สวัสดีครับ วันนี้เราจะมาเล่าเรื่องเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติความไวสูงกัน
ที่ผ่านมา ความเร็วในการพิมพ์เป็นสิ่งที่ท้าทายและเป็นจุดชี้วัดเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติมาโดยตลอดครับ
ในกลุ่มเทคโนโลยีเครื่องเรซิ่น ก็มีความพยายามในการพัฒนาเทคโนโลยีหลายตัว เริ่มจากการพัฒนาเทคโนโลยี CLIP(Continuous Liquid Interface Production) ของ Carbon3D [1] ที่เป็นการใช้ความสามารถของออกซิเจนในการยับยั้งการแข็งตัวของเรซิ่น ในการทำให้เรซิ่นส่วนที่อยู่ติดกับถาดส่วนล่างนั้นไม่แข็งตัวและยอมให้เรซิ่นชุดใหม่สามารถไหลเข้ามาแทนที่ได้อย่างต่อเนื่อง
CLIP Technology
ทว่าวิธีดังกล่าวจะสามารถสร้างชั้นยับยั้งการแข็งตัวของเรซิ่นได้เพียง 10um (ไมโครเมตร-หนึ่งในล้านของเมตร) ซึ่งพอแค่สำหรับงานพิมพ์ที่มีพื้นที่ตันแค่บางส่วน แต่เมื่อต้องใช้กับงานพิมพ์ที่มีลักษณะตันมากๆ เช่นมีส่วนใดส่วนหนึ่งเป็นแท่งตันขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 3mm ขึ้นไป ก็ไม่สามารถทำงานได้อย่างเต็มที่
หลายคนอาจจะสงสัยว่าทำไมนักวิจัยทั่วโลกต้องสาละวนกับความพยายามทำให้เรซิ่นไม่แข็งตัว(เป็นบางส่วนกัน) ซึ่งเหตุผลก็คือการที่เรซิ่นจะแข็งตัวได้ในเครื่องแบบ SLA/DLP/LCD นั้นเรซิ่นจะใช้แสงในการแข็งตัว ยิ่งเรซิ่นได้รับแสงมาก ก็จะยิ่งแข็งตัวมาก ทำให้เรซิ่นส่วนที่สัมผัสกับฟิลม์ VAT (ฐานใส่เรซิ่น) จะแข็งตัวเป็นก้อนมากกว่าส่วนที่อยู่ไกล การแข็งตัวตรงนี้ทำให้เราจะต้องเสียเวลาดึงและยกชิ้นงานเพื่อให้เรซิ่นชุดใหม่ไหลไปแทนที่ โดยเป็นการแทนที่แบบไม่ต่อเนื่อง แต่หากถ้าเราสามารถทำให้เรซิ่นส่วนที่อยู่สัมพัสกับฟิลม์ ไม่แข็งตัว แต่มาแข็งตัวในระยะห่านที่ห่างออกไป ก็จะทำให้เมื่อยกชิ้นงานเรซิ่นสามารถไหลเข้าไปแทนที่ได้อย่างต่อเนื่อง ไม่ต้องยกขึ้นลงแบบปัจจุบัน
ดังนั้นนักวิจัยทั่วโลก เลยพยายามหาวิธีที่จะควบคุมให้เรซิ่นสามารถแข็งตัวได้ “กลางน้ำ” ให้ได้ไกลจากช่วงแสงมากที่สุด
ซึ่งวิธีการใหม่ ที่นำเสนอโดย University of Michigan [2] โดย Okwudire และคณะ ได้ใช้เทคนิคของการใช้ตัวกระตุ้นด้วยแสง (Photoinitiator)(PI-A) ที่จะ “เกเร” สามารถแปลเปลี่ยนเป็นตัวยับยั้งการแข็งตัวหากอยู่ในสภาวะพิเศษ โดยตัวกระตุ้นนี้ จะสามารถโดนกระตุ้นได้ด้วยแสง UV ซึ่งจะใช้ประกอบกับ ตัวกระตุ้นอีกตัว(PI-B) ที่จะ “ตื่นตัว” หรือถูกกระตุ้นได้ด้วยย่านแสงที่แตกต่างออกไป โดยในที่นี้ PI-B จะสามารถโดนกระตุ้นได้ด้วยย่านแสงสีน้ำเงินและไม่สามารถโดนกระตุ้นจากแสงสีน้ำเงิน
เมื่อมีตัวกระตุ้นสองตัวนี้ก็จะทำให้ เมื่อมีการฉายแสงทั้งแสง UV ควบคู่กับแสงสีน้ำเงิน ก็จะสามารถทำให้เรซิ่นเกิดการแข็งตัวแต่ทิ้งช่องว่างในช่วงที่แสง UV ยังไม่หมดกำลังได้ เนื่องจาก PI-A จะไปยับยั้งการทำงานของ PI-B ในระยะที่ยังมีแสง uv แต่เมื่อพ้นระยะดังกล่าว PI-B ก็จะทำให้เรซิ่นแข็งตัวได้ตามปกติ
ทว่า เทคโนโลยียังไม่พยุดพัฒนาเพียงเท่านี้ โดยทีมนักวิจัยจาก University of California, Berkeley [3] ได้พัฒนาวิธีการพิมพ์แบบใหม่ที่สามารถพิมพ์ชิ้นงานได้ทั้งปริมาณโดยใช้หลักการฉายคล้ายกับเครื่อง CT-SCAN
ในงานวิจัย “Volumetric additive manufacturing via tomographic reconstruction” โดย Brett E. Kelly และคณะ ได้ใช้พฤติกรรมการยับยั้งการแข็งตัวของอ๊อกซิเจนที่แฝง(แพร่) อยู่ในเนื้อเรซิ่น ซึ่งจะสามารถยับยั้งการทำงานของตัวกระตุ้นการแข็งตัวด้วยแสง (Photoinitiator) ได้ในปริมาณหนึ่ง โดยหากเราสามารถคำนวนปริมาณนี้และเลือกให้บริเวณที่เป็นชิ้นงานได้รับแสงมากกว่าส่วนที่ไม่ใช่ชิ้นงานได้อย่างแม่นยำ เราก็จะสามารถสร้างชิ้นงานทั้งชิ้นให้เกิดอยู่กลางเรซิ่นแหลวได้ ดังนั้นเราก็จะสามารถสร้างให้ชิ้นงานเกิดขึ้นได้โดยไม่ต้องมีส่วนของโครงสร้างรองรับ(Support Structure) และสามารถใช้กับเรซิ่นที่มีความหนืดสูงที่สามารถทำให้ได้ชิ้นงานที่แข็งแรงหรือยืดหยุ่นได้มากกว่าทั่วไป
ในช่วงนี้เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติใหม่ๆ ที่มีการพัฒนาอย่างก้าวกระโดด กำลังทยอยปรากฏให้เราได้เห็นและกำลังจำถูกนำมาใช้จริงในเร็ววัน จึงขอมาเล่าสู่กันฟังครับ
คลิปการทำงานของ เทคโนโลยี CLIP [1]
คลิปการทำงานของ เทคโนโลยี [2]
คลิปการทำงานของ เทคโนโลยี [3]
[1] https://www.sculpteo.com/en/glossary/carbon-3d-printer-and-clip-technology/
[2] https://news.engin.umich.edu/2017/10/3d-printing-gets-a-turbo-boost-from-u-m-technology/
[3] http://science.sciencemag.org/content/early/2019/01/30/science.aau7114