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

3D Printing Materials

Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)

นิยามของวัสดุธรรมชาติในเทคโนโลยี SLS 3D Printing สำหรับบทความนี้อ้างอิงเฉพาะวัสดุในกลุ่มพอลิเมอร์ (Polymer) ที่มีวัสดุสำหรับธรรมชาติจำนวนมากในปัจจุบัน ปัจจุบันมีหลายคำศัพท์ที่ทำให้ผู้อ่านสับสนได้

อ่านต่อ
3D Printing Materials

ข้อมูลเทคโนโลยี Copper 3D Printing การใช้งาน และแนวโน้มในอนาคต

วัสดุทองแดงหรือ Copper คืออะไร ทองแดงเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีการนำมาใช้งานมากและนานที่สุด มีสมบัติเด่นหลายอย่าง อาทิเช่น มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ราคา

อ่านต่อ