รู้จักกับวัตถุดิบสำหรับ 3D Printing

เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เป็นเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในปัจจุบันไม่ว่าจะเป็นการผลิตของ SME บริษัทขนาดใหญ่ หรือแม้กระทั่งระดับเล็กๆ อย่างเหล่า Maker ด้วยเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้สามารถใช้วัตถุดิบได้หลากหลายไม่ว่าจะเป็น โลหะ พลาสสติก วัสดุทดแทนต่างๆ MM Thailand ขอพาทุกท่านไปรู้จักกับวัสดุที่ถูกใช้ในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติซึ่งมีทั้งกลุ่มวัสดุสังเคราะห์และโลหะครับ

กลุ่มวัสดุสังเคราะห์

กลุ่มวัสดุสังเคราะห์สำหรับ 3D Printing ส่วนมากมักพบเห็นได้ในการผลิตชิ้นส่วนของ Maker และชิ้นส่วนในห้องโดยสารของยานพาหนะ รวมถึงชิ้นส่วนอื่นๆ ที่ใช้การออกแบบพลาสติกที่มีลักษณะเฉพาะเจาะจง

1. ABS

Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) เป็นพลาสติกแบบเดียวกับที่ใช้ใน Lego ซึ่งมีความแข็งแรงและปราศจากสารพิษ มีความแข็งแรงน้อยกว่า PLA เล็กน้อย มีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ 220 องศาเซลเซียส สามารถอ่อนตัวได้ไวและคืนสภาพได้อย่างรวดเร็ว เหมาะกับการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้เป็นอย่างดี

2. PLA

Polylactic Acid ผลิตจากวัสดุชีวภาพโพลีเมอร์ มีจุดเดือดที่ต่ำอยู่ที่ 60 องศาเซลเซียส วัสดุมีความเหนียวมากกว่า ABS เนื่องจากวัสดุตั้งต้นเป็นวัสดุชีวภาพ เช่น กากข้าวโพด อ้อย ทำให้สามารถสะสมแบคทีเรียได้ สามารถเพิ่มเติมสารเคมีเพื่อเพิ่มคุณสมบัติด้านการทนทานความร้อนและลักษณะของพื้นผิววัสดุได้

3. PVA

Polyvinyl Alcohol เป็นวัสดุโพลีเมอร์สังเคราะห์ จุดหลอมละลายอยู่ที่ 200 องศาเซลเซียส หากใช้ความร้อนมากกว่านี้สามารถปล่อยสารพิษออกมาได้ด้วยเช่นกัน ใช้ในการสนับสนุนการสร้างชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนของ PLA และ ABS หลังจากสนับสนุนการวางโครงแล้ว สามารถนำไปสัมผัสกับน้ำเพื่อทำให้ละลายและคงไว้แต่ชิ้นส่วนหลักจาก PLA และ ABS ได้

4. Nylon

ไนลอนถือเป็นชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง รองรับน้ำหนักได้มากโดยไม่เกิดความเสียหาย จุดหลอมเหลวอยู่ที่ 250 องศาเซลเซียส และด้วยเหตุนี้เองแม้ไนลอนจะมีราคาถูกและคุณสมบัติครบครันไม่ว่า ความแข็งแรงและการทนทานต่อความเสียหาย ทว่าการใช้ความร้อนที่สูงมากทำให้เป็นปัจจัยที่ต้องคำนึงถึงเช่นกัน

5. HDPE

High-Density Polyethylene มักใช้กับวัสดุที่มีการรีไซเคิล ด้วยน้ำหนักที่เบาและคุณสมบัติวัสดุที่สามารถยึดติดกับวัสดุอื่นและตัวเองได้ดี มีจุดหลอมเหลวอยู่ที่ 230 องศาเซลเซียสสามารถใช้ในการสนับสนุนการผลิตด้วยวัสดุชนิดอื่น และมีความต้านทานต่อสารเคมีส่วนมาก

6. T-Glase/PETT

Polyethylene Terephthalate มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับโพลีเอสเตอร์ จุดเดือดอยู่ที่ 230 องศาเซลเซียสแต่เวลาเย็นตัวลงให้คุณสมบัติที่คล้ายแก้ว สามารถย้อมสีได้ นอกจากนี้ FDA ยังให้การยอมรับว่าปลอดภัยสำหรับใช้กับอาหารอีกด้วย

7. Wood Filament

วัสดุชนิดนี้ไม่ได้ทำมาจากไม้โดยตรงแต่เป็นอนุภาคไม้แบบละเอียดผสมกับ PLA และโพลีเมอร์ เมื่อผลิตชิ้นงานออกมาจะมีลักษณะคล้ายลายไม้ มีลวดลายและลักษณะที่หลากหลาย ใช้วิธีผลิตเดียวกับการใช้ PLA แต่ชิ้นงานที่สำเร็จนั้นจำเป็นต้องได้รับการดูแลเพื่อให้มีลักษณะภายนอกที่สวยงามเหมาะสม

8. Metal Filament

วัสดุนี้ คือ ผงโลหะผสมกับ PLA แต่เมื่อผลิตเสร็จแล้วจะมีลักษณะคล้ายกับโลหะ สามารถใช้โลหะผสมได้หลากหลายแบบ เช่น เหล็กกล้า ทองเหลือง ทองแดง จำเป็นต้องมีการตกแต่งผิววัสดุหลังทำการผลิตเสร็จสิ้น

9. Carbon Fiber Mix

ความแข็งแรงของคาร์บอนไฟเบอร์เป็นที่รู้จักกันดี หากนำมาผสมผสานกับวัตถุดิบอื่นสามารถเพิ่มคุณสมบัติของชิ้นส่วนได้อีกด้วย จุดเด่นนอกเหนือจากความแข็งแรงแล้วน้ำหนักที่เบาถือเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญอีกจุดหนึ่ง อย่าลืมว่าคาร์บอนไฟเบอร์นั้นสามารถสึกกร่อนได้ง่ายจึงควรเลือกใช้งานวัสดุชนิดนี้ให้ดี

10. Conductive Filament

วัสดุนี้เป็นการผสมผสานกันระหว่าง PLA และกราฟีน ก่อให้เกิดวัสดุคาร์บอนที่สามารถเหนี่ยวนำไฟฟ้าได้โดยไม่จำเป็นต้องลากสายไฟฟ้า เหมาะสำหรับใช้งานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น อุปกรณ์สวมใส่อิเล็กทรอนิกส์ ในการผลิตต้องระวังปัญหาที่เนื้อวัสดุแต่ละชั้นอาจไม่ประสานกันได้สมบูรณ์แตกต่างจาก PLA ทั่วไป และการทำให้วัสดุบิดงอหลังการผลิตอาจทำให้ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้

กลุ่มวัสดุโลหะ

ชิ้นส่วนสำหรับ 3D Printing กลุ่มวัสดุโลหะต้องการความแข็งแรง ทนทานต่อความร้อน และการใช้งานที่สมบุสมบัน เช่น ชิ้นส่วนอากาศยานที่มีความซับซ้อน

ก. ผงโลหะ

1. Stainless Steel

สเตนเลสตีลเป็นโลหะที่มีการใช้งานอยู่บ่อยครั้งในอุตสาหกรรม มีคุณสมบัติที่ทดต่อการกัดกร่อนและสารเคมีได้เป็นอย่างดี ทำให้สามารถใช้งานในอุตสาหกรรมอาหารได้

2. Aluminum Alloy

อะลูมินิมอัลลอยนิยมใช้ในอุตสาหกรรมหลากหลายประเภทโดยเฉพาะอากาศยาน ด้วยความแข็งแรงและน้ำหนักที่เบาจึงกลายมาเป็นจุดเด่นของวัสดุชนิดนี้

3. Cobalt Chrome Alloy

จุดเด่นของโคบอลท์โครมอัลลอย ตือ ความสามารถอันยอดเยี่ยมในการต้านทานอุณหภูมิ การกัดกร่อนและการสึกหรอ เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนเครื่องมือแพทย์ สามารถใช้ได้กับสิ่งมีชีวิต

4. Titanium Alloy

คุณสมบัติของไทเทเนียมนั้นมีหลากหลายและมีคุณภาพสูง สามารถระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็ว ทำให้มักใช้ในการผลิตชิ้นส่วนเครื่องยนต์สมรรถนะสูงสำหรับแข่งขัน หรือเครื่อวยนต์สำหรับอากาศยาน

5. Nickle-Based Alloy

คุณสมบัติของโลหะที่ผสมนิกเกิล คือ ทนต่อแรงกดดัน อุณหภูมิ และสารเคมีได้เป็นอย่างดี นิยมใช้ในการผลิตชชิ้นส่วนกังหันแก็ส เครื่องยนต์เจ็ท หรือเครื่องมือสำหรับงานปิโตรเคมี

ข. โลหะเหลว

มีคุณสมบัติคล้ายคลึงกับการใช้ผงโลหะเพียงแต่มีความแข็งแรงสูงกว่า ทั้งยังใช้เวลาในการผลิตที่น้อยลงเมื่อเทียบกับการผลิตโดยเครื่องจักร CNC ด้วยคุณสมบัติอันละเอียดระดับนาโนทำให้มีการยึดเกาะกันระหว่างอนุภาคเมื่อเทียบกับการผลิตแบบ Subtractive Manufacturing แล้วมีผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกัน

การเลือกใช้งานวัสดุสำหรับ 3D Printing จำเป็นต้องศึกษาและให้ความสำคัญเกี่ยวกับข้อจำกัดของการใช้งานจริงที่เกิดขึ้น เพื่อความปลอดภัยและประสิทธิภาพการใช้งานที่เกิดความคุ้มค่าสูงสุด หากสนใจตัวอย่างการใช้งานวัสดุสำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติสามารถรับชมคลิปได้ท้ายบทความ

---

อ้างอิง:

• https://www.tomsguide.com/us/3d-printing-materials,news24392.html
• https://www.ge.com/additive/additive-manufacturing/information/metal-additive-manufacturing-materials
• http://www.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/1043719.pdf