุณพิมพ์วัตถุที่ดูเหมือนโลหะ ไม้ หรือแม้แต่คาร์บอนไฟเบอร์
กระบวนการพิมพ์จริงของการพิมพ์เส้นใยสามารถคิดได้ว่าเป็นปืนกาวที่เคลื่อนที่ในสามมิติ โมดูลเครื่องอัดรีดจะคลายเกลียวเส้นใยพลาสติกและขับเข้าไปในส่วนปลายร้อน (ซึ่งบางครั้งรวมอยู่ในเครื่องอัดรีด) โดยจะหลอมและดึงออกจากหัวฉีดโลหะ จุดร้อนถูกย้ายในสามมิติ ตามแกน X (จากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง) แกน Y (ด้านหน้าและด้านหลัง) และแกน Z (ขึ้นและลง) สำหรับเครื่องพิมพ์บางรุ่น ฮ็อตเอนด์จะเคลื่อนที่ และในบางรุ่น แท่นพิมพ์จะเคลื่อนที่ในแกน X และ Y และฮ็อตเอนด์จะเคลื่อนที่ในแกน Z ผลลัพธ์สุทธิ ไม่ว่าในกรณีใด คือวางเส้นเส้นบาง ๆ ของเส้นใยหลอมเหลว อันดับแรกบนแท่นสร้างสำหรับชั้นแรก จากนั้นจึงวางทับบนชั้นก่อนหน้าแต่ละชั้น สร้างวัตถุที่พิมพ์ทีละชั้นจนกระทั่ง วัตถุเสร็จแล้ว
สิ่งที่ควรพิจารณาเมื่อใช้เครื่องพิมพ์ FDM ได้แก่ สามารถใช้ไส้หลอดชนิดใด ขนาดเตียงพิมพ์ และฐานพิมพ์สามารถให้ความร้อนได้หรือไม่ เตียงพิมพ์ระบบทำความร้อนมีความสำคัญหากคุณต้องการใช้ไส้หลอดที่หลากหลายที่สุด สำหรับไส้หลอดหลายประเภท เช่น ABS แผ่นพิมพ์ที่ไม่ผ่านการทำความร้อนอาจส่งผลให้วัตถุที่คุณกำลังพิมพ์ไม่สามารถติดกับฐานพิมพ์ได้ หรือทำให้ฐานของวัตถุพิมพ์บิดเบี้ยวเมื่อพลาสติกเย็นตัวลง และพึงระลึกไว้เสมอว่าพลาสติกบางชนิดปล่อยควันที่ไม่เหมาะสมออกมาเมื่อหลอมละลาย ดังนั้น การใช้พลาสติกเหล่านี้อาจต้องวางเครื่องพิมพ์ไว้ในบริเวณที่ควันที่ผลิตออกมาจะไม่ก่อให้เกิดความรำคาญ
ข้อควรพิจารณาอีกอย่างหนึ่งคือซอฟต์แวร์ที่มาพร้อมกับเครื่องพิมพ์ แอปพลิเคชันที่มาพร้อมกับเครื่องพิมพ์ทุกเครื่อง ไม่ว่าจะเป็น FDM หรือ SLA เรียกว่าตัวแบ่งส่วนข้อมูล ตัวแบ่งส่วนข้อมูลจะแปลงรูปภาพของโมเดลเป็นคำแนะนำที่ควบคุมเครื่องพิมพ์และคุณภาพการพิมพ์ ภาษาที่เครื่องพิมพ์ 3 มิติใช้เรียกว่า Gcode
ผู้จำหน่ายเครื่องพิมพ์บางราย เช่น XYZprinting ใช้ซอฟต์แวร์ตัวแบ่งส่วนข้อมูลของตนเอง อื่นๆ ใช้ซอฟต์แวร์ CURA ที่พัฒนาและดูแลโดย Ultimaker ผู้จำหน่ายเครื่องพิมพ์ CURA เปิดตัวเป็นซอฟต์แวร์โอเพนซอร์ซ โดยผู้จำหน่ายเครื่องพิมพ์แต่ละรายเพิ่มโปรไฟล์เครื่องพิมพ์ ซึ่งตั้งค่าพารามิเตอร์การพิมพ์บางส่วนลงในรายการเครื่องพิมพ์ที่รองรับ ตัวแบ่งส่วนข้อมูลยอดนิยมอื่นๆ ได้แก่ KISSlicer, PrusaSlicer, Repetier และ Slic3r. หากคุณคิดว่าในที่สุดคุณอาจจะซื้อเครื่องพิมพ์ FDM หลายเครื่องจากผู้ขายหลายราย การใช้ตัวแบ่งส่วนข้อมูลสากลเช่น CURA ซึ่งสนับสนุนเครื่องพิมพ์หลายร้อยรุ่นจากผู้ขายจำนวนมากก็อาจเหมาะสม
SLA Resin Printers— การพิมพ์ด้วยแสงที่มองไม่เห็น
เครื่องพิมพ์เรซินสร้างวัตถุ จากพลาสติกเหลวไวแสง luchschenF/Shutterstock.com
การพิมพ์ 3 มิติครั้งที่สอง เทคโนโลยีคือ stereolithography ซึ่งมักเรียกสั้น ๆ ว่า SLA Stereolithography เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติครั้งแรกและถูกประดิษฐ์ขึ้นในปี 1986 เครื่องพิมพ์ SLA 3D ใช้เรซินเหลวรูปแบบหนึ่งที่แข็งตัวเมื่อสัมผัสกับแสงอัลตราไวโอเลตโดยกระบวนการที่เรียกว่า photopolymerization ในเครื่องพิมพ์ SLA สำหรับผู้ชื่นชอบงานอดิเรกส่วนใหญ่ แหล่งกำเนิดแสงนี้คือ LED UV ที่ส่องผ่านแผง LCD ที่ช่วยให้แสงบางส่วนผ่านและปิดกั้นผู้อื่นได้ เมื่อแสงยูวีทะลุผ่านกระทบชั้นเรซิน พลาสติกจะแข็งตัวบนแท่นพิมพ์ที่เคลื่อนที่ในแนวตั้งและเผยให้เห็นเรซินเหลวมากขึ้นเพื่อสร้างชั้นวัตถุทีละชั้น
มีเรซินจำนวนมหาศาล มีจำหน่ายและอีกมากสำหรับการพิมพ์แบบพิเศษของงานพิมพ์ 3 มิติเรซินบางประเภท ซึ่งรวมถึงพลาสติกแข็ง พลาสติกที่มีความยืดหยุ่น เรซินสำหรับทำเครื่องประดับและการหล่อขี้ผึ้งที่หายไป และเรซินที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทันตกรรม เรซินมาตรฐานมีจำหน่ายจากผู้ขายหลายสิบรายขึ้นไป และจำหน่ายเป็นลิตร (หรือครึ่งลิตร)
เครื่องพิมพ์เรซินมีความยุ่งเหยิงและเป็นพิษ เรซินอาจเข้ามือหรือเข้าตาได้ และขอแนะนำให้ใช้ถุงมือไนไตรล์และอุปกรณ์ป้องกันดวงตา เรซินเกือบทั้งหมดที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติจะปล่อยควันออกมาและต้องใช้ในบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทได้ดี การพิมพ์ด้วยเรซินมีข้อบกพร่องบางประการสำหรับผู้ใช้เริ่มต้น รวมถึงตัวแบ่งส่วนข้อมูลเฉพาะ เพลตสำหรับพิมพ์ขนาดเล็ก และความจำเป็นในการประมวลผลภายหลัง รวมถึงการล้างด้วยไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์และการบ่ม UV ของวัตถุภายนอก (แม้ว่าจะทิ้งไว้กลางแดดเป็นเวลาหลายชั่วโมงก็ตาม) หากคุณเลือกการพิมพ์เรซิน อุปกรณ์เสริมที่คุ้มค่าคือสถานีล้างและบ่ม ซึ่งอาจมีราคาตั้งแต่ 100 เหรียญขึ้นไป ผู้ผลิตเครื่องพิมพ์เรซิน 3 มิติจำนวนมากยังสร้างสถานีรักษาที่ตรงกันซึ่งเข้ากันได้ การพิมพ์เรซินเคยมีราคาแพงกว่าการพิมพ์ FDM มาก แต่ราคาของเครื่องพิมพ์เรซินกลับลดลงจนสามารถแข่งขันได้
การตัดสินใจของคุณ
สำหรับผู้ซื้อที่มีแนวโน้มจะซื้อ เส้นใย FDM เครื่องพิมพ์จะเป็นแนวทางสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติเครื่องแรกของคุณ การพิมพ์เรซินนั้นเลอะเทอะ สร้างควัน และต้องใช้การตกแต่งหลังการพิมพ์จำนวนมาก รวมถึงกล่องพิมพ์ยูวีบางประเภทเพื่อรักษาชั้นนอกสุดของเรซินหรือปล่อยวัตถุไว้กลางแดดเพื่อทำให้ชั้นพื้นผิวแข็งขึ้น เรซินส่วนเกินจะต้องถูกกำจัดอย่างระมัดระวัง คุณไม่สามารถล้างมันในอ่างล้างจานหรือทิ้งลงชักโครกได้ เครื่องพิมพ์ FDM Filament มีราคาถูกกว่าและใช้งานง่ายกว่า (อย่างน้อยก็เพื่อเริ่มต้น)
ถึงกระนั้น วัตถุที่พิมพ์ด้วยเรซินมักจะมีรายละเอียดมากขึ้นและแสดงเลเยอร์น้อยลง. เครื่องพิมพ์เรซินเป็นที่นิยมอย่างมากสำหรับการพิมพ์ภาพย่อส่วน ตัวแบ่งส่วนข้อมูลที่มาพร้อมกับเครื่องพิมพ์เรซินค่อนข้างแตกต่างจากที่จัดส่งหรือมีให้สำหรับเครื่องพิมพ์ FDM พวกเขายังคงทำงานเหมือนเดิม โดยแปลงโมเดลเป็นโค้ดที่เครื่องพิมพ์สามารถดำเนินการได้ เนื่องจากเครื่องพิมพ์เรซินทำงานแตกต่างจากหน่วย FDM รหัสจึงแตกต่างกัน เครื่องพิมพ์เรซินจำนวนมากมาพร้อมกับตัวแบ่งส่วนข้อมูลชื่อ Chitubox และตัวแบ่งส่วนข้อมูล Prusa จะทำงานร่วมกับเครื่องพิมพ์ SAL ด้วย
ไม่ว่าคุณจะเลือกเทคโนโลยีใด มีไฟล์ออบเจ็กต์ 3 มิติหลายพันไฟล์ออนไลน์และสามารถดาวน์โหลดได้ฟรี จุดเริ่มต้นที่ดีคือใน Thingiverse.com ของ Makerbot การเริ่มต้นพิมพ์งาน 3D ของคุณด้วยวิธีใดวิธีหนึ่งเป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมในการสร้างประสบการณ์