Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)

นิยามของวัสดุธรรมชาติในเทคโนโลยี SLS 3D Printing

  • สำหรับบทความนี้อ้างอิงเฉพาะวัสดุในกลุ่มพอลิเมอร์ (Polymer) ที่มีวัสดุสำหรับธรรมชาติจำนวนมากในปัจจุบัน
  • ปัจจุบันมีหลายคำศัพท์ที่ทำให้ผู้อ่านสับสนได้ (ขอใช้คำภาษาอังกฤษทับศัพท์แทน) เช่น Biodegradable Material, Biodegradable Synthetic Polymer, Natural Polymer, Synthetic Polymer ดังนั้นในแต่ละวัสดุที่รีวิวในบทความนี้จะมีกรรมวิธีการผลิตมาด้วย เพื่อให้เข้าใจตรงกันว่าตั้งแต่วัสดุตั้งต้น จนกลายมาเป็นวัสดุสุดท้ายสำหรับเครื่อง 3D Printer ต้องผ่านกระบวนการอะไรมาบ้าง ส่วนใครอยากอ่านว่าแต่ละแบบคืออะไร (คลิก)
  •  วัสดุยอดนิยมในปัจจุบันคือ PLA Filament สำหรับเทคโนโลยี FDM ในขณะที่เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ SLS ที่มีไนลอน (PA11 และ PA12) เป็นวัสดุหลักแทบจะไม่มีวัสดุจากธรรมชาติเลย จนมาในช่วงหลายปีที่ผ่านมา เริ่มมีการพัฒนามากขึ้น จนเป็นที่สนใจ สอดคล้องกับนโยบายด้านสิ่งแวดล้อมของหลายประเทศ รวมทั้งไทยเองด้วย

Wood Composite (ไม้)

  • Wood Composite เป็นวัสดุหนึ่งที่แพร่หลายทั้งในการผลิตทั่วไป และเครื่อง 3D Printing และเป็นสิ่งที่มีความท้าทายอย่างมากสำหรับ การพิมพ์ไม้ด้วยแสงเลเซอร์  ส่วนใหญ่อยู่ในงานวิจัย หรือ Showcase ของผู้ผลิตเครื่อง มากกว่าจำหน่ายทางการค้า
  • ผงไม้ที่นำมาผสมนั้น ชนิดและเฉดสีขึ้นกับชนิดของไม้ที่นำมาใช้  ขนาดผงเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 100 ไมครอน (100 ไมโครเมตร) ตัวอย่างที่มีงานวิจัย เช่น ไม้ไผ่   สน ยูคาลิปตัส โอ๊ค
Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)
SLS Wood Composite (ที่มา: 3DPrint.com)
  • การพัฒนาส่วนใหญ่ ต้องมีการผสมผงไม้เข้ากับ Polymer หรือ Binder เพื่อให้เกิดการเชื่อมติดกันได้ เมื่อโดนพลังงานจากเลเซอร์ ดังนั้นจึงค่อนข้างยากสำหรับการ ปริ้น 3D ผงไม้โดยตรง เนื่องจากกลไกกับเชื่อมต่อของผงไม้เพียงลำพังเองแทบจะเกิดขึ้นไม่ได้เลย
  • ตัวอย่างพอลิเมอร์ที่นำมาผสมกับผงไม้ ได้แก่ Co-Polyester, Polypropylene (PP), Polysulfone (PSU) ซึ่งต้องมีความเข้ากันได้กับผงไม้ หรือต้องผสมสารเคมีเพิ่มเติม เพื่อเพิ่มความเข้ากันได้กับผงไม้
Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)
ที่มา : Laser intensity effect on mechanical properties of wood–plastic composite parts fabricated by selective laser sintering
  • ดังนั้นการขึ้นรูปวัสดุในกลุ่มผงไม้ด้วยเทคนิค SLS ค่อนข้างลำบาก และยากพอสมควร ในขณะที่เป็นเทคนิค Binder Jetting ที่มีการสเปรย์ตัว Binder ไปยังผงไม้โดยตรง สะดวกกว่ามาก และไม่ต้องหวงเรื่องความร้อนที่มีจะมีผลต่อคุณภาพของความแข็งแรง การเชื่อมต่อ หรือสีของไม้ที่มีการเปลี่ยนไป
  • ตัวอย่างการพัฒนาเครื่องของทาง Desktop Metal ชื่อ Forust ที่เน้นใช้กับวัสดุทางธรรมชาติ ที่ดัดแปลงเทคโนโลยีที่มีอยู่ให้ใช้งานได้หลากหลายมากขึ้น

Coffee Ground (กากกาแฟ)

  • เป็นที่สนใจสำหรับหลายคน ไม่น้อยไปกว่าวัสดุไม้ ที่นำมาใช้กับเครื่อง 3D Printer ได้ โดยก่อนหน้านั้นได้มีผู้ผลิตทดลองมาผสมกับ PLA เป็นเส้น Filament บ้างแล้ว เช่น 3D-Fuel, Proto-Pasta
  • จุดเด่นหลักของวัสดุนี้คือกลิ่นเฉพาะตัวของกาแฟที่คนทั้งโลกชื่นชอบ
  • สำหรับเทคโนโลยี SLS แล้วการนำผง กาก หรือสิ่งที่เกี่ยวข้องกับกาแฟมาใช้เป็นวัสดุ ความยากก็เช่นเดียวกันกับผงไม้ คือ การค้นหาตัว Binder ที่เหมาะสม กับการตั้งค่าพลังงานและเวลาในการยิงเลเซอร์ไปที่ตัววัสดุ ดังนั้นปัจจุบันจะมีการรายงานในผลการวิจัยเท่านั้นว่าผสมแล้วเป็นอย่างไร ไม่เหมาะกับการนำมาทำเป็นเชิงการค้า

Clay

  • โดยปกติแล้ววัสดุในกลุ่มของ Clay ไม่สามารถใช้เครื่อง SLS 3D Printer ทั่วไปพิมพ์ขึ้นรูปได้อยู่แล้ว เนื่องจากต้องใช้พลังงานที่สูงมากในการหลอมละลายผงดังกล่าวเข้าด้วยกัน มักจะเห็นเป็นเทคโนโลยี Binder Jet มากกว่าที่ใช้วัสดุกลุ่มนี้
  • ทั้งนี้การใช้ Clay ใน SLS มักใช้เพื่อลดปริมาณวัสดุหลัก คือไนลอน (PA12) เป็นส่วนใหญ่ ซึ่งผลที่ตามมาคือ ความแข็งแรงลดลงอย่างเห็นได้ชัด ตามผลทดสอบด้านล่าง
Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)
Source: A Targeted Functional Value Based Nanoclay/PA12 Composite Material Development for Selective Laser Sintering Process
  • ซึ่งสาเหตุดังกล่าว เพราะตัวอนุภาคของ Clay ไม่ได้มีการเชื่อมต่อกับวัสดุหลักอย่างไนลอน และมีการแยกตัวอย่างชัดเจน เกาะกลุ่มรวมกันเป็นก้อน (Agglomerated)
Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)
Souce: Selective laser sintering of clay-reinforced polyamide
  • อีกการศึกษาหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับตระกูล Clay คือการนำ Cuttlefish bone powders  (เป็นแคลเซียมคาร์บอเนต 80-85%) มาผสมกับ PPLA (Poly l-lactic acid) ใช้เป็นวัสดุของ SLS เพื่อสร้างเป็นร่างแหกระดูกเทียม
Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)
Source: Artificial bone scaffolds of coral imitation prepared by selective laser sintering

สรุป

  • จากข้อมูลในบทความ เห็นได้ว่าการฉายแสงเลเซอร์พลังงานสูงไปยังวัสดุธรรมชาติโดยตรง หรือการใช้เทคโนโลยี Selective Laser Sintering (SLS) นั้น เป็นไปได้ยาก และไม่ได้ชิ้นงานหลังการพิมพ์ที่มีความแข็งแรงมาก
  • รวมไปถึงการเตรียมวัสดุเริ่มต้นก็ลำบากในการ กำหนดคุณภาพของผิว ขนาด วัสดุที่ใช้
  • ดังนั้นหลายบริษัท หรืองานวิจัยจะแนะนำให้ใช้เทคโนโลยี Binder Jet หรือ Binder Droplet มากกว่า เนื่องจากใช้ความร้อนต่ำ ไม่จำเป็นต้องหลอมเหลววัสดุตั้งต้นที่ใช้ ตัวอย่างเช่น การพิมพ์ไม้ของทาง Desktop Metal  อย่างไรก็ตามเครื่องในกลุ่มนี้ มักปรับค่าตัวแปรการพิมพ์ไม่ได้เลยในระดับ User 
  • สำหรับคนที่สนใจ จะนำวัสดุเหลือใช้ หรือวัสดุที่ดูไม่มีมูลค่ามาใช้พิมพ์ 3 มิติ อาจจะต้องลงทุนพัฒนาเครื่องในกลุ่มของ Binder Printing ขึ้นมาเอง

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