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
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“
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
(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)
ตัวอย่างสมบัติเด่นที่ไม่มีในเครื่อง FDM 3D Printer ทั่วไป
ความพรุนต่ำ (Low porosity) การใช้เส้นใยคาร์บอนและเทปใยแก้วที่ทำด้วยเส้นใยแบบยาว ทำให้ลดช่องว่างที่จะเกิดขึ้น
(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)
2. ผลิตชิ้นงานวัสดุที่หลากหลาย
(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)
ตัวอย่างวัสดุของเครื่อง Desktop Metal Fiber
เส้นใยเสริมแรง (Fiber Reinforcements)
ที่ทาง Deshtop Metal นำมาใช้เป็นส่วนผสม ได้แก่Carbon Fiber (CF)
- ราคาค่อนข้างสูง
- มีความแข็งแรง และความแข็งสูง
- มีน้ำหนักเบา
- ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนต่ำ
- ไม่โค้งงอง่าย
- ค่อนข้างเปราะ
Fiberglass (FG)
- ราคาถูก
- มีความแข็งแรงสูง
- มีรูปทรงที่เสถียร
- ทนต่อการผุกร่อน
- เป็นฉนวนไฟฟ้าที่ดี
- ขึ้นรูปง่าย
- ไม่มีคลื่นสัญญาณวิทยุรบกวน
ตารางเปรียบเทียบสมบัติด้านต่างๆ ของวัสดุคอมโพสิตแบบปกติ และแบบเทป จะเห็นได้ชัดเจนว่าความแข็งแรงเพิ่มขึ้นหลายเท่าตัว
(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
PA6 + CF
2. Nylon (PA6) + Fiberglass
PA6 + FG
(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)
3. PEEK + Carbon Fiber
PEEK + CF
(https://www.desktopmetal.com/products/fiber)
4. PEKK + Carbon Fiber
PEKK + Continuous Carbon Fiber
ต้องการบริการปริ้นโลหะด้วยเครื่อง Desktop Metal
ติดต่อบริษัท ไทยสากล กรุ๊ป จำกัด ตัวแทนจำหน่าย Desktop Metal
