ไฟฟ้าสถิตย์ หรือ ESD คือ ความเสียหายอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นแล้วแฝงอยู่ในตัวอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ไม่ได้เกิดขึ้นแล้วเห็นผลในทันที แต่เป็นความเสียหายที่แฝงอยู่ และส่งผลให้อุปกรณ์ยังคงทำงานได้ตามปกติ แต่จะเกิดความบกพร่องหลังจากนั้น เมื่อส่งถึงมือผู้ใช้ปลายทาง (End-users) และใช้งานไปได้สักระยะหนึ่ง ซึ่งรวมถึงการผลิตโดยใช้เทคโนโลยี 3D Printing ที่ใช้วัสดุหลักเป็นพลาสติก เหล่านี้ทำให้ตระหนักได้ถึงผลเสียที่ตามของ ESD และป้องกันปัญหานี้ด้วยการผลิต ESD Safe Filament เพื่อลดสาเหตุที่ต้นตอ ทำให้หลายบริษัทลดการลงทุนอย่างมากในพื้นที่ที่สำคัญเพื่อป้องกันชิ้นส่วนที่ไวต่อไฟฟ้าสถิตย์
มารู้จักกับ ESD กันก่อน
Electrostatic Discharge หรือ ESD เป็นประจุไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดขึ้นจากความไม่สมดุลของอิเล็กตรอนบนพื้นผิวของวัสดุ มีการถ่ายประจุระหว่างวัสดุหรือชิ้นส่วนของวัสดุที่มีศักดิ์ไฟฟ้าต่างกัน ซึ่งความไม่สมดุลของอิเล็กตรอน ทำให้เกิดสนามไฟฟ้าที่สามารถวัดได้บนวัสดุ มีหน่วยเป็น โวลต์เตจ (voltage) หรือเรียกทั่วไปว่า โวลต์ สนามไฟฟ้าจะมีผลหรือมีอิทธิพลต่อวัสดุที่อยู่รอบ ๆ จนเกิดการสะสมประจุบนพื้นผิวของชิ้นงาน ประจุที่เกิดขึ้นนี้อาจจะเกิดจากกระบวนการเสียดสีระหว่างวัสดุ (Triboelectric effect) เมื่อเกิดกระบวนการที่วัสดุสัมผัสและแยกออกจากกัน อิเล็กตรอนจะมีการเคลื่อนย้ายถ่ายเทประจุ ทั้งนี้ ขึ้นอยู่กับขนาดของพี้นที่สัมผัส ความเร็วของการแยกออกจากกัน ความชื้นสัมพัทธ์ (Relative humidity) องค์ประกอบอื่น ๆ และปัจจัยร่วมอีกหลายอย่าง
ที่มา : https://www.protectiveindustrialpolymers.com
ความร้อนจาก ESD เป็นภัยคุกคามที่ไม่ควรมองข้ามสำหรับอุปกรณ์ไฟฟ้า หากเกิดเหตุการณ์ ESD อาจทำให้เกิดความเสียหายได้ มักเรียกว่าเป็น “ข้อบกพร่องแฝง” อาจทำให้อุปกรณ์ทำงานผิดปกติได้ทุกช่วงอายุ เช่น การชาร์จเพียง 30 โวลต์ ก็เพียงพอที่จะสร้างความเสียหายต่ออุปกรณ์ไฟฟ้าที่บอบบางที่สุด อย่างไรก็ตาม ส่วนประกอบส่วนใหญ่มีความเสี่ยงจากประจุที่ 100–200 โวลต์
ที่มา : https://www.stabilus-safety.de
การป้องกันการเกิด ESD
การกำจัดหรือการป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าสถิตย์ อาจทำได้ง่าย ๆ ด้วยการทำให้เป็นกลาง (Neutralisation) เพียงแค่เปิดหน้าต่างหรือใช้เครื่องทำความชื้น (humidifier) เพื่อเพิ่มความชื้นของอากาศ ทำให้อากาศเป็นสื่อกระแสไฟฟ้ามากขึ้น หรือแม้แต่เครื่องสร้างไอออนจากอากาศ (air ionizer) การต่อสายดิน (Grounding) การปกป้อง (Protection) โดยการแยกชิ้นส่วนอิเล็คทรอนิกส์จากการทําให้วัตถุมีประจุไฟฟ้า ขอบเขต และการเคลื่อนย้ายฉนวน ทำให้ไฟฟ้าสถิตย์ไม่สามารถเจาะวัสดุประเภทตัวนำไฟฟ้าได้ อย่างไรก็ตาม เพื่อไม่ให้เกิดเหตุการณ์เช่นนี้ ผู้รับผิดชอบควรจะตระหนักถึงเหตุการณ์ ESD ที่อาจเกิดขึ้น และเข้าใจการประยุกต์ใช้ ESD อย่างถูกต้องในพื้นที่ที่ไวต่อผลกระทบ รวมถึงการเลือกใช้วัสดุที่สามารถป้องการเกิด ESD ด้วย
ที่มา : https://www.antistatic-esd-solutions.com
ที่มา : http://www.esdconsultantdevelopment.com
โดยทั่วไปแล้ว วัสดุประเภทพลาสติกจะมีความเป็นฉนวนไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ได้ง่าย ดังนั้นเมื่อนำมาผลิตเป็นชิ้นส่วนอุปกรณ์ต่าง ๆ จะมีความไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้าอย่างรวดเร็ว อาจป้องกันด้วยการใช้ตัวต้านไฟฟ้าสถิตย์ ซึ่งจะเพิ่มชั้นพื้นผิวการนำไฟฟ้าเพื่อให้ประจุส่วนเกินมีการกระจายออกไปทั่วผิวหน้า เป็นการป้องกันและกำจัดการยึดติดของประจุ นอกจากนี้ อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำนวนมากที่ใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ก็ถือว่ามีความไวเฉพาะต่อการปลดปล่อยประจุไฟฟ้า การต้านไฟฟ้าสถิตย์มักใช้ห่ออุปกรณ์เพื่อปกป้องอุปกรณ์ดังกล่าว รวมถึงอุปกรณ์ต่อสายดินสำหรับผู้ปฏิบัติงาน เช่น สายรัดข้อมือ, เก้าอี้ ESD, รองเท้า เป็นต้น
ที่มา : https://www.padtinc.com
ความปลอดภัยในเรื่องต้านไฟฟ้าสถิตย์ ถูกให้ความสำคัญและตระหนักถึงผลกระทบมากขึ้น เพื่อป้องกันการสะสมของประจุไฟฟ้าที่มาจากการสัมผัสกับพื้น โดยวิธีป้องกัน ได้แก่ การใส่รองเท้า ซึ่งรองเท้าเหล่านี้จะมีพื้นรองเท้าที่มีการนำไฟฟ้าที่ดี รองเท้าต้านไฟฟ้าสถิตย์ไม่ใช่รองเท้าฉนวนที่จะให้ผลตรงกันข้าม ซึ่งทำให้เกิดไฟฟ้าสถิตย์ได้ง่ายและมีปริมาณมาก เพราะรองเท้าฉนวนใช้ป้องกันไฟฟ้าช็อตอย่างรุนแรงจากไฟฟ้าสายเมนเท่านั้น
ที่มา : https://www.antistatic-esd-solutions.com
ที่มา : http://www.mectools.in
การประยุกต์ใช้งานจากวัสดุ ESD
ESD มักจะนำมาประยุกต์ใช้งานในรูปแบบของสารตัวเติม เพื่อให้มีคุณสมบัติด้าน Electrical Property และให้มีค่า Surface Resistance อยู่ในช่วงมาตรฐานสากล เช่น ASTM D257 นิยมใช้กับการผลิต หรือผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้แก่
- ชิ้นส่วนและเครื่องมืออุตสาหกรรม
- เสื้อผ้า รองเท้า ถุงมือ
- ปลอกสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์
- ท่อส่งน้ำมัน
- อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ
- ชิ้นส่วนที่ต้องทนต่อสารเคมี และการคายประจุไฟฟ้าสถิตย์
ที่มา : https://product.tdk.com
ESD เป็นวัสดุที่เหมาะสมกับความต้องการของภาคอุตสาหกรรม โดยเฉพาะเครื่องใช้ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ โดยมีความทนทานและให้การป้องกันการปล่อยไฟฟ้าสถิตย์ ช่วยลดปัญหาความเสียหายให้กับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก
วัสดุพอลิเมอร์ Electrostatic dissipative (ESD) จะทำหน้าที่ให้การป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ โดยธรรมชาติจะกระจายการสะสมประจุที่อาจเกิดขึ้นในระหว่างการทำงานหรือการผลิต ช่วยปกป้องแผงวงจรในระหว่างการขนส่งและการทดสอบ ทำให้มั่นใจว่าผลิตภัณฑ์ที่ออกแบบมา สามารถใช้งานได้ตลอดอายุของวัสดุ ESD และจะมีความต้านทานไฟฟ้าต่ำ ในขณะที่มีคุณสมบัติเชิงกลที่จำเป็นและมักจะทนต่อความร้อนได้ดี
ที่มา : https://m.littelfuse.com
ESD Filament มีอะไรบ้าง
3D Printing Filament มีพลาสติกหลากหลายชนิดให้เลือกใช้ตามความเหมาะสมของงานต่าง ๆ นอกจากนี้ ยังมีเส้นพลากติกอีกชนิดหนึ่ง คือ ESD safe filament มีคุณสมบัติด้าน Electrical Property ในการช่วยให้การป้องกันการคายประจุไฟฟ้าสถิตย์ มีประโยชน์อย่างยิ่งในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ ทำให้ในปัจจุบันมีหลายแบรนด์ดังและหลายค่ายที่มีการผลิตเส้น Filament จากพลาสติกชนิดต่าง ๆ เช่น PLA, ABS, PEKK, ULTEM เป็นต้น โดยเป็นชนิดที่มีความเฉพาะเจาะจงของเส้นพลาสติกสำหรับการใช้งานในพื้นที่ที่มีไฟฟ้าสถิตย์ ได้แก่
- Fiberlogy (Fiberlab S.A. จากโปแลนด์)
- Z-ESD (Zortrax S.A. จากโปแลนด์)
- 3DXSTAT™ (3DXTech จากสหรัฐอเมริกา)
ความต้านทานพื้นผิว (Surface Resistance) มีค่าตั้งแต่ 10^6 ถึง 10^9 Ω เป็นจุดเด่นเรื่องการช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดความเสียหายหรืออันตรายกับชิ้นส่วนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมาก และผ่านมาตรฐานการทดสอบตาม ASTM D257 ปริมาตรความต้านทานไฟฟ้าสถิตย์ที่วัดได้นั้น แม้ว่าจะเหมาะสำหรับวัสดุ ESD แล้ว ยังขึ้นอยู่กับพื้นที่ของขั้วไฟฟ้าและความหนาของตัวอย่างวัสดุ โดยมีหน่วยเป็น ohm-cm หรือ ohm-m
