3D Printing หรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ คนส่วนใหญ่อาจไม่คุ้นเคย แต่ถ้าเป็นคำว่า “ปริ้น” หรือ “พิมพ์” เราคงคุ้นเคยจนเป็นเรื่องปกติในชีวิต เทคโนโลยีดังกล่าวคือการแปลงข้อมูลดิจิทัล เช่น ตัวอักษรหรือภาพถ่ายที่เราทำในโปรแกรมคอมพิวเตอร์อย่าง Microsoft Word, Excel หรือ PowerPoint ให้ออกมาเป็นภาพบนกระดาษที่เราสามารถจับต้องได้ ยกตัวอย่างเช่น การพิมพ์เอกสารด้วยเครื่องพิมพ์เลเซอร์ (Laser printer) การพิมพ์ภาพถ่ายจากกล้องดิจิทัลด้วยเครื่องพิมพ์น้ำหมึก (Inkjet printer) หรือการพิมพ์ใบเสร็จจากเครื่องพิมพ์หัวเข็ม (Dot matrix)
ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) ก็อาศัยหลักการเดียวกัน คือการแปลงข้อมูลดิจิทัลที่เป็นแบบจำลอง 3 มิติ มาหั่นเป็นข้อมูล 2 มิติหลายๆ ชั้น ขั้นตอนนี้เราเรียกว่า การแบ่งชั้น (Slicing) จากนั้นจึงส่งข้อมูลไปยังเครื่องพิมพ์เพื่อเริ่มพิมพ์ชิ้นงานทีละชั้นจนได้แบบจำลอง 3 มิติตามที่ออกแบบไว้ ซึ่งการพิมพ์ลักษณะนี้เราสามารถเรียกอีกอย่างว่าการผลิตแบบเติมเนื้อ (Additive manufacturing, AM) (อ่านบทความ What is 3D Printing)
1984: กำเนิด 3D Printer เครื่องแรกของโลก Chuck Hull เป็นผู้คิดค้นเทคโนโลยีการผลิตแบบ Stereolithography (SLA) ซึ่งถือว่าเป็นเครื่อง 3D Printer เชิงพาณิชย์เครื่องแรกของโลก ซึ่งก่อนหน้านั้นมีความพยายามจดสิทธิบัตรที่คล้ายคลึงกันจากฝรั่งเศสและญี่ปุ่นแต่ไม่สำเร็จ กว่าสิทธิบัตรจะได้รับอนุมัติและมีผลก็ผ่านไป 2 ปี คือในปี 1986 และเป็นปีที่เริ่มก่อตั้งบริษัท 3D Systems และจำหน่ายอย่างเป็นทางการตามไทม์ไลน์
1980: Dr.Kodama จดสิทธิบัตรเทคนิคการขึ้นรูปต้นแบบแต่ไม่สำเร็จ เนื่องจากถูกปฏิเสธจากคณะกรรมการ
1984: ทีมฝรั่งเศสจดสิทธิบัตรการขึ้นรูปเรซิน 3D แต่ไม่สำเร็จ
1986: กำเนิดเทคโนโลยี Stereolithography อย่างเป็นทางการ โดยมี Charles (Chuck) Hull เป็นผู้ประดิษฐ์และจดสิทธิบัตรในชื่อ “Apparatus for production of three-dimensional objects by stereolithography” (US Patent 4575330A)
1987: SLA 3D Printer เครื่องแรกวางจำหน่าย หลักการทำงานของเทคโนโลยี SLA 3D Printer คือการยิงแสงยูวีความเข้มสูงไปยังเรซิน (Photopolymer) เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาทางเคมีเปลี่ยนจากของเหลวกลายเป็นของแข็ง ซึ่งปัจจุบันมีเรซินหลากหลายชนิดตามความต้องการของผู้ใช้ เช่น เรซินสำหรับงานต้นแบบ (prototype resin), เรซินหล่องานจิวเวลรี (casting), เรซินงานทันตกรรม (dental), เรซินวิศวกรรม (engineering) เป็นต้น
1988: เทคโนโลยี Fused Deposition Modelling (FDM) เป็นเทคโนโลยีที่มีการใช้งานมากที่สุดในโลก คิดค้นขึ้นโดย Scott Crump ร่วมกับภรรยาคือ Lisa Crump และได้ก่อตั้งบริษัท Stratasys ขึ้นมา ซึ่งบริษัทดังกล่าวมีการเติบโตอย่างรวดเร็วและกลายเป็นบริษัทด้าน Additive Manufacturing (AM) ที่มีรายได้มากที่สุดในโลก หลังจากสิทธิบัตร FDM หมดอายุในปี 2009 ก็มีหลายบริษัทนำเทคนิคดังกล่าวไปพัฒนาและจำหน่าย เช่น Makerbot, Ultimaker, Lulzbot หรือ Reprap Project ปัจจุบัน Makerbot ซึ่งเป็น 1 ในผู้นำยุคบุกเบิกของ Open Source 3D Printer ได้ถูกรวมเข้าเป็นส่วนหนึ่งของ Stratasys โดยเน้นไปที่ตลาดการศึกษาและอุตสาหกรรมระดับเริ่มต้น ปัจจุบันปี 2026 แบรนด์กลุ่ม Consumer ส่วนใหญ่จะมาจากจีน เช่น Bambu Lab, Creality, Elegoo หรือ Anycubic เป็นต้น หลักการทำงาน
หลักการของเทคโนโลยี FDM 3D Printer คือการหลอมละลายวัสดุ (พลาสติก) ที่บริเวณหัวพิมพ์ซึ่งเคลื่อนที่ได้ตามคำสั่งที่ป้อนเข้าไป เมื่อเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นตามแบบที่กำหนด ก็จะได้ชิ้นงาน 3 มิติที่มีรูปร่างหน้าตาเหมือน 3D Model ที่ต้องการ
1987: เทคโนโลยี Selective Laser Sintering (SLS) เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D ระดับสูงอย่าง SLS เกิดขึ้นจากไอเดียของ Carl Deckard สมัยเรียนอยู่ปริญญาตรีที่มหาวิทยาลัย Texas at Austin ซึ่งได้พัฒนาต่อมาเรื่อยๆ ร่วมกับโปรเฟสเซอร์ Joe Beaman จนก่อตั้งบริษัท Desk Top Manufacturing (DTM) Corp เพื่อจำหน่ายเครื่อง SLS 3D Printer หลังจากนั้นบริษัทได้ถูกซื้อโดย 3D Systems ในปี 2001 ปัจจุบัน Carl ยังคงอยู่ในแวดวงการพิมพ์ 3 มิติ โดยเน้นไปที่การพัฒนาวัสดุสำหรับเครื่อง SLS ที่เขาเป็นคนคิดค้นขึ้น ปัจจุบัน Carl ได้เสียชีวิตแล้วเมื่อวันที่ 23 ธันวาคม 2562 หลักการทำงานของ SLS คือการใช้แสงเลเซอร์ CO2 พลังงานสูงยิงไปยังวัสดุผงให้หลอมติดกัน จึงค่อนข้างอันตรายและมีราคาสูง ไม่เหมาะสำหรับคนทั่วไป นอกจากนี้วัสดุที่เป็นผงยังควบคุมยากและมีราคาสูง ซึ่งส่วนใหญ่คือไนลอน (PA12) เทคโนโลยีนี้ให้ความแข็งแรงของชิ้นงานสูงมาก รวมถึงมีอิสระในการขึ้นรูปชิ้นงานมากกว่ากระบวนการอื่น เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีวัสดุรองรับ (support) ชิ้นงาน
1993: เทคโนโลยี Binder Jetting พัฒนาขึ้นที่ MIT สหรัฐอเมริกา โดยต่อมาได้ตั้งบริษัทชื่อ Z Corporation หรือ Z-Corp ซึ่งถูกซื้อกิจการไปโดย 3D Systems ทั้งนี้เทคโนโลยี Binder ยังมีอีกบริษัทที่เป็นเจ้าของสิทธิบัตรเต็มใบคือ ExOne ซึ่งเน้นการผลิตชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมโลหะเป็นหลัก เราจึงไม่เห็นเครื่องพิมพ์โลหะแบบ Binder จาก 3D Systems หรือ Z-Corp เลย หลักการทำงาน วัสดุที่ใช้ในการผลิตของ Binder ยุคแรกคือยิปซัมหรือผงแป้ง โดยมีหัวฉีด Inkjet ที่พ่นตัวประสานหรือ Binder ลงมาแทนการยิงเลเซอร์ความร้อนสูงแบบ SLS ดังนั้นความร้อนในกระบวนการผลิตจึงต่ำกว่า หลายครั้งใน YouTube จะเห็นเครื่องทำงานแบบเปิดฝาให้ดูได้อย่างใกล้ชิดเลย
1998: Polyjet คิดค้นโดยบริษัท Object จากอิสราเอล โดย Rami Bonen, Gershon Miller และ Hanan Gothait ปัจจุบันเป็นส่วนหนึ่งของบริษัทใหญ่อย่าง Stratasys ไปแล้ว ก่อนหน้านั้นได้รับเงินลงทุนหลักพันล้านบาทจากกองทุนของยุโรปและอเมริกา เนื่องจากเป็นเทคโนโลยีที่ล้ำสมัยและสามารถสร้างชิ้นงานที่ใช้วัสดุหลากหลาย (Multi-Materials) ได้อย่างดีเยี่ยมในขณะนั้น รวมถึงมีความเร็วและความแม่นยำในการผลิตอยู่ในระดับสูง ปัจจุบันยังคงเป็นเทคโนโลยีหลักของ Stratasys โดยมีเครื่องระดับสูงมากมาย ล่าสุดที่เปิดตัวไปเมื่อปี 2017 คือรุ่น J750 ที่สามารถพิมพ์งานสีเสมือนจริงได้เลย (ที่มา: ข้อมูล Stratasys J750) หลักการทำงาน มีการทำงานคล้ายคลึงกับเครื่อง Inkjet Printer ที่มีหัวพ่นหมึกตั้งแต่ 1 หัว ไปจนถึงหลายหัวในเครื่องระดับสูง โดยพ่น Photopolymer ที่จะเซ็ตตัวเมื่อได้รับแสง UV ดังนั้นผู้ใช้สามารถเลือกวัสดุการพิมพ์ในแต่ละส่วนให้แตกต่างกันได้ รวมทั้งสามารถผสมสีเพื่อให้ชิ้นงานออกมามีสีเสมือนภาพจริง เป็นเทคโนโลยีขั้นสูงในปัจจุบัน
2001: โปรเจค Reprap โปรเจคที่เกิดขึ้นในมหาวิทยาลัย Bath ประเทศอังกฤษโดย Dr.Adrian Bowyer ผู้ต้องการสร้างเครื่อง 3D Printer ที่สามารถผลิตตัวเองซ้ำออกมาได้เรื่อยๆ (replicate) โปรเจคนี้เป็นการทำงานร่วมกับคนทั่วโลก มีการเปิดเผยข้อมูลทั้ง 3D Model, โปรแกรม Source code หรือ Firmware ตามกฎสากลที่ใช้กันในยุคของ Arduino microcontroller ดังนั้นโปรเจคจึงพัฒนาไปไวมากในช่วงหลัง มี 3D Printer รูปแบบต่างๆ ออกมามากมาย แต่รูปแบบที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ Prusa I3 คิดค้นโดย Josef Prusa ซึ่งปัจจุบันเป็นหนึ่งใน 3D Printer ที่คนนิยมใช้ทั่วโลก และมีการนำแนวคิดไปพัฒนาต่อยอดมากมาย โดยเฉพาะเครื่องจากประเทศจีน ผลจากโปรเจคนี้ทำให้เรามีเครื่อง FDM 3D Printer ราคาถูกใช้ในปัจจุบัน ในขณะที่ ReprapPro ของ Dr.Adrian Bowyer ต้องปิดตัวไปในปี 2016 เนื่องจากการแข่งขันด้านราคาที่สูงมาก ผู้เขียนเองก็มีเครื่อง original ของ Reprap เก็บไว้เป็นที่ระลึก 1 เครื่อง
2009: Makerbot ผลผลิตจาก Reprap Makerbot ก่อตั้งโดย Bre Pettis, Adam Mayer และ Zach Hoeken Smith ซึ่งเริ่มต้นมาจาก Reprap Project พัฒนาเครื่องระบบเส้นพลาสติกจนมียอดขายมากกว่า 100,000 เครื่องในปัจจุบัน นอกจากนี้ยังเป็นผู้ริเริ่มเว็บไซต์ 3D Model อย่าง Thingiverse ที่มีไฟล์ให้ดาวน์โหลดเป็นแสนไฟล์ ในยุคแรกนั้น Makerbot เน้นไปที่เครื่องระบบ Open Source ทั้งชิ้นส่วนต่างๆ และ Firmware จนเป็นที่มาของเครื่องเลียนแบบจากจีนมากมาย อย่างไรก็ตามในปี 2013 บริษัท Stratasys ได้เข้าซื้อกิจการเป็นมูลค่าสูงเกือบ 20,000 ล้านบาท และนั่นเป็นจุดเปลี่ยนของบริษัทที่เริ่มกลายเป็นผู้ผลิตเครื่องกึ่งอุตสาหกรรมระบบ Closed Source มาจนถึงปัจจุบัน (ที่มา: Makerbot Wikipedia)
2012: Prusa Research จาก 1 สู่ 100,000 เครื่อง ปัจจุบันเครื่อง FDM 3D Printer แบบ Prusa I3 เป็นที่นิยมไปทั่วโลก มียอดขายเฉพาะยี่ห้อตัวเองนับแสนเครื่อง ยังไม่นับรวมยี่ห้อจากจีนที่ลอกเลียนแบบไปใช้อีกจำนวนมาก มีจุดเด่นตรงที่เรียกว่าเป็น Open Source ทั้งหมด รายละเอียดตัวเครื่องแบบ Drawing, ไฟล์ 3D Model, Firmware ทุกอย่างสามารถดาวน์โหลดได้หมด นอกจากนี้ในอดีตผู้ที่ซื้อเครื่องไปใช้ “ต้องประกอบเครื่องเอง” ทำให้เกิดทักษะในการใช้งานตั้งแต่เริ่มต้น จุดเริ่มต้นของ Josef Prusa เกิดจากความหลงใหลในเครื่องพิมพ์ 3 มิติตั้งแต่สมัยเรียนมหาวิทยาลัยปี 2009 โดยทดลองสร้างเครื่องขึ้นเองจากข้อมูลโปรเจค Reprap และพัฒนามาเรื่อยๆ ตลาดหลักมาจากกลุ่ม Maker ที่ชอบดัดแปลงและแก้ไขเครื่องให้มีประสิทธิภาพดียิ่งขึ้น ปัจจุบัน Prusa เติบโตเป็นบริษัทขนาดใหญ่ที่มีพนักงานมากกว่า 300 คน มีเครื่อง 3D Printer ที่คอยผลิตชิ้นส่วนมากกว่า 500 เครื่องเพื่อป้อนให้กับเครื่องของตัวเอง ปัจจุบันรุ่นล่าสุดคือ Original Prusa I3 MK3S และเครื่องแบบเรซินคือ Prusa SL1 นอกจากนี้ยังเปิดสายการผลิตเส้น Filament ของตัวเองอีกด้วย เรียกว่าครบทั้งต้นน้ำและปลายน้ำเลย
2023: กำเนิดอีกแบรนด์คือ Bambu Lab ที่พลิกโฉมการทำงานของเครื่อง FDM 3D Printer ไปตลอดกาล ด้วยการนำเอาทุกเทคโนโลยีที่มีในปัจจุบันมาทำให้เครื่อง 3D Printer ใช้งานได้ง่ายและเข้าถึงบุคคลทั่วไปได้อย่างแพร่หลายแบบไม่เคยมีมาก่อน พร้อมระบบการพิมพ์หลายสีและหลายวัสดุที่ใช้งานได้จริงในราคาไม่สูง
