การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง

บทความนี้เพิ่มเติมจากบทความเดิม (การวัดความแข็งแรงของชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer) เน้นใช้คำศัพท์เทคนิคให้น้อยที่สุด เพื่อให้คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นบุคคลทั่วไป นักวิจัย หรือผู้เชี่ยวชาญที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการทดสอบ สามารถเข้าใจได้ และเป็นแนวทางในการศึกษาระดับสูงต่อไป

 

1. การทดสอบด้านกายภาพ ทางกล

1.1 SEM (Scanning Electron Microscope)

SEM  หรือภาษาไทยคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โดยปกติแล้วหากเราต้องการขยายภาพหรือชิ้นงานให้มากขึ้นต้องอาศัยแว่นขยายกำลังสูงๆ เครื่อง SEM ตัวนี้จะทำหน้าที่ดังกล่าว โดยสามารถมองเห็นภาพได้ระดับนาโนเมตร ในเครื่องระดับสูง (ขยายได้เป็นล้านเท่า)

  • หลักการจริงไม่ใช่การถ่ายภาพปกติ แต่เป็นการยิงอนุภาคอิเล็กตรอนแล้วก็การสะท้อนที่ผิวออกมาเป็นข้อมูลต่างๆ ซึ่งนำไปประมวลผลเป็นภาพอีกที
  • ในบาง เครื่องและบางการทดสอบสามารถนำมาวิเคราะห์หาองค์ประกอบที่ผิวของวัตถุที่ส่องได้ด้วย
  • ตัวอย่างภาพด้านล่างคือเส้นพลาสติก Filament ผสมเส้นใยแก้วชนิดยาวต่อเนื่อง
  • เหมาะกับงานวิจัย หรืองานด้านการพัฒนาด้านวัสดุเป็นส่วนใหญ่ หรือใช้ในการวิเคราะห์ความเสียหายของผลิตภัณฑ์ว่าโครงสร้างที่เสียหายเป็นอย่างไร
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Tailoring strength and modulus by 3D printing different continuous fibers and filled structures into composites
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Jeol JSM-7800F กำลังขยาย 25-1 ล้านเท่า

1.2 Fatigue (ความล้า)

เป็นการจำลองพฤติกรรมของ วัสดุ ผลิตภัณฑ์จริง เมื่อได้รับแรงกระทำซ้ำๆ เป็นจำนวนหลายรอบ เช่น แรงยืด-ดึงซ้ำๆ แรงกดซ้ำๆ เพื่อดูอายุการใช้งานก่อนที่จะเสียหาย ซึ่งมีทั้งการทดสอบมาตรฐานที่ใช้ชิ้นงานหน้าตาเหมือน Specimen ในห้องแลป จนไปถึงทำผลิตภัณฑ์ออกมาจริงๆ แล้วสร้างชุดทดสอบการใช้งาน 

การทดสอบนี้ใช้ระยะเวลานาน ขึ้นกับข้อกำหนดและมาตรฐาน ซึ่งอาาจะตามสากล (ASTM DIN ISO) หรือใช้มาตรฐานผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ทดสอบ

2. สมบัติการไหล

2.1 Melt Flow Index (MFI)

ภาษาไทยคือดัชนีการหลอมเหลว เป็นข้อมูลที่นิยมใช้ในโรงงาน และการทดสอบทั่วไปว่า วัสดุดังกล่าวมีความหนืดมาก-น้อยเพียงใด ใช้เวลาในการทดสอบไม่นาน เหมาะกับการเปรียบเทียบวัสดุ A-B  เบื้องต้น

  • หลักการคือดันวัสดุพอลิเมอร์ให้ไหลผ่านหัวฉีดเล็กๆ (คล้ายเครื่อง FDM) เป็นเวลา 10 นาที แล้ววัดปริมาณน้ำหนักของเส้นที่ไหลผ่าน
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Melt_flow_index#/media/File:MFI.gif

2.2 Rheometer

เป็นเครื่องมือวัดสมบัติการไหลในระดับสูง ผลที่ได้ต้องนำวิเคราะห์โดยผู้เชี่ยวชาญอีกที เพื่อธิบายพฤติกรรมของวัสดุ แบ่งเป็น 3 กลุ่มหลัก

  • วัดจากแรงเฉือน
  • วัดจากการยืดดึง
  • ชนิดอื่นๆ ที่ไม่จัดอยู่ใน 2 กลุ่มด้านบน
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: https://en.wikipedia.org/wiki/Rheometer

3. การทดสอบทางความร้อน

3.1DSC (Differential scanning calorimeter)

เป็นการทดสอบที่วัดพลังงานที่สารปล่อยออกมาเมื่อได้รับความร้อน เปรียบเทียบกับสารตัวอย่าง (Standard Sample) ผลที่ได้สามารถบ่งบอกได้

  • อุณหภูมิหลอมเหลว
  • อุณหภูมิสถานะคล้ายแก้ว
  • การเกิด-สลายผลึก
  • ความบริสุทธิ์ 
  • สารประกอบเบื้องต้น
การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
ผลที่ได้จากการทดสอบด้วยเครื่อง DSC

3.2 Flamabnility (การทดสอบการลามไฟ)

เป็นอีกการทดสอบที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยเมื่อนำวัสดุดังกล่าวไปใช้งาน อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ “พลาสติกไม่ลุกติดไฟ (Flame Retardant) คืออะไร ปลอดภัยจริงมั้ย

มาตรฐานที่ได้รับการยอมรับคือ UL-94 ซึ่งจะมีแยกย่อยลงไปอีก สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/UL_94 หรือซื้อข้อมูลมาตรฐานได้ทางเวบไซต์ของ UL Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances

ตัวอย่างการทดสอบ UL-94 HB 

4. การทดสอบเพื่อหาสารประกอบ

4.1 TGA (Thermogravimetric Analysis)

คือการเผาวัสดุทดสอบด้วยความร้อนสูง จนสารมีน้ำหนักลดลงเรื่อยจนเผาไหม้หมด หรือบางส่วนเหลือเป็นขี้เถ้าที่ไม่สลายไป ซึ่งนำมาวิเคราะห์ปริมาณได้อีกที (เช่น เขม่าดำ) ช่วงที่สารประกอบแต่ละชนิดหายไป จะมีช่วงของอุณหภูมิที่แตกต่างกันสามารถนำมาใช้วิเคราะห์ได้ เช่น ค่าทดสอบ TGA ของเรซินแวกซ์ เพื่อดูอุณหภูมิที่เหมาะสมในการหล่อ 

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: A Statistical approach to optimize the production of Polyhydroxyalkanoates from Wickerhamomyces anomalus VIT-NN01 using Response Surface Methodology

4.2 XRD (X-Ray Diffractometer)

เป็นการทดสอบโดยใช้รังสีเอ็กซ์ ยิงไปที่วัสดุทดสอบ เพื่อดูการสะท้อน ตกกระทบ ซึ่งสารประกอบแต่ละชนิด มีพฤติกรรมแตกต่างกัน ตัวอย่างการใส่สารตัวเติมลงใน PLA ทำให้กราฟมีจุดสูง (Peak) ต่ำเปลี่ยนแปลงไป สามารถใช้ในการหาค่าความบริสุทธิ์ของสารทดสอบได้อีกด้วย

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Risperidone Controlled Release Microspheres Based on Poly(Lactic Acid)-Poly(Propylene Adipate) Novel Polymer Blends Appropriate for Long Acting Injectable Formulations

4.3 FTIR (Fourier Transform Infrared)

จะแตกต่างกับเครื่อง XRD โดยใช้การดูดกลืนคลื่นแสงในช่วง Infared มักใช้ในการศึกษาโครงสร้างของสสาร หรือหมู่ฟังก์ชันที่เกิดขึ้นในการผสมสารเข้าก้วยกัน

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง
Source: Effects of Graphene Nanopletelets on Poly(Lactic Acid)/Poly(Ethylene Glycol) Polymer Nanocomposites

ถึงแม้การทดสอบหลายๆเครื่องจะให้ผลที่คล้ายคลึงกัน แต่ควรพิจารณาถึงผลลัพธ์ที่ต้องการ หรือวัตถุประสงค์ของการทดสอบ เพื่อให้การเลือกใช้ข้อมูลได้ถูกต้อง เหมาะสมมากที่สุด

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on pinterest
Pinterest

สนใจเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เรามีเครื่องที่ตอบโจทย์การใช้งานทุกประเภท ตั้งแต่บุคคลเริ่มต้นจนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ พร้อมให้คำแนะนำการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนมากที่สุด

ติดตามข่าวสารและบทความ

บทความน่าสนใจอื่นๆ

3D Printing Materials

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง

บทความนี้เพิ่มเติมจากบทความเดิม (การวัดความแข็งแรงของชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer) เน้นใช้คำศัพท์เทคนิคให้น้อยที่สุด เพื่อให้คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นบุคคลทั่วไป นักวิจัย

อ่านต่อ
3D Printing Technology

Formlabs Materials มีกี่ชนิด เลือกใช้ยังไง

Standard Resin เป็นเรซินกลุ่มเริ่มต้นของ Formlabs เน้นใช้งานง่าย ให้รายละเอียดคมชัด ความแข็งแรงอยู่ในระดับกลางๆ เหมาะสำหรับการทำงานต้นแบบ

อ่านต่อ