การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร?

การพิมพ์ 3 มิติ เป็นกระบวนการผลิตที่สร้างวัตถุสามมิติจากไฟล์ดิจิทัล กระบวนการนี้เรียกว่าการผลิตแบบเพิ่มเนื้อ ซึ่งหมายความว่าวัสดุจะถูกเพิ่มเข้าไป ไม่ใช่การลบออก

ด้วยการพิมพ์ 3 มิติ คุณจะสร้างการออกแบบดิจิทัล 3 มิติใน a โปรแกรมสร้างแบบจำลองเรียกว่า ซอฟต์แวร์ CADแล้วใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติเพื่อผลิตชั้นของวัสดุเพื่อสร้างวัตถุสำเร็จรูป ธุรกิจ นักวิจัย ผู้เชี่ยวชาญทางการแพทย์ นักทำงานอดิเรก และอื่นๆ ใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อการใช้งานที่หลากหลาย

มาดูกันว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นอย่างไร ทำงานอย่างไร ใช้ทำอะไร และอนาคตของเทคโนโลยีนี้จะเป็นอย่างไร

ประวัติ (และอนาคต) ของการพิมพ์ 3 มิติ

ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติปรากฏขึ้น แต่เป็นที่รู้จักในชื่อเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วหรือ RP ในปี 1980 Dr. Kodama แห่งประเทศญี่ปุ่นได้ยื่นขอจดสิทธิบัตรสำหรับเทคโนโลยี RP แต่กระบวนการนี้ยังไม่เสร็จสิ้น

ในปี 1984 Charles "Chuck" Hull ได้คิดค้นกระบวนการที่เขาเรียกว่า stereolithography ซึ่งใช้แสงยูวีเพื่อทำให้วัสดุแข็งตัวและสร้างชั้นวัตถุ 3 มิติทีละชั้น ในปี 1986 ฮัลล์ได้รับการจดสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ stereolithography หรือเครื่อง SLA

กระบวนการและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติอื่นๆ ได้รับการพัฒนาในเวลาเดียวกัน และการปรับปรุงเพิ่มเติมยังคงดำเนินต่อไปตลอดช่วงทศวรรษ 1990 และต้นทศวรรษ 2000 อย่างไรก็ตาม จุดสนใจหลักของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติคือการสร้างต้นแบบและการใช้งานในอุตสาหกรรม

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเริ่มเป็นที่รู้จักจากสื่อกระแสหลักในปี 2543 เมื่อมีการสร้างไตที่พิมพ์ 3 มิติครั้งแรก แม้ว่าการปลูกถ่ายไต 3 มิติที่ประสบความสำเร็จจะไม่เกิดขึ้นจนถึงปี 2556 ในปี 2547 โครงการ RepRap มีเครื่องพิมพ์ 3D พิมพ์เครื่องพิมพ์ 3D อีกเครื่องหนึ่ง ได้รับความสนใจจากสื่อมวลชนมากขึ้นในปี 2551 ด้วยแขนขาเทียมที่พิมพ์ 3 มิติตัวแรก

ความก้าวหน้าด้าน 3 มิติอื่นๆ ตามมาอย่างรวดเร็ว รวมถึงโรงพิมพ์ 3 มิติที่ครอบครัวย้ายเข้ามาในปี 2018

ทุกวันนี้ การพิมพ์ 3 มิติไม่ได้เป็นเพียงเกี่ยวกับต้นแบบและการผลิตเชิงอุตสาหกรรมเท่านั้น ผู้ที่ชื่นชอบงานอดิเรก นักวิทยาศาสตร์ และทุกคนที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตผลิตภัณฑ์ สินค้าอุปโภคบริโภค ความก้าวหน้าทางการแพทย์ สื่อการศึกษา และอื่นๆ มีประโยชน์มากขึ้นอย่างรวดเร็วสำหรับผู้บริโภคทุกวัน

ออสการ์ อเดลแมน ซีอีโอของ เรมีกล่าวว่ากระบวนการนี้กำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นในอุตสาหกรรมทันตกรรมเป็นต้น ความแม่นยำของการพิมพ์ 3 มิตินั้นน่าประทับใจอย่างไม่น่าเชื่อ และสามารถช่วยลูกค้าทันตกรรมประหยัดผลิตภัณฑ์ได้มากถึง 80 เปอร์เซ็นต์ เมื่อเทียบกับราคาสำนักงานทันตกรรมแบบดั้งเดิม

"ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์เร็วขึ้น ถูกกว่า และเป็นเรื่องธรรมดามากขึ้น เราจะเห็นว่าอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น ภาคทันตกรรมต้องพึ่งพาเทคโนโลยีสำหรับกระบวนการในชีวิตประจำวันมากขึ้น" เขากล่าว

เครื่องพิมพ์ 3 มิติทำงานอย่างไร

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีหลายประเภท รวมถึง Fused Deposition Modeling (FDM) หรือที่เรียกว่า Fused Filament Fabrication (FFF) FDM เป็นวิธีการทั่วไปและเป็นที่นิยมมากที่สุด และใช้ในเครื่องพิมพ์ 3D ที่ราคาไม่แพงที่สุด

วิธีการพิมพ์แบบ FDM ใช้เส้นใยของวัสดุพลาสติก คล้ายกับสายอักขระ ฟิลาเมนต์ถูกป้อนจากการม้วนเข้าในหัวร้อน ซึ่งละลายพลาสติก หัวพ่นพลาสติกที่หลอมละลายลงบนเตียงของเครื่อง ศีรษะเคลื่อนไปเหนือเตียงในแบบ 2 มิติ โดยวางวัสดุชั้นแรก

เมื่อชั้นแรกเสร็จสมบูรณ์ หัวจะถูกเลื่อนขึ้นตามความหนาของชั้นแรก และชั้นต่อไปจะวางทับไว้ด้านบน ชิ้นส่วนถูกสร้างขึ้นทีละชั้นเช่นการอบขนมปังเป็นชิ้นเป็นชิ้น

เครื่องพิมพ์ FDM 3D ยอดนิยม ได้แก่ MakerBot และ Ultimaker.

ตัวอย่างวิธีการใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ

ต่อไปนี้คือลักษณะการพิมพ์ 3 มิติแบบง่ายๆ บนเครื่องพิมพ์ FDM

1. ดาวน์โหลดแบบจำลอง 3 มิติที่คุณต้องการพิมพ์ หรือออกแบบด้วยตัวคุณเอง

   ค้นหารุ่นที่ดาวน์โหลดได้บน Thingiverse หรือ GrabCAD. หากต้องการออกแบบโมเดลด้วยตัวเอง ให้ลอง SketchUp หรือ เครื่องปั่น. สำหรับชิ้นส่วนทางวิศวกรรม ลองใช้ซอฟต์แวร์ CAD เช่น SolidWorks.

2. หากยังไม่ได้ทำ ให้แปลงโมเดลเป็นรูปแบบการพิมพ์ 3 มิติ เช่น an ไฟล์ STL.

3. นำเข้าโมเดลลงในซอฟต์แวร์สไลซ์ เช่น MakerWare, คูรา, หรือ ลดความซับซ้อนของ 3D.

   MakerWare ทำงานร่วมกับเครื่องพิมพ์ MakerBot 3D Cura และ Simplify 3D ผลิต G-code ซึ่งใช้งานได้กับเครื่องพิมพ์ 3D ส่วนใหญ่

4. กำหนดค่าบิลด์ในซอฟต์แวร์สไลซ์ ตัดสินใจว่าจะวางแนวโมเดลบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติอย่างไร สำหรับ FDM ให้ลดระยะยื่นที่ลาดชันเกิน 45 องศา เนื่องจากต้องใช้โครงสร้างรองรับ

   เมื่อตัดสินใจเกี่ยวกับการวางแนว ให้พิจารณาว่าโมเดลจะโหลดอย่างไรเพื่อไม่ให้เลเยอร์แยกจากกันได้ง่าย

   

   เพื่อประหยัดเวลาและวัสดุ โมเดลโดยทั่วไปจะไม่แข็งแรง ระบุเปอร์เซ็นต์การเติม (โดยทั่วไปคือ 10 ถึง 35 เปอร์เซ็นต์) จำนวนชั้นปริมณฑล (โดยทั่วไปคือ 1 หรือ 2) และจำนวนชั้นด้านล่างและด้านบน (โดยทั่วไปคือ 2 ถึง 4) มีสิ่งอื่นที่ต้องพิจารณาเมื่อ การเตรียมแบบจำลองสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ.

5. ส่งออกโปรแกรม ซึ่งโดยทั่วไปจะเป็นไฟล์ G-code ซอฟต์แวร์สไลซ์จะแปลงโมเดลและคอนฟิกูเรชันของบิลด์ที่คุณระบุเป็นชุดคำสั่ง เครื่องพิมพ์ 3D ทำตามนี้เพื่อสร้างชิ้นส่วน

6. โอนโปรแกรมไปยังเครื่องพิมพ์ 3D โดยใช้การ์ด SD, USB หรือ Wi-Fi

7. พิมพ์แบบจำลองบนเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

   

8. เมื่อเครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างแบบจำลองเสร็จแล้ว ให้ถอดออกและอาจทำความสะอาดด้วย แยกโครงสร้างรองรับออกแล้วถูก้อนที่เหลือออกด้วยกระดาษทรายละเอียด

เครื่องพิมพ์ 3D ประเภทอื่นๆ

นอกเหนือจากเครื่องพิมพ์ FDM แล้ว วิธีการพิมพ์ 3 มิติยังรวมถึง stereolithography (SLA), Digital Light Processing (DLP), Selective Laser Sintering (SLS), Selective Laser Melting (SLM), การผลิตวัตถุลามิเนต (LOM) และลำแสงดิจิตอล การหลอมเหลว (EBM)

SLA เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เก่าแก่ที่สุดและยังคงใช้มาจนถึงปัจจุบัน DLP ใช้แสงและโพลีเมอร์ ในขณะที่ SLS ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งจ่ายไฟเพื่อสร้างวัตถุที่พิมพ์ 3 มิติที่แข็งแกร่ง SLM, LOM และ EBM ส่วนใหญ่หลุดพ้นจากความโปรดปราน

อนาคตของการพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ 3 มิติจะนำไปสู่อนาคตของผลิตภัณฑ์ตามความต้องการและปรับแต่งเองตามข้อกำหนดเฉพาะของเราหรือไม่? แม้ว่าสิ่งนี้จะยังไม่ชัดเจน แต่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติกำลังเติบโตอย่างรวดเร็วและถูกใช้งานในหลายพื้นที่

การพิมพ์ 3 มิติของบ้านเรือน อวัยวะต่างๆ เช่น ไตและแขนขา และความก้าวหน้าอื่นๆ มีศักยภาพในการปรับปรุงชีวิตของผู้คนทั่วโลกที่ไม่มีใครบอก