Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

Desktop Metal Fiber เป็นเครื่องในกลุ่มของวัสดุคอมโพสิตพอลิเมอร์จาก Desktop Metal โดยเน้นไปที่อุตสาหกรรมที่ต้องการชิ้นส่วนที่มีขนาดเบา และมีความแข็งแรงสูง ในขณะที่ต้นทุนไม่สูงเท่าเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จากวัสดุโลหะ โดยหลักการของเครื่องใช้แนวคิดแบบเครื่อง FDM ทั่วไป คือการรีดวัสดุหลอมเหลวไหลผ่านหัวฉีด เสริมความแข็งแรงด้วยการเติมเส้นใย (Fiber) ระหว่างการพิมพ์ ซึ่งมีทั้งแบบยาวต่อเนื่อง (Continuous Fiber) และแบบเทป (Composite) ซึ่งทั้ง 2 รูปแบบให้ความแข็งแรงที่ดีกว่า เส้นคอมโพสิตทั่วไป ที่มีเส้นใยชนิดสั้น (short) ผสมอยู่ ทั้งนี้ตัวเครื่องมีขนาดที่เล็กลงจากรุ่นพิมพ์โลหะมาก ใช้งานง่าย ไม่ซับซ้อน เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการผลิตภัณฑ์น้ำหนักเบาลง แต่มีความแข็งแรงใกล้เคียงโลหะ  บทความนี้จะแนะนำเทคโนโลยีและวัสดุที่ใช้กับเครื่องเพื่อเป็นข้อมูลเปรียบเทียบ สำหรับบริษัทที่กำลังจะลงทุนกับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ในระดับอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็นชนิดพิมพ์โลหะ หรือพิมพ์คอมโพสิต (สามารถอ่านบทความเครื่องพิมพ์โลหะของ Desktop Metal ได้ที่ “ทำความรู้จัก Desktop Metal เครื่อง Metal 3D Printer โลหะ ในราคาเริ่มต้น

หลักการทำงานของเครื่อง

Desktop Metal Fiber มีขนาดกระทัดรัดไม่จำเป็นต้องมีพื้นที่ติดตั้งอะไรมาก รวมถึงเป็นเครื่องระบบปิด ดังนั้นจึงไม่ต้องกังวลเรื่องกลิ่น หรือผงพลาสติกขนาดเล็กที่เป็นอันตรายต่อร่างกาย อย่างไรก็ตาม ผู้เขียนยังแนะนำว่าให้หาพื้นที่วางเฉพาะ เพราะขณะเปิดประตูด้านหน้าเครื่องก็ยังมีโอกาสที่ฝุ่นจะฟุ้งกระจายอยู่

ทั้งนี้ตัวเครื่องจะมี 2 หัวฉีด ซึ่งทำหน้าที่แตกต่างกันคือวัสดุหลัก และวัสดุเสริมแรง ในส่วนของวัสดุหลักก็จะเป็นวัสดุทั่วไปในเครื่อง FDM เช่น ไนลอน PEEK ในขณะที่วัสดุเสริมแรงจะเป็นพวกเส้นใยคาร์บอน และเส้นใยแก้ว มีทั้งแบบต่อเนื่องและแบบเทป

Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม
Fiber 3d printing

ทาง Desktop Metal ได้จดสิทธิบัตรการพิมพ์ระบบเส้นใยแบบเทป ที่เกิดจากเส้นคอมโพสิตสานเข้าด้วยกันเป็นแผ่นในชื่อ Micro Automated Fiber Placement (μAFP) โดยแทนที่จะผสมเส้นในเข้ากับเส้น Filament แล้วพิมพ์ (กรณีนี้เส้นในจะหัก สั้นลง จนประสิทธิภาพการเสริมแรงลดต่ำลง) ได้เลือกใช้หัวที่มีลักษณะผ้าเทปใสแบบที่เราใช้กัน วางไปบางๆในบริเวณที่ต้องการเสริมแรง เช่น ภายในโครงสร้างของชิ้นงาน (infill) หรือชั้นถัดจากผนังชั้นนอก (Inner Shell) ซึ่งช่วยประหยัดวัสดุคอมโพสิตที่ใช้ เฉพาะส่วนที่ต้องการเสริมแรงผ่านซอฟแวร์ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งทำงานผ่านระบบ Cloud

  • ในขณะที่เส้นใยแบบสั้น ประสิทธิภาพในการเสริมแรงจะต่ำกว่ามากอยู่ที่ราวๆ 20-40% เท่านั้น
  • ส่วนเส้นใยแบบยาวจะมีข้อเสียตรงด้านตั้งฉากการเรียงตัวของเส้นใย มักไม่มีประสิทธิภาพในการเสริมแรง และะมักเสียหายจากแรงเฉือน (shear stress) ที่เกิดขึ้น
  • ระบบ μAFP ช่วยแก้ไขปัญหาดังกล่าว ได้เป็นอย่างดี แลกกับต้นทุนด้าน เทปคอมโพสิตที่จะมีราคาสูงกว่าระดับหนึ่ง
  • อ่านข้อมูลด้านการพิมพ์ 3 มิติของวัสดุคอมโพสิตได้ที่ “รีวิวเทคโนโลยี Composite 3D Printer ในปัจจุบัน
MEDIA fiber 3d printer desktop metal
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

ความคุ้มค่าของการลงทุน

วัสดุคอมโพสิต ที่มีสารเสริมแรงส่วนใหญ่ผสมลงไปแล้วทำให้ความแน่นโดยรวมลดต่ำลง ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่ได้ ถึงแม้จะมีรูปร่างแบบเดิม แต่จะมีน้ำหนักที่เบาลง ความแข็งแรงสูงขึ้นมาก เหมาะกับการใช้งานเชิง Functional เช่น Jig และ Fixture Part ที่ให้ความสำคัญกับสมบัติของวัสดุ

1. ความแข็งแรงของวัสดุในปัจจุบันยังไม่ตอบโจทย์

จากประสบการณ์ที่ผ่านมาเทคโนโลยี 3D Printing โดยใช้วัสดุคอมโพสิตยังเป็นเรื่องที่ใหม่มากที่อุตสาหกรรมรวมในไทย ส่วนใหญ่ยังคงเป็นวัสดุในกลุ่ม Model เช่น PLA ABS หรือ PETG ที่แต่ละวัสดุ มีข้อจำกัดในการใช้งานแตกต่างกันออกไป ในขณะที่วัสดุประสิทธิภาพสูงมีการใช้งานจำกัด ดังนั้นด้วยเทคโนโลยี μAFP ที่สามารถให้สมบัติของผลิตภัณฑ์หลังจากการปริ้นสูงขึ้นหลายเท่าจากเดิม จนสามารถทดแทนงานจากโลหะได้บางส่วน รวมทั้งอิสระด้านรูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่ข้าม องค์ความรู้ในการออกแบบเดิมไปได้ทั้งหมด หากองค์กรใดให้ความสำคัญของปัญหาทั้ง 2 ดังที่กล่าวมา เทคโนโลยีของ Desktop Metal ก็น่าจะตอบโจทย์ได้ดี

PEEK + CF 3d printer fiber
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

ตัวอย่างสมบัติเด่นที่ไม่มีในเครื่อง FDM 3D Printer ทั่วไป

ความพรุนต่ำ (Low porosity) การใช้เส้นใยคาร์บอนและเทปใยแก้วที่ทำด้วยเส้นใยแบบยาว ทำให้ลดช่องว่างที่จะเกิดขึ้น

การเสริมแรงหลายทิศทาง (Multi-directional reinforcement) ชั้นของเส้นใยคาร์บอนชนิดต่อเนื่อง หรือเทปใยแก้ว จะถูกวางโดยใช้เทคโนโลยี µAFP สามารถปรับการวางแนวเส้นใยให้เหมาะสมได้อัตโนมัติ
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม
เส้นใยชนิดยาวต่อเนื่องเสริมแรง (Continuous fiber reinforcement) เส้นใยคาร์บอนชนิดยาว หรือเทปใยแก้ว (Fiberglass tape) ถูกนำไปประยุกต์ใช้ในกระบวนการ Micro Automated Fiber Placement (µAFP) ชั้นของ continuous fiber tape จะถูกเคลือบเพื่อสร้างส่วนที่มีความหนาแน่น เและเสริมความแข็งแรง
fiber 3d printer
3d printer fiber

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

2. ผลิตชิ้นงานวัสดุที่หลากหลาย

Fiber 3D Printer ถูกออกแบบเพื่อรองรับวัสดุคอมโพสิตโดยเฉพาะ เพื่อให้สามารถสร้างชิ้นงานได้หลากหลายตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ไปจนถึงยานยนต์
Balance Shaft Gears 3d printer
Bike Pedal Crank 3d printer

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

ตัวอย่างวัสดุของเครื่อง Desktop Metal Fiber

วัสดุผสมที่เป็นพลาสติกเสริมแรงด้วยเส้นใย มีด้วยด้วยกันหลักๆ 3 ประเภท คือ เส้นใยแก้ว เส้นใยคาร์บอน และอะรามีด ซึ่งเส้นใยแก้วจะเป็นที่ได้รับความนิยมมากที่สุด และมีราคาถูก ส่วนเส้นใยคาร์บอน และอะรามีด มีความแข็งแรงสูง มีความหนาแน่นต่ำ และนำไปประยุกต์ใช้ได้หลากหลาย

เส้นใยเสริมแรง (Fiber Reinforcements)

ที่ทาง Deshtop Metal นำมาใช้เป็นส่วนผสม ได้แก่

Carbon Fiber (CF)

  • ราคาค่อนข้างสูง
  • มีความแข็งแรง และความแข็งสูง
  • มีน้ำหนักเบา
  • ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ
  • ไม่โค้งงอง่าย
  • ค่อนข้างเปราะ

Fiberglass (FG)

  • ราคาถูก
  • มีความแข็งแรงสูง
  • มีรูปทรงที่เสถียร 
  • ทนต่อการผุกร่อน
  •  เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี
  •  ขึ้นรูปง่าย 
  • ไม่มีคลื่นสัญญาณวิทยุรบกวน
Chopp fiber
chopp fiber
Continuous fiber
continuous fiber

ตารางเปรียบเทียบสมบัติด้านต่างๆ ของวัสดุคอมโพสิตแบบปกติ และแบบเทป จะเห็นได้ชัดเจนว่าความแข็งแรงเพิ่มขึ้นหลายเท่าตัว

property fiber 3d printer
fiber 3d printer

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

1. Nylon (PA6) + Carbon Fiber

Nylon (PA6) เสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอน ทำให้มีความต้านทานแรงดึงมากกว่า ABS สูงถึง 30 เท่า ทนต่อการสึกหรอได้ดี เหมาะสำหรับทำอุปกรณ์จับยึดชิ้นงาน, jigs, fixtures, end-ofarm tooling และอุปกรณ์ติดตั้งที่มีการสึกหรอสูง

Nylon (PA6) + Continuous Carbon Fiber

Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

PA6 + CF

fiber 3d printer PA6 + CF

2. Nylon (PA6) + Fiberglass

Nylon (PA6) เสริมแรงด้วยไฟเบอร์กลาส เป็นวัสดุราคาประหยัด ไม่นำไฟฟ้า ชิ้นส่วนมีน้ำหนักเบา มีความแข็งแรงสูง และทนต่อการกัดกร่อนได้ดี ทำให้ได้รับความนิยมในการผลิตเป็นอุปกรณ์กีฬา และการใช้งานทางทะเล

PA6 + FG

fiber 3d printing
PA6 + FG fiber 3d printing

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

3. PEEK + Carbon Fiber

PEEK มีคุณสมบัติเชิงกลที่โดดเด่น นอกจากสามารถทนต่อการขัดถูได้ดีแล้วยังสามารถทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 200 ° C ได้อีกด้วย เนื่องจาก PEEK เสริมแรงด้วย Continuous carbon fiber จนเป็นวัสดุคอมโพสิตที่มีความแข็งแรง และทนทานมาก เหมาะสำหรับเป็น jigs และ fixtures

PEEK + CF

PA6 + FG fiber 3d printing
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)

4. PEKK + Carbon Fiber

​PEKK เสริมแรงด้วย Continuous Carbon Fiber มีคุณสมบัติต้านทานแรงดึงและแรงอัดสูง ทนต่อการเสียดสี ทนต่อสารเคมี และทนต่ออุณหภูมิสูงกว่า 250 ° C ได้ดี ชิ้นส่วนที่ได้จะมีความทนทานเป็นพิเศษและปลอดภัยสำหรับการใช้งานที่ต้องปฏิบัติตามข้อกำหนด ESD-Safe ทำหน้าที่เป็นสารหน่วงไฟ และป้องกันไฟฟ้าสถิตได้อย่างยอดเยี่ยม

PEKK + Continuous Carbon Fiber

Fiber materials 3d printer
Desktop Metal Fiber เครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับอุตสาหกรรม

ต้องการบริการปริ้นโลหะด้วยเครื่อง Desktop Metal

ติดต่อบริษัท ไทยสากล กรุ๊ป จำกัด ตัวแทนจำหน่าย Desktop Metal

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

generative design
3D Printing Technology

ตัวอย่างงาน Generative Design ในอุตสาหกรรม

Generative Design คืออะไร ? การผลิตตั้งแต่ในอดีตจนถึงปัจจุบัน ชิ้นส่วนในการผลิตมักมีรูปทรงเป็นเรขาคณิต หรือรูปทรงอย่างง่าย ไม่ซับซ้อน

อ่านต่อ
3D Printing Technology

ช้อปดีมีคืน ซื้อเครื่อง 3D Printer วันนี้ สามารถนำไปลดหย่อนภาษีได้

จุดประสงค์ มาตรการ “ช้อปดีมีคืน” มีวัตถุประสงค์เพื่อกระตุ้นการบริโภค ในประเทศ โดยสนับสนุนผู้ประกอบการที่อยู่ในระบบภาษี และประชาชนผู้ที่มีภาระภาษีเงินได้บุคคลธรรมดา รวมถึงการส่งเสริมการผลิตสินค้าท้องถิ่น

อ่านต่อ