คำว่าวัสดุวิศวกรรม หรือ Engineering Materials นั้น แต่เดิมไม่ได้มีคำนิยามอะไรที่เฉพาะเจาะจงลงไป แต่เป็นที่เข้าใจกันในภาพรวมว่า เป็นวัสดุที่มีสมบัติแข็งแรงทนทานกว่าวัสดุทั่วไป เหมาะสมกับการใช้งานหนัก รวมไปถึงการทนต่ออุณหภูมิ หรือสิ่งแวดล้อมต่างๆ ดังนั้นวัสดุพลาสติกหลายๆชนิดในชีวิตประจำวันของเรา จึงไม่จัดอยู่ในกลุ่มนี้เช่น PP ตระกูล PE PVC หรือ PLA (ส่วนใหญ่เป็นพลาสติกกลุ่มบรรจุภัณฑ์) ในบทความนี้เน้นไปที่การรีวิววัสดุประเภทเทอร์โมพลาสติก (Thermoplastic) และเทอร์โมเซตติง (Thermosetting) ซึ่งเป็นที่ใช้กันมากที่สุด สำหรับเครื่อง 3D Printer
- เทอร์โมพลาสติกส่วนใหญ่รีดเป็นเส้น (Filament) ใช้กับ FDM 3D Printing Technology
- เทอร์โมเซตติง อยู่ในรูปของน้ำเรซิน (Photopolymer) ใช้กับเครื่อง SLA หรือ DLP 3D Printer เป็นส่วนใหญ่
ABS เป็นวัสดุที่ใช้ในอุตสาหกรรมมาตั้งแต่ในอดีต ส่วนใหญ่ใช้เป็นชิ้นส่วนเกี่ยวกับอิเล็กทรอนิกส์ เช่น กล่องแผงวงจร ปลั๊กไฟ ชิ้นส่วนรถจักรยานยนต์ เป็นต้น เนื่องจากทนทานและมีการปรับปรุงสูตรให้มีสมบัติต้านทานการลามไฟ (ABS FR หรือ Frame Retardant) เพื่อให้ผ่านมาตรฐานด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ส่วน ASA นั้นปรับปรุงให้มีการต้านทางต่อแสง UV ความชื้นมากขึ้น เพื่อการใช้งานภายนอก (outdoor)
ไนลอน หรือที่เรียกในอุตสาหกรรมพลาสติกว่า Polyamide มีสมบัติที่หลากหลายมาก ตามที่ผู้ผลิตต้องการว่านำไปใช้งานในด้านใด มีทั้งแบบอ่อนนุ่มเป็นเส้นใย (textile) และแข็งแรงสูงโดยการเติมเส้นใยเสริมแรงเช่น เส้นใยคาร์บอน เส้นใยแก้ว ที่นิยมในอุตสาหกรรม 3D Printer แบบเส้นพลาสติกคือ PA 6 6 และ PA 6 เนื่องจากใช้การตั้งค่าการพิมพ์ไม่ยาก และการหดตัวต่ำ จึงเหมาะกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่ไม่มีการควบคุมแรงดัน หรือขนาดในการขึ้นรูป
ไนลอนสมบัติเด่นคือการทนทานต่อแรงดัด และแรงเฉือน ซึ่งไม่ได้อ่อนนุ่มเหมือนยาง หรือแข็งเกินไปแบบ PC ทำให้การใช้งานกลุ่ม Snap-fit ได้ดี แถมทนต่อความร้อน ความชื้นพอสมควร
พลาสติกยอดนิยมในอุตสาหกรรม มีการผลิตออกมาที่หลากหลายเหมือนไนลอน ตั้งแต่ CD-Rom เลนส์ จนไปถึงชิ้นส่วนรถยนต์ความแข็งแรงสูง เช่น โคมโปรเจคเตอร์หน้ารถ สมบัติดั้งเดิมของ PC คือวัสดุที่มีความแข็งแรง เหนียวสูง และสามารถทำให้ใสจนแสงทะลุผ่านได้สูงมาก
เป็นพลาสติกที่ใช้ในการผลิตเป็นขวดน้ำดื่มในปัจจุบัน ดังนั้นจึงสามารถใช้เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับคนได้ เช่น จาน ชาม ช้อน ส้อม แก้วน้ำ เป็นต้น สมบัติเด่นของเส้นพลาสติกชนิดนี้คือสีธรรมชาติเป็นสีใส ดังนั้นจึงสามารถนำมาพิมพ์ชิ้นงานที่ต้องการให้แสงส่องผ่านได้ เช่น โคมไฟ หลอดไฟ นอกจากนี้ยังทนต่อความร้อนได้ประมาณ 70-100ºC ก่อนที่ความแข็งแรงเริ่มลดลง
PET ในไทยมีตัวเลือกน้อยมากๆ ส่วนใหญ่มีแต่สีโปร่งใส ถ้าให้ผู้เขียนแนะนำ ควรทดลองใช้ยี่ห้อ Polymaker Prusa หรือ Colorfabb ส่วนยี่ห้อจีนต้องสอบถามข้อมูลก่อนการใช้งาน เพราะอาจจะมาจากหลายแหล่ง มีสมบัติต่างกัน
PEEK ย่อมาจากคำว่า Polyether ether ketone เป็นพลาสติกกลุ่มหนึ่งของ polyaryletherketone (PAEK) มีลักษณะตามธรรมชาติเป็นสีน้ำตาล เป็น 1 ใกลุ่มวัสดุสำหรับเครื่อง FDM 3D Printer ที่แข็งแรงมากที่สุด พัฒนาเพื่อทดแทนการใช้งานโลหะเหมาะกับอุตสาหกรรมหนักทุกประเภท
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่รองรับวัสดุนี้ ต้องมีห้องอบความร้อนอุณหภูมิ 80-100 องศาเซลเซียส หัวฉีดรองรับอุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส เพื่อเพิ่มอัตราการพิมพ์สำเร็จ
อีกหนึ่งวัสดุระดับสูงของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มีสมบัติที่โดดเด่นกว่า PEEK คือการทนทานต่อความร้อนสูงมากๆ เกิน 200 องศาเซลเซียส และทนทานต่อตัวทำละลายเกือบทุกชนิด ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 200 องศาเซลเซียส (ถือว่าเป็นอับ 1 ของ เทคโนโลยีพลาสติกในปัจจุบันที่เขียนบทความ) การพิมพ์ขึ้นรูปยากพอๆกับ PEEK ใช้อุณหภูมิหัวฉีด 280-300 องศา และฐานพิมพ์ 150-160 องศา รวมถึงต้องมีห้องอบความร้อนขณะพิมพ์ด้วยเช่นกัน
ทั้งนี้สมบัติด้านความแข็งแรง หรือทางกลอาจจะไม่ได้ต่างจาก PC มากนัก (อ่านรายเอียดเพิ่มเติม)
เรซินกลลุ่มนี้จะมีลักษณะคล้าย ABS หรือ PP แล้วแต่ผู้ผลิตจะพัฒนาสูตร เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง แต่ยังสามารถงอ ดัด ได้เล็กน้อยโดยไม่เสียหายเหมือนเรซินต้นแบบทั่วๆไป ดังนั้น จึงสามารถนำชิ้นงานที่ผลิตได้ไม่เจาะเกลียว รับน้ำหนักกด-ดัด ได้ อย่างไรก็ตามข้อเสียที่เห็นได้ชัดคือ การทนอุณหภูมิจะอยู่เพียง 70-80 องศาเซลเซียสเท่านั้น
ปกติ ABS like จะแข็งแรงกว่าดัดงอได้น้อยกว่า PP-like อย่างไรก็ตาม ต้องขึ้นกับผู้พัฒนาเรซินอีกที
วัสดุในกลุ่มนี้จะเหมือนกับ TPE TPU ในอุตสาหกรรม FDM 3D Printer คือยืดตัวได้สูงมาก 200-300% เหมาะสำหรับงานที่ต้องรองรับการกระแทก ซีล ประเก็น หรือส่วนที่ต้องการความอ่อนนุ่ม อย่างไรก็ตาม ข้อเสียคือไม่ได้ทนต่อแรงดึงมากนัก หากมีการดึงมากๆสามารถฉีดขาดได้ รวมทั้งทนร้อนไม่ได้ต่างจากเรซินปกติ
วัสดุในกลุ่มนี้มีการใส่สารเคมีเพิ่มเติม เพื่อให้ทนความร้อนได้สูงมาก มีตั้งแต่ 180 จนไปถึง 300 องศาเซลเซียส นอกจากทนร้อนแล้ว ยังมีความแข็งที่เพิ่มสูงขึ้นมากเช่นกัน ขอเสียคือจะมีความเปราะที่มากขึ้น ไม่เหมาะกับการใช้งานเชิงวิศวกรรม ที่มีแรงดึง ดัด เฉือน หรือกระแทก ส่วนใหญ่นำไปใช้ทำแม่พิมพ์ยางของอุตสาหกรรมจิวเวรี หรือชิ้นส่วนที่ต้องทนความร้อนสูง แต่ไม่รับแรงใดๆ
