Silicone กับ PU ต่างกันอย่างไร
Silicone and PU มีหนึ่งในความแตกต่างที่สำคัญระหว่างซิลิโคนและโพลียูรีเทน นั่นก็คือองค์ประกอบทางเคมี
ซิลิโคน (Silicone) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วย ซิลิคอน คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน และสารเคมีประเภทอื่น รูปแบบทั่วไปของซิลิโคน ได้แก่ ยางซิลิโคน น้ำมันซิลิโคน และ เรซินซิลิโคนซิลิโคน เป็นสารประกอบที่มีความหลากหลายในรูปร่างและการใช้งาน โดยทั่วไปจะใช้กับงานที่ต้านทานความร้อน และงานที่ใช้เป็นวัสดุยืดหยุ่น ตัวอย่างการใช้งานของซิลิโคน เช่น กาว ยาแนว เครื่องครัว ฉนวน และงานทางการแพทย์
โพลียูรีเทน (Polyurethane) หรือที่นิยมใช้ในตัวย่อว่า PU คือ สารพอลิเมอร์ชนิดหนึ่งซึ่งประกอบไปด้วยหน่วยชีวเคมีระหว่างการเชื่อมต่อของยูรีเทนและพอลิเมอร์ของโพลียูรีเทน โดยมีการประกอบกันขึ้นมาจากมอนอเมอร์เป็นอย่างน้อย 2 ชนิด สำหรับวัสดุที่โพลียูรีเทนเป็นส่วนประกอบนั้นจะขึ้นอยู่กับลักษณะโดดเด่นของคุณสมบัติ อันได้แก่ ความเหนียว ความแข็งและความหนาแน่น
Silicone bond
(http://www.essentialchemicalindustry.org)
(https://www.henkel.com)
3D prints Silicone
การพิมพ์ 3 มิติ ที่ใช้ซิลิโคนเป็นวัสดุในการพิมพ์ยังค่อนข้างใหม่สำหรับเทคโนโลยีนี้ เมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุอื่นๆที่มีอยู่ เนื่องจากซิลิโคนไม่ร้อนเหมือนเทอร์โมพลาสติกและโลหะ จึงเป็นวัสดุที่ยากต่อการพิมพ์ 3 มิติ
การพัฒนาครั้งนี้ทำเกิดทางเลือกที่ยอดเยี่ยมมากในด้านการใช้งานที่สำคัญๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านสุขภาพและการแพทย์ ซึ่งซิลิโคนนั้นสามารถใช้งานได้ทางชีวภาพและทนต่อการฉีกขาด
ตอนนี้ซิลิโคนได้เป็นวัสดุที่สามารถพิมพ์ได้จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เช่นเดียวเทอร์โมพลาสติก เซรามิก และโลหะ เป็นที่น่ายินดีที่การฉีดขึ้นรูปซิลิโคนสามารถออกแบบชิ้นส่วนต่างได้ตามที่กำหนด ซึ่งราคาจะลดลงจากวิธีการเดิมด้วย
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ สามารถพิมพ์วัสดุ Silicone ได้หลากหลายกระการผลิต เช่น stereolithography (SLA), selective laser sintering (SLS), power bed and inkjet head 3D printing (PIP), fused deposition manufacturing (FDM), and liquid frozen deposition manufacturing (LFDM)
ส่วนประกอบหลักของเครื่องพิมพ์ 3 มิติด้วยวัสดุซิลิโคน คือฐานเครื่องพิมพ์, เครื่องอัดรีดซิลิโคน, ปั๊ม และลูกสูบ ซึ่งการทำงานของอุปกรณ์นั้นคล้ายกับของเครื่องพิมพ์อิงค์เจ็ทนั่นเอง
พื้นที่การพิมพ์ซิลิโคน 3 มิติ จะถูกล้อมรอบอยู่ในกล่องแก้ว หัวฉีดจะพ่นออกอย่างรวดเร็วเป็นหยดซิลิโคนขนาดเล็กทีละหนึ่งชั้นลงบนพื้นที่การพิมพ์ และพิกัดในรูปแบบและรูปร่างที่ต้องการจะถูกสั่งโดยคอมพิวเตอร์ จากนั้นพื้นที่พิมพ์จะสัมผัสกับแสง UV ทำให้ซิลิโคนหลอม กระบวนการนี้จะเกิดซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกว่าวัตถุจะเสร็จสมบูรณ์
สิ่งที่ควรคำนึงก็คือ เมื่อซิลิโคนแข็งตัวแล้วก็จะไม่สามารถกลับสู่สถานะของเหลวได้อีก นี่คือสิ่งที่ทำให้ซิลิโคนมีคุณสมบัติทนความร้อนเช่นเดียวกับชิ้นส่วนซิลิโคนที่พัฒนาแบบดั้งเดิม
แม้ว่าการพิมพ์ 3 มิติจากซิลิโคนยังอยู่ในช่วงเริ่มต้น แต่เทคนิคและเทคโนโลยีนี้ได้สร้างความก้าวหน้าและมีรูปแบบการใช้งานที่ชัดเจน วัสดุซิลิโคนถูกเลือกใช้และได้รับโอกาสในการสร้างสรรค์ และการพิมพ์ที่มากจากจุดเด่นของซิลิโคนเอง สำหรับผู้ที่อยู่ในความสนใจ หรือเป็นวิศวกร นักออกแบบ หรือผู้ทำงานอดิเรก ตลาดของการพิมพ์มีแนวโน้มกำลังเติบโต โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับวัสดุแนวใหม่ๆ ที่สร้างการผลิตชิ้นส่วนที่กำหนดเองและเป็นประโยชน์อย่างมากมาย
(https://all3dp.com)
(https://www.fluidform3d.com)
3D Prints PU
โพลียูรีเทน หรือที่เราคุ้นชินกันในชื่อ PU มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วจากพอลิเมอร์ดั้งเดิมไปเป็นวัสดุที่มีคุณสมบัติทางกายภาพที่มีประสิทธิภาพสูงในปีที่ผ่านมา ซึ่งโดยทั่วไปถ้าพูดถึง PU มักจะนึกถึงเกี่ยวกับซิลิโคน เป็นเพราะทั้งคู่เป็นวัสดุอีลาสโตเมอร์ และสามารถนำไปใช้ในงานที่คล้ายกัน อย่างเช่น เป็นวัสดุยาแนว เป็นต้น อย่างไรก็ตามในขณะที่โพลียูรีเทนจัดเป็นวัสดุอินทรีย์ แต่ซิลิโคนเป็นอนินทรีย์ ซึ่งวัสดุ PU มักพบในลักษณะที่เป็นโฟมและใช้เป็นฉนวนหรือในที่ฟูกนอน ใช้ในกระบวนการผลิตสีและกาวกันอย่างแพร่หลาย
คุณสมบัติทางเคมีและกายภาพที่เป็นเอกลักษณ์ของ PU ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการพิมพ์ 3 มิติ สำหรับการใช้งานด้านชีวการแพทย์ และแม้กระทั่งในแฟชั่น
การพิมพ์ 3 มิติทำให้เกิดการสร้างต้นแบบที่ยอดเยี่ยม โดยเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (additive manufacturing) เป็นกระบวนการที่วัตถุจะถูกสร้างขึ้นเป็นชั้น ๆ โดยชั้นบนแพลตฟอร์มจะมีการทำงานผ่านการออกแบบและการผลิตโดยใช้การควบคุมผ่านคอมพิวเตอร์
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ สามารถพิมพ์วัสดุ PU ได้หลากหลายกระการผลิตเช่นเดียวกับ Silicone ได้เลย โดยทาง RepRap ของประเทศเยอรมันได้แสดงให้เห็นว่าวัสดุสามารถพิมพ์ 3 มิติบนระบบการผลิต liquid additive manufacturing (LAM) ได้จริงๆ
โพลียูรีเทนเรซิน จะใช้กับกระบวนของ SLA หรือ SLS จึงจะเหมาะสม เนื่องจากเรซิ่นสามารถสัมผัสกับบรรยากาศได้เหมือนกับซิลิโคน อย่างไรก็ตามการผสมเรซิ่น จะทำให้เนื้อเรซิ่นเกิดการแข็ง ทำให้คุณสมบัติทางกลของผลิตภัณฑ์เปลี่ยนไปได้เช่นกัน
(K.C. Hung et, al)
ด้วยความก้าวหน้าในการสังเคราะห์ PU และความเข้าใจในกระบวนการแยกและการสลายตัว ทำให้ PU กลายเป็นพอลิเมอร์ที่มีข้อดีหลายประการ PU ยังสามารถออกแบบให้มีอัตราการย่อยสลายทางชีวภาพที่หลากหลาย
PU สามารถพิมพ์แบบ 3 มิติที่อุณหภูมิสูงจากการหลอมเหลวของพอลิเมอร์หรือจากสารละลายหรือการกระจายตัวของพอลิเมอร์ที่อุณหภูมิต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งการกระจาย PU ที่ใช้น้ำสามารถพิมพ์ 3 มิติ ให้เป็นโครงร่างที่มีความยืดหยุ่นสูงได้ดี เนื่องจากน้ำที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพของ PU มีศักยภาพสูงในการพัฒนาเป็นหมึกพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งถือว่าเป็นวัสดุแนวใหม่สำหรับการพิมพ์เนื้อเยื่อหรืออวัยวะ
(https://www.sculpteo.com)
(https://www.sculpteo.com)
