พื้นฐานการพิมพ์ 3 มิติ: ประเภทของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การพิมพ์ 3 มิติไม่ได้ทำงานเหมือนการพิมพ์ทั่วไป ในขณะที่เมื่อพูดถึงหมึกบนกระดาษ แทบทุกเครื่องที่ใช้ ไม่ว่าจะเป็นกระดาษและหมึก การพิมพ์ 3 มิตินั้นมีความเฉพาะเจาะจงมากกว่า ไม่ใช่เครื่องพิมพ์ทุกเครื่อง หรือแม้แต่เครื่องพิมพ์ทุกประเภทจะเหมาะกับประเภทไส้หลอดหรือโปรเจ็กต์ทุกประเภท คุณจะต้องศึกษาข้อมูลให้ดีก่อนที่จะเลือกสักเครื่อง เพื่อให้แน่ใจว่าได้ประเภทที่ถูกต้องสำหรับความต้องการของคุณ

ต่อไปนี้คือข้อมูลสรุปเกี่ยวกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไปบางประเภทที่คุณสามารถหาได้ ไม่ใช่รายการที่ครอบคลุม แต่นี่คือสิ่งที่ผู้ที่ชื่นชอบการพิมพ์ 3D รุ่นใหม่จำเป็นต้องรู้!

SLA

SLA หรือ Stereolithography เป็นการพิมพ์ 3 มิติประเภทแรกที่เคยมีมา สร้างขึ้นในปี 1986 โดย Chuck Hall ใช้เทคนิคการพิมพ์ที่เรียกว่า Vat Polymerisation โดยใช้กัมโฟโตโพลีเมอร์ที่สัมผัสกับแหล่งกำเนิดแสง เครื่องพิมพ์ประเภทนี้เหมาะสำหรับพื้นผิวเรียบและมีรายละเอียดสูงในงานพิมพ์

มันไม่ได้มีไว้สำหรับผู้เริ่มต้นโดยเฉพาะและมีประโยชน์มากมายในด้านการแพทย์ ซึ่งใช้สำหรับพิมพ์แบบจำลองทางกายวิภาคและไมโครฟลูอิดิกส์ เครื่องพิมพ์ใช้กระจกหลายบานที่จัดเรียงไว้เพื่อชี้เสาเลเซอร์พาดผ่านหมากฝรั่งที่ใช้เป็นเส้นใย เพื่อให้สามารถสร้างชั้นต่างๆ ในเขตการขึ้นรูปได้

ความแม่นยำและความเร็วเป็นกุญแจสำคัญ และโปรเจ็กต์การพิมพ์ 3 มิติถูกสร้างขึ้นจากพื้นฐาน นอกจากการใช้ที่กล่าวมาในทางการแพทย์แล้ว เทคนิคการพิมพ์นี้ยังมีประโยชน์ในอุตสาหกรรมการบินและยานยนต์อีกด้วย เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ ได้แก่ ProJets และ Vipers

SLS

การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบเฉพาะหรือ SLS ทำให้ผงไนลอนอ่อนตัวลงในโครงสร้างพลาสติกแข็ง วัสดุที่ใช้คือเทอร์โมพลาสติก ซึ่งหมายความว่าผลลัพธ์จะเหนียว เหมาะสำหรับการติดแน่นและแรงกระแทกสูง เทคนิคที่ใช้เรียกว่าฟิวชั่นเตียงไฟฟ้า เทอร์โมพลาสติกจะถูกทำให้ร้อนจนกระทั่งก่อนที่มันจะหลอมเหลวแล้วจึงจัดชั้นบนขั้นตอนการขึ้นรูป เลเซอร์ใช้ในการเผาผงที่ซ้อนกันเป็นชั้นแข็งและแข็ง และเมื่อการข้ามส่วนเสร็จสมบูรณ์ ระยะจะลดลงตามความสูงของชั้นนั้น ผงเพิ่มเติมจะถูกเพิ่ม และเลเซอร์จะเผาอีกครั้ง ให้เป็นของแข็ง

ผงส่วนเกินที่เติมแต่ไม่ถูกเผาทำหน้าที่เป็นวัสดุรองรับที่จะหลุดออกไปในที่สุด โครงสร้างรองรับไม่จำเป็นเพราะเหตุนี้ ข้อได้เปรียบหลักของ SLS คือมันสร้างคุณสมบัติทางกลที่ยอดเยี่ยม โดยมีข้อเสียของเวลารอคอยสินค้านานกว่าเครื่องพิมพ์ประเภทอื่น ตัวอย่าง ได้แก่ Sinterit Lisa, Formlabs Fuse 1 และ Sharebot SnowWhite 2

FDM/FFF

Fused Deposition Modeling และ Fused Filament Fabrication เป็นเครื่องพิมพ์ประเภทเดียวกัน พวกเขาขับไล่ชั้นเส้นใยพลาสติกทีละชั้นไปยังขั้นตอนการขึ้นรูป ด้วยวิธีนี้ แบบจำลองที่สมบูรณ์สามารถสร้างได้ค่อนข้างเร็วและมีประสิทธิภาพ พื้นผิวที่สร้างขึ้นมักจะเป็นอะไรก็ได้แต่เรียบ และแบบจำลองที่ได้ก็มักจะไม่แข็งแรงเกินไป กล่าวอีกนัยหนึ่ง การใช้งานจริงของชิ้นส่วนที่พิมพ์ออกมานั้นค่อนข้างจำกัด อย่างไรก็ตาม เครื่องพิมพ์ประเภทนี้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับผู้เริ่มต้น เนื่องจากเป็นมิตรกับการทดลองและค่อนข้างใช้งานง่าย

ที่กล่าวว่าเครื่องพิมพ์ประเภทนี้สามารถเป็นหนึ่งในเครื่องพิมพ์ที่มีราคาไม่แพงมากสำหรับเครื่องพิมพ์ที่มีงบประมาณจำกัด หลอดไส้หลอดจะวิ่งเข้าไปในเครื่องพิมพ์แล้วดันผ่านท่อน้ำร้อน วัสดุที่ใช้กันมากที่สุดคือ PLA, ABS และ PET แต่วัสดุอื่นๆ บางชนิดก็ใช้ได้เช่นกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพวยกาที่ใช้

หัวของเครื่องพิมพ์จะเคลื่อนไปตามแกนชุด และจ่ายพลาสติกเหลวทีละชั้น เมื่อเลเยอร์เสร็จสิ้น เลเยอร์ถัดไปจะเริ่มทำงานจนกว่าอ็อบเจ็กต์จะเสร็จสมบูรณ์ วิธีใช้เทคนิคนี้อย่างดีที่สุดบางส่วนคืออุปกรณ์ติดตั้งและปลอกหุ้ม แต่ FFF และ FDM ยังเหมาะสำหรับงานพิมพ์งานพิมพ์ขนาดเล็กทุกประเภท

เครื่องพิมพ์รุ่นต่างๆ ได้แก่ Snapmaker และ Ultimaker ตลอดจนรุ่นอื่นๆ อีกมากมาย จากความแพร่หลายของเครื่องพิมพ์ประเภทนี้ในปัจจุบัน มีรุ่นต่างๆ มากมายในทุกช่วงราคา

DLP

Digital Light Processing ค่อนข้างคล้ายกับการพิมพ์ SLA พิมพ์ได้เร็วกว่าและเปิดเลเยอร์ได้พร้อมกัน แทนที่จะพิมพ์แบบตัดขวางด้วยการใช้เลเซอร์ SLA และ DLP มีจุดประสงค์ในการใช้งานที่คล้ายกันและเป็นแบบจำลองประเภทรูปทรงการแช่ พื้นผิวเรียบไม่เหมือนกับ FFF ดังนั้นโครงการจึงสามารถค้นหาการใช้งานในสิ่งต่างๆ เช่น งานทันตกรรม

ในทางกลับกัน งานพิมพ์ DLP ค่อนข้างอ่อนแอ ปกติแล้วจะไม่มีประโยชน์สำหรับชิ้นส่วนเครื่องจักรกลหรืออะไรก็ตามที่ต้องการความมั่นคงเป็นพิเศษ สำหรับความแตกต่างระหว่าง SLA และ DLP ซึ่งก่อนหน้านี้ใช้เลเซอร์ในการวาดรูปทรงโค้งมน DLP ใช้หน้าจอเพื่อฉายภาพสี่เหลี่ยมจตุรัสที่มีขนาดต่ำสุดที่แน่นอนเพื่อสร้างรูปร่างที่กำลังพิมพ์

เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ ได้แก่ Micromake L2, SprintRay Moonray และ Anycubic Photon S

MJF

เครื่องพิมพ์ Multi Jet Fusion ประกอบชิ้นส่วนจากผงไนลอน แทนที่จะใช้เลเซอร์ (เช่นในการพิมพ์ SLS) คลัสเตอร์อิงค์เจ็ทจะใช้ความร้อนเพื่อละลายผง ผลลัพธ์ที่ได้คือคุณสมบัติทางกลที่เสถียรและคาดการณ์ได้ รวมถึงผลลัพธ์พื้นผิวที่ดีขึ้น

การประดิษฐ์ที่เร็วขึ้นในเวลาที่เทคนิคนี้มีทำให้ต้นทุนโดยรวมลดลง หัวพิมพ์พ่นโฟโตโพลีเมอร์ขนาดเล็กหลายร้อยหยด ซึ่งผ่านการบ่มและแข็งตัวในภายหลังด้วยแสงยูวี เมื่อเลเยอร์ได้รับการรักษา เลเยอร์ถัดไปจะถูกนำไปใช้จนกว่าวัตถุจะเสร็จสมบูรณ์

เทคนิคนี้ต้องการสื่อช่วยเหลือที่นำออกมาใช้ภายหลังการจัดการ แม้ว่าสิ่งนี้จะทำให้เกิดปัญหาบางอย่าง แต่ MJF เป็นหนึ่งในเทคนิคเดียวที่ช่วยให้เครื่องพิมพ์สามารถผลิตวัตถุหลายชิ้นในบรรทัดเดียวโดยไม่ลดความเร็วของงานพิมพ์ใดๆ มันยังสามารถผลิตสิ่งต่าง ๆ โดยใช้วัสดุที่แตกต่างกันและสมบูรณ์ ซึ่งหมายความว่าเมื่อจัดเรียงอย่างเหมาะสม MJF สามารถผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กที่เหมือนกันจำนวนมากได้เร็วกว่าเครื่องพิมพ์ประเภทอื่นๆ อย่างมาก เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ ได้แก่ HP Jet Fusion series

PolyJet

เครื่องพิมพ์ PolyJet ผลิตชิ้นส่วนที่ราบรื่นและแม่นยำซึ่งเหมาะสำหรับสิ่งต่างๆ พวกเขามีความละเอียดของชั้นด้วยกล้องจุลทรรศน์และสามารถผลิตได้ทั้งผนังบางและองค์ประกอบที่ซับซ้อน เนื่องจากสามารถทำงานกับวัสดุได้หลากหลายที่สุดจากเครื่องพิมพ์ 3D ใดๆ (หากติดตั้งหัวฉีด/เตียงที่ถูกต้อง) สามารถใช้งานพิมพ์ PolyJet เพื่อสร้างอุปกรณ์จับยึด แม่พิมพ์ และเครื่องมือการผลิตต่างๆ

มีเครื่องพิมพ์หลากหลายรุ่นสำหรับใช้ในงานทันตกรรมโดยเฉพาะ - สำหรับห้องปฏิบัติการทันตกรรมและการพิมพ์ทางทันตกรรม งานพิมพ์ที่รวดเร็วและมีคุณภาพสูงที่เกิดจากเทคโนโลยีนี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับการใช้งานทางการแพทย์ประเภทนั้น เครื่องพิมพ์เหล่านี้ทำงานโดยใช้หัวพ่นหลายหัว โดยจะวางชั้นของวัสดุก่อสร้างโดยการเลื่อนไปตามแกน ส่วนหัวแต่ละหัวจะบริจาคในปริมาณที่แตกต่างกันในจุดต่างๆ เพื่อสร้างรูปทรงของเลเยอร์นั้นๆ การตั้งค่าทั่วไปของเครื่องพิมพ์เหล่านี้มีหัวพิมพ์แบบอิงค์เจ็ทแบบหลายหัวฉีด

วัสดุที่กระจายจะถูกแฟลชและชุบแข็งโดยชั้น UV ก่อนที่เครื่องพิมพ์จะเคลื่อนไปตาม - แพลตฟอร์มจะลดชั้นหนึ่งลง และเพิ่มชั้นถัดไป วัตถุดิบและเส้นใยไม่ได้เก็บไว้ในหลอด แต่เก็บไว้ในตลับหมึกที่เชื่อมต่อกับหัวฉีด ไม่ต่างจากเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ตทั่วไป เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ ได้แก่ Connex 3 series, Objet30 และ J5 DentaJet

DMLS

เครื่องพิมพ์ DMLS มีหนึ่งแอปพลิเคชันหลัก – การพิมพ์สิ่งที่เป็นโลหะ การใช้สารเติมแต่งที่เป็นโลหะ DMLS เป็นเครื่องจักรมาตรฐานสำหรับการพิมพ์ 3 มิติทุกประเภทที่เกี่ยวข้องกับเส้นใย MF ในขณะที่เครื่องพิมพ์อื่นๆ บางรุ่นสามารถจัดการกับวัสดุได้เช่นกัน แต่เครื่องพิมพ์ DMLS นั้นดีเป็นพิเศษในการสร้างชิ้นส่วนที่เหมือนกันซึ่งมีคุณสมบัติคล้ายกับสิ่งที่หล่อจากโลหะ 'ปกติ'

DMLS ย่อมาจาก Direct Metal Laser Sintering และนั่นคือวิธีการทำงานอย่างแท้จริง โดยใช้เลเซอร์กำลังสูงในการละลายชั้นผงของส่วนผสมโลหะ/พลาสติกก่อนที่จะชุบแข็งอีกครั้งเพื่อสร้างโครงการ มันทำงานคล้ายกับการเชื่อมหรือประสานด้วยเลเซอร์ที่ละเอียดและแม่นยำมาก อย่างไรก็ตาม มันเร็วและแม่นยำกว่าที่มือมนุษย์คาดไว้มาก

เครื่องพิมพ์เหล่านี้ค่อนข้างซับซ้อนในการใช้และต้องการ/ใช้องค์ประกอบที่ไม่ธรรมดา (เช่น ห้องสร้างที่เติมก๊าซอาร์กอน) ดังนั้นจึงไม่เหมาะสำหรับผู้เริ่มต้นเลย โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาถึงราคาที่สูงจนน่าปวดหัว ที่กล่าวว่า พวกเขาสามารถทำงานกับโลหะผสมและโลหะต่าง ๆ รวมทั้งเหล็ก ไทเทเนียม นิกเกิล โคบอลต์ และทองแดง รุ่นเครื่องพิมพ์ DMLS ได้แก่ EOS M 290 และ FormUp 350

EBM

Electron Beam Melting เป็นการพิมพ์ฟิวชั่นแบบผงเตียง ใช้ลำแสงอิเล็กตรอนมากกว่าเลเซอร์ทั่วไปในการหลอมอนุภาคและสร้างชิ้นส่วน สร้างโครงสร้างที่มั่นคงและทนทานอย่างเหลือเชื่อด้วยการหลอมโลหะกับโลหะ ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ใช้และผลิตโดยบริษัทเดียว – GE Additive

เมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์อื่น ๆ ที่ใช้เลเซอร์เป็นแหล่งความร้อน เครื่องพิมพ์ EBM ใช้ปืนอิเล็กตรอนเพื่อดึงอิเล็กตรอนจากเส้นใยเหล็กทังสเตนในสุญญากาศ จากนั้นจึงเร่งความเร็วและฉายลงบนผงโลหะที่ฝากไว้ในแต่ละชั้น

เมื่อพิมพ์โปรเจ็กต์แล้ว ผงส่วนเกินจะถูกลบออกด้วยปืนลูกซอง เนื่องจากกระบวนการทั้งหมดเกิดขึ้นภายใต้สุญญากาศ ชิ้นส่วนและผงจึงไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์ขณะใช้งาน และเมื่อพิมพ์เสร็จ ผงที่ไม่ได้ใช้ในปริมาณที่เหมาะสมก็สามารถนำมาใช้โดยตรงได้ ซึ่งแตกต่างจากเทคนิคการพิมพ์อื่นๆ ส่วนใหญ่ และช่วยลดต้นทุนการพิมพ์ได้อย่างมาก เนื่องจากวัสดุอาจมีราคาค่อนข้างสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพูดถึงเส้นใยโลหะ

เมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์ลำแสงเลเซอร์ ลำแสงอิเล็กตรอนมีข้อได้เปรียบด้านความเร็ว แต่มีปัญหาเล็กน้อยในเรื่องความเที่ยงตรงและขนาดชิ้นส่วนสูงสุดในการผลิต เนื่องจากลำแสงกว้างกว่าเลเซอร์ บางสิ่งที่ทำด้วยเลเซอร์ไม่สามารถทำได้ในเครื่องพิมพ์ EBM ด้วยจำนวนรุ่นเครื่องพิมพ์ที่มีอยู่อย่างจำกัด จึงมีข้อจำกัดในด้านขนาดชิ้นส่วน – ปริมาณการผลิตของเครื่องพิมพ์เลเซอร์สามารถเพิ่มเป็นสองเท่าของรุ่น EBM ที่เปรียบเทียบกันได้อย่างง่ายดาย