บทความนี้เพิ่มเติมจากบทความเดิม (การวัดความแข็งแรงของชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer) เน้นใช้คำศัพท์เทคนิคให้น้อยที่สุด เพื่อให้คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นบุคคลทั่วไป นักวิจัย หรือผู้เชี่ยวชาญที่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการทดสอบ สามารถเข้าใจได้ และเป็นแนวทางในการศึกษาระดับสูงต่อไป
1. การทดสอบด้านกายภาพ ทางกล
1.1 SEM (Scanning Electron Microscope)
SEM หรือภาษาไทยคือ กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด โดยปกติแล้วหากเราต้องการขยายภาพหรือชิ้นงานให้มากขึ้นต้องอาศัยแว่นขยายกำลังสูงๆ เครื่อง SEM ตัวนี้จะทำหน้าที่ดังกล่าว โดยสามารถมองเห็นภาพได้ระดับนาโนเมตร ในเครื่องระดับสูง (ขยายได้เป็นล้านเท่า)
- หลักการจริงไม่ใช่การถ่ายภาพปกติ แต่เป็นการยิงอนุภาคอิเล็กตรอนแล้วก็การสะท้อนที่ผิวออกมาเป็นข้อมูลต่างๆ ซึ่งนำไปประมวลผลเป็นภาพอีกที
- ในบางเครื่องและบางการทดสอบสามารถนำมาวิเคราะห์หาองค์ประกอบที่ผิวของวัตถุที่ส่องได้ด้วย
- ตัวอย่างภาพด้านล่างคือเส้นพลาสติก Filament ผสมเส้นใยแก้วชนิดยาวต่อเนื่อง
- เหมาะกับงานวิจัย หรืองานด้านการพัฒนาด้านวัสดุเป็นส่วนใหญ่ หรือใช้ในการวิเคราะห์ความเสียหายของผลิตภัณฑ์ว่าโครงสร้างที่เสียหายเป็นอย่างไร
1.2 Fatigue (ความล้า)
เป็นการจำลองพฤติกรรมของวัสดุ ผลิตภัณฑ์จริง เมื่อได้รับแรงกระทำซ้ำๆ เป็นจำนวนหลายรอบ เช่น แรงยืด-ดึงซ้ำๆ แรงกดซ้ำๆ เพื่อดูอายุการใช้งานก่อนที่จะเสียหาย ซึ่งมีทั้งการทดสอบมาตรฐานที่ใช้ชิ้นงานหน้าตาเหมือน Specimen ในห้องแลป จนไปถึงทำผลิตภัณฑ์ออกมาจริงๆ แล้วสร้างชุดทดสอบการใช้งาน
การทดสอบนี้ใช้ระยะเวลานาน ขึ้นกับข้อกำหนดและมาตรฐาน ซึ่งอาจจะตามสากล (ASTM DIN ISO) หรือใช้มาตรฐานผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ขึ้นอยู่กับความต้องการของผู้ทดสอบ
2. สมบัติการไหล
2.1 Melt Flow Index (MFI)
ภาษาไทยคือดัชนีการหลอมเหลว เป็นข้อมูลที่นิยมใช้ในโรงงาน และการทดสอบทั่วไปว่าวัสดุดังกล่าวมีความหนืดมาก-น้อยเพียงใด ใช้เวลาในการทดสอบไม่นาน เหมาะกับการเปรียบเทียบวัสดุ A-B เบื้องต้น
- หลักการคือดันวัสดุพอลิเมอร์ให้ไหลผ่านหัวฉีดเล็กๆ (คล้ายเครื่อง FDM) เป็นเวลา 10 นาที แล้ววัดปริมาณน้ำหนักของเส้นที่ไหลผ่าน
2.2 Rheometer
เป็นเครื่องมือวัดสมบัติการไหลในระดับสูง ผลที่ได้ต้องนำวิเคราะห์โดยผู้เชี่ยวชาญอีกที เพื่ออธิบายพฤติกรรมของวัสดุ แบ่งเป็น 3 กลุ่มหลัก
- วัดจากแรงเฉือน
- วัดจากการยืดดึง
- ชนิดอื่นๆ ที่ไม่จัดอยู่ใน 2 กลุ่มด้านบน
3. การทดสอบทางความร้อน
3.1 DSC (Differential scanning calorimeter)
เป็นการทดสอบที่วัดพลังงานที่สารปล่อยออกมาเมื่อได้รับความร้อน เปรียบเทียบกับสารตัวอย่าง (Standard Sample) ผลที่ได้สามารถบ่งบอกได้
- อุณหภูมิหลอมเหลว
- อุณหภูมิสถานะคล้ายแก้ว
- การเกิด-สลายผลึก
- ความบริสุทธิ์
- สารประกอบเบื้องต้น
3.2 Flammability (การทดสอบการลามไฟ)
เป็นอีกการทดสอบที่มีความสำคัญมาก เนื่องจากเกี่ยวข้องกับความปลอดภัยเมื่อนำวัสดุดังกล่าวไปใช้งาน อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ “พลาสติกไม่ลุกติดไฟ (Flame Retardant) คืออะไร ปลอดภัยจริงมั้ย“
มาตรฐานที่ได้รับการยอมรับคือ UL-94 ซึ่งจะมีแยกย่อยลงไปอีก สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/UL_94 หรือซื้อข้อมูลมาตรฐานได้ทางเวบไซต์ของ UL Tests for Flammability of Plastic Materials for Parts in Devices and Appliances
4. การทดสอบเพื่อหาสารประกอบ
4.1 TGA (Thermogravimetric Analysis)
คือการเผาวัสดุทดสอบด้วยความร้อนสูง จนสารมีน้ำหนักลดลงเรื่อยจนเผาไหม้หมด หรือบางส่วนเหลือเป็นขี้เถ้าที่ไม่สลายไป ซึ่งนำมาวิเคราะห์ปริมาณได้อีกที (เช่น เขม่าดำ) ช่วงที่สารประกอบแต่ละชนิดหายไป จะมีช่วงของอุณหภูมิที่แตกต่างกันสามารถนำมาใช้วิเคราะห์ได้ เช่น ค่าทดสอบ TGA ของเรซินแวกซ์ เพื่อดูอุณหภูมิที่เหมาะสมในการหล่อ
4.2 XRD (X-Ray Diffractometer)
เป็นการทดสอบโดยใช้รังสีเอ็กซ์ ยิงไปที่วัสดุทดสอบ เพื่อดูการสะท้อน ตกกระทบ ซึ่งสารประกอบแต่ละชนิดมีพฤติกรรมแตกต่างกัน ตัวอย่างการใส่สารตัวเติมลงใน PLA ทำให้กราฟมีจุดสูง (Peak) ต่ำเปลี่ยนแปลงไป สามารถใช้ในการหาค่าความบริสุทธิ์ของสารทดสอบได้อีกด้วย
4.3 FTIR (Fourier Transform Infrared)
จะแตกต่างกับเครื่อง XRD โดยใช้การดูดกลืนคลื่นแสงในช่วง Infrared มักใช้ในการศึกษาโครงสร้างของสสาร หรือหมู่ฟังก์ชันที่เกิดขึ้นในการผสมสารเข้าด้วยกัน
