พลาสติกวิศวกรรม (Engineering Plastic) คืออะไร ?
เครื่อง 3D Printer สำหรับผู้ใช้ทั่วไป สามารถผลิตสิ่งได้ตั้งแต่ ข้าวของ เครื่องใช้ จนไปถึงชิ้นส่วนทางอุตสาหกรรม เช่น พวกเฟือง Jig fixture หรือแม้กระทั่งซีลยาง ที่ไม่มีการผลิตแล้ว โดยบทความนี้เป็นการแนะนำเส้นพลาสติกวิศวกรรม สำหรับเครื่อง 3D Printer แบบ Fused Deposition Modeling (FDM) ที่สามารถหาได้ในท้องตลาด
ตัวอย่างชิ้นส่วนที่ใช้ทำ Jig&Fixture
พลาสติกวิศวกรรม หรือ Engineering Plastic เป็นวัสดุที่พัฒนาขึ้นโดยมีสมบัติการใช้งานที่แตกต่างจากวัสดุทั่วๆไปที่ใช้กัน โดยเบื้องต้นจากภาพด้านล่าง แสดงถึงปริมาณการใช้งานของพลาสติกแต่ละชนิดบนโลก ส่วนใหญ่คือ พอลิโพรไพลีน (Polypropylene) ตระกูล พอลิเอธีลีน (Polyethylene) พีวีซี (PVC) และพอลิสไตรีน (Polystyrene) เราเรียกพลาสติกกลุ่มนี้ว่า พลาสติกทั่วไป (General Plastic) ในขณะที่พลาสติกวิศวกรรมมีการพัฒนาขึ้นเพื่อสมบัติที่ดีขึ้น เช่น เหนียวมากขึ้น ทนความร้อน การเสียดสี หรือสารเคมี ซึ่งส่วนใหญ่มีราคาที่สูงกว่าปกติ เนื่องจากต้องผลิตและสังเคราะห์มาโดยเฉพาะ (พลาสติกทั่วไปส่วนใหญ่ได้จากการกลั่นน้ำมันอยู่แล้ว เลยมีต้นทุนการผลิตที่ต่ำ) ดังนั้นบทความนี้จึงได้รวบรวมข้อมูลพลาสติกวิศวกรรมชนิดต่างๆ ให้ผู้ใช้เลือกได้เหมาะสมกับความต้องการใช้งาน
อะคริโลไนไตรล์ บิวทาไดอีน สไตรีน (ABS)
เป็นเส้นพลาสติกวิศวกรรมสำหรับเครื่อง 3D Printer ที่ใช้มากที่สุด มีจุดเด่นคือ ความเหนียวที่มากกว่า PLA และ PET รวมถึงทนต่ออุณหภูมิการใช้งานมากถึง 90 C นอกจากนี้ราคายังใกล้เคียงกับ PLA ทำให้เป็นวัสดุอันดับหนึ่งในการเลือกใช้ อย่างไรก็ตาม ABS มีข้อเสียคือการหดตัว (Shringkage)และความสามารถในการหลอมติดกันแต่ละชั้นต่ำ (Bonding layer) ซึ่งทำให้เครื่อง 3D Printer รุ่นทั่วๆไปอย่างตระกูล Prusa I3 พิมพ์ชิ้นงานแล้วมีปัญหาการหดตัว หรือชิ้นงานแตกระหว่างการพิมพ์ ดังนั้นจึงต้องควบคุมอุณหภูมิขณะพิมพ์ให้ดี โดยอาจแก้ไขโดยหากล่องพลาสติกมาคลุมเครื่องไว้เพื่อควบคุมอุณหภูมิให้คงที่
ABS สามารถหาซื้อได้ทั่วๆไปตามท้องตลาดราคามีตั้งแต่ 600 จนไปถึง หลักพันบาท/กิโลกรัม ขึ้นอยู่กับยี่ห้อและสารเสริมแรงที่ผสม (Reinforce filler) โดยก่อนซื้อควรสอบถามการนำไปใช้งานกับเครื่อง 3D Printer ที่มีอยู่ก่อนว่ารองรับหรือไม่
- มีอุณหภูมิคล้ายแก้ว (Glass temperature) สูงถึง 100 °C ดังนั้นจึงทนความร้อนสูง โดยความแข็งแรงไม่เปลี่ยนแปลง
- ABS ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในอะซีโตนหรือน้ำยาล้างเล็บ ดังนั้นจึงสามารถอบด้วยไออะซีโตนเพื่อเพิ่มความเงางามได้
ABS เหมาะสำหรับผลิตเป็นชิ้นงานที่ใช้จริงเนื่องจากสมบัติความแข็งแรง และทนต่ออุณหภูมิสูง เช่น ปลั๊กไฟ ตัวต่อเลโก้ เครื่องใช้ทั่วไป
ABS มีข้อด้อยเรื่องความทนทานต่อสิ่งแวดล้อม เช่น กรดหรือด่าง นอกจากนี้ยังเป็นพลาสติกที่เป็นเชิ้อเพลิงชั้นดี ต้องระวังเรื่องการลุกติดไฟ
การตั้งค่าในเครื่อง 3D Printer
พอลิเอทิลีนเทเรฟทาเลต (PET)
เป็นพลาสติกที่ใช้ในการผลิตเป็นขวดน้ำดื่มในปัจจุบัน ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับคนได้ เช่น จาน ชาม ช้อน ส้อม แก้วน้ำ เป็นต้น โดยก่อนนำไปใช้ควรตรวจสอบจากผู้ผลิตว่าผ่านการรองรับจาก FDA (อย.) หรือไม่ ก่อนนำมาใช้ สมบัติเด่นของเส้นพลาสติกชนิดนี้คือสีธรรมชาติเป็นสีใส ดังนั้นจึงสามารถนำมาพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องการให้แสงส่องผ่านได้ เช่น โคมไฟ หลอดไฟ นอกจากนี้ยังทนต่อความร้อนได้ประมาณ 70 ºC ก่อนเริ่มเสียรูป จึงเป็นตัวเลือกหนึ่งนอกจาก ABS สำหรับการใช้งานที่อุณหภูมิสูง และทนทานต่อแสงยูวี
ทั้งนี้ PET มีหลายเกรด หลายผู้ผลิต และสูตรมาก จึงควรตรวจสอบข้อมูลของผู้ผลิตก่อน เพื่อเลือกใช้งานให้เหมาะสม โดยราคาของ PET มีตั้งแต่ 800 จน 3,000 บาท ขึ้นกับสมบัติที่ผู้ผลิตปรับสูตร เช่น Colorfabb HT ที่เป็น Co-Polyester หรือพี่ใหญ่ของ PET สามารถทนอุณหภูมิได้มากถึง 100 องศาเซลเซียส ความแข็งแรงใกล้เคียงกับพอลิคาร์บอเนต
- มีอุณหภูมิคล้ายแก้ว (Glass temperature) สูงถึง 85 C° ดังนั้นจึงทนความร้อนสูง โดยความแข็งแรงไม่เปลี่ยนแปลง
- PET ทนต่อสารเคมี ความชื้น และรังสี UV จึงเหมาะที่จะใช้เป็นผลิตภัณฑ์ที่อยู่ภายนอกอาคาร
- PET เหมาะสมในการทำเป็นบรรจุภัณฑ์ เนื่องเป็นวัสดุที่ใส และสามารถผสมสีให้เกิดความสวยงาม และมันเงาได้ รวมทั้งความสามารถในการนำไปรีไซเคิล เพื่อใช้ใหม่ได้
- PET มีข้อด้อยในความแข็งแรงต่ำเมื่อได้รับแรงเฉือน (Shear stress)
การตั้งค่าในเครื่อง 3D Printer
ไนลอน (Nylon, PA)
ไนลอนเป็นชื่อทางการค้าของพลาสติกที่ชื่อพอลิเอไมด์ (PA) ซึ่งส่วนใหญ่เราจะเห็นในรูปของเส้นใย ที่ใช้ทำเสื้อกันฝน เสื้อกีฬา ผลิตภัณฑ์ประเภทเส้นใย รวมไปถึงชิ้นส่วนในยานพาหนะที่ต้องการชิ้นงานที่งอได้ระดับหนึ่ง และทนต่อความร้อน สารเคมี ซึ่งขึ้นอยู่กับผู้ผลิตว่าจะผสมสารเคมีอะไรลงไปบ้าง ซึ่งมีหลากหลายมาก
ในกรณีของเครื่อง 3D Printer การใช้ไนลอนเป็นวัตถุดิบ เพื่อวัตถุประสงค์ขึ้นรูปงานที่ต้องการความทนทานต่อการเสียดสีและแข็งแรงสูง เช่น พวกเฟือง บานพับ นอกจากนี้ไนลอนยังมีสมบัตินำไปผสมกับสีย้อมผ้าได้ ทำให้มีสีสรรค์ตามที่ต้องการได้ อย่างไรก็ตามไนลอนเป็นอีกวัสดุหนึ่งที่ขึ้นรูปด้วยเครื่อง 3D Printer ยาก เนื่องจากการหดตัวที่สูงมาก จึงต้องควบคุมอุณหภูมิขณะพิมพ์ให้คงที่ นอกจากนี้สารระเหยที่เกิดขึ้นระหว่างการพิมพ์มีอันตราย เพราะฉะนั้นควรมีฟิลเตอร์ป้องกัน หรือตั้งอยู่ในที่อากาศระบายได้ดี
เป็นพลาสติก Food grade มีความปลอดภัยในระดับหนึ่ง
Nylon มีสมบัติที่เหนียว บิดงอได้ และทนทนต่อการขัดถูสูงมาก
Nylon จากเครื่อง 3D Printer เหมาะกับการผลิตพวกเฟือง ที่ต้องเสียดสีกันตลอดเวลา
มีสารเคมีที่อันตราขณะพิมพ์ ควรวางเครื่องอยู่ในที่อากาศระบายสะดวก หรือมีฟิลเตอร์ป้องกัน
การตั้งค่าในเครื่อง 3D Printer
พอลิคาร์บอเนต (PC)
พอลิคาร์บอเนตหรือ PC เป็นวัสดุวิศวกรรมชนิดหนึ่งที่มีการนำไปใช้งานกว้างขวางมาก สารถทดแทนการใช้ ABS หรือ PET ได้เลยทีเดียว เนื่องจากสมบัติความแข็งแรงที่มากกว่า การทนทานอุณหภูมิสูงมากกว่า 120C ทนทานต่อสารเคมี กรด-ด่าง นอกจากนี้ยังมีเกรดที่ใช้ในการผลิตเลนส์แว่นตา กระจกรถ หรือแม้กระทั่งฟิล์มกันกระแทก จากที่กล่าวมาเห็นได้ว่า PC มีสมบัติที่โดดเด่นกว่าพลาสติกทั่วไป
อย่างไรก็ตาม สำหรับเทคโนโลยี 3D Printer การใช้พลาสติก PC สำหรับเครื่องทั่วไป เป็นเรื่องที่ยากมาก เนื่องจากต้องใช้อุณหภูมิขึ้นรูปมากกว่า 260C อุณหภูมิที่ฐาน 100+ C และเป็นระบบบิดเพื่อป้องกันกันบิดงอขณะพิมพ์
ผู้ผลิตเส้นพลาสติก PC ปัจจุบันได้แก่ Ultimaker Matterhacker Polymaker และ ESun เป็นต้น
มีอุณหภูมิคล้ายแก้ว (Glass temperature) สูงถึง 150 °C ดังนั้นจึงทนความร้อนสูงมาก
PC ทนทานสารเคมี กรด-ด่าง การขัดถูสูงมาก
PC เหมาะสมกับการพิมพ์เป็นชิ้นงานที่ต้องการความแข็งแรงและทนอุณหภูมิมากกว่า ABS
เครื่อง 3D Printer ทั่วไป ไม่สามารถพิมพ์ PC ได้
การตั้งค่าในเครื่อง 3D Printer
พอลิอะซิตัล (POM)
พอลิอะซีตัล (Polyacetal) หรือเรียกสั้นๆว่า POM (ปอม) เป็นพลาสติกวิศวกรรมที่มีความแข็งแรงสูงมาก มีผิวสัมผัสที่ลื่น ความแข็งมากกว่า Nylon พัฒนาขึ้นทดแทนการใช้โลหะที่มีน้ำหนักมาก นอกจากนี้ยังทนทานต่อสารเคมี และมีชนิด Food Grade จึงสามารถไปผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่สัมผัสอาหารและคนได้ อย่างไรก็ตาม POM มีการหดตัวที่สูงมากกว่า ABS ดังนั้นเมื่อนำมาใช้กับเครื่อง 3D Printer ควรใช้ฐานรองดีๆเช่น Buildtak PEI ขัดละเอียด และตั้งอุณหภูมิประมาณ 100 ºC นอกจาก POM มีสารระเหยที่อันตรายอย่างฟอร์มาลดีไฮด์ จึงควรพิมพ์ในระบบปิดหรืออากาศถ่ายเทได้สะดวก
มีสารระเหยที่อันตรายห้ามใช้ความร้อนเกินกว่า 230 C
ความแข็งแรง การทนอุณหภูมิ ความยืดหยุ่นสูงมาก ใช้ทดแทน Nylon ได้
ทนทานสารเคมี กรด-ด่าง การขัดถูสูงมาก จึงใช้ผลิตเป็นเฟือง หรือชิ้นส่วนที่สัมผัสอากาศ น้ำ สารเคมีได้
ควรใช้กับเครื่อง 3D Printer ที่เป็นระบบปิด มีฐานความร้อน หรือใช้ฐานเป็นไม้แข็ง ช่วยให้ยึดเกาะได้ดี ลดการบิดเบี้ยว
การตั้งค่าในเครื่อง 3D Printer
ที่มา: Applications and societal benefits of plastics, ภาพจาก google.com
