การพิมพ์ – fluid-coupling

ทีมนักพัฒนาจากฮ่องกง คิดค้นเทคโนโลยี 4D Printing สำหรับเซรามิค

November 21, 2018 No Comments

นอกจากเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่กำลังได้รับความนิยมและถูกพูดถึงกันอย่างหนาหูในวงการเครื่องพิมพ์แล้ว การพัฒนาเทคโนโลยีและนวัตกรรมนี้ก็ดูเหมือนจะก้าวหน้าและถูกพัฒนาอย่างต่อเนื่องโดยไม่มีข้อจำกัด เพราะล่าสุดทีมนักพัฒนาจากฮ่องกงก็ได้มีการคิดค้นเครื่องพิมพ์ 4 มิติ เพื่อใช้งานกับวัสดุเซรามิคขึ้น

ระบบงานพิมพ์ 4 มิติ (4D) คืออะไร

การพิมพ์ 4 มิติ หมายถึง การผลิตรูปทรงเรขาคณิตที่สามารถเปลี่ยนแปลงรูปร่าง หรือประกอบตัวเองได้ตลอดเวลาเมื่อได้รับอิทธิพลจากสิ่งกระตุ้นภายนอก เช่น แรงอุณหภูมิหรือสนามแม่เหล็ก ซึ่งสามารถนำมาประยุกต์ใช้ได้เป็นอย่างดี กับวัสดุประเภทเซรามิคที่แข็งและเปราะบาง ซึ่งเป็นเรื่องยากสำหรับงานพิมพ์ที่ซับซ้อน

คุณสมบัติที่แข็งและเปราะบางเป็นอุปสรรคต่องานพิมพ์โครงสร้างของเซรามิค ทำให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ออกแบบมาส่วนใหญ่ เหมาะสำหรับการใช้งานกับโพลิเมอร์และโลหะมากกว่าการใช้วัสดุเซรามิค และด้วยเหตุนี้เองที่ทำให้ City University of Hong Kong (CityU) คิดค้นพัฒนาการใช้หมึกจากเซรามิค เพื่อให้สามารถพิมพ์รูปแบบที่ยืดหยุ่นมากกว่า ที่เรียกกันว่าเครื่องพิมพ์ 4 มิติ

การทำงานของเครื่องพิมพ์เซรามิค 4 มิติ

ทีมนักวิจัย นำโดยศาสตราจารย์ Lu Jian กล่าวว่า ระบบงานพิมพ์ 4 มิตินี้ เป็นการใช้หมึกพิมพ์ที่ทำจาก elastomeric poly (dimethylsiloxane) ผสมกับอนุภาคนาโนของผลึกที่ทำจากสังกะสีออกไซด์เส้นผ่าศูนย์กลาง 20 ถึง 50 นาโนเมตร ผ่านการยืดพับจากข้อต่อที่กำหนดไว้ล่วงหน้า และรอยย่นซึ่งออกแบบเป็นรูปทรงที่ซับซ้อน ซึ่งเมื่อผ่านความร้อนจะทำให้รูปทรงเหล่านั้นกลายเป็นวัสดุเซรามิคที่แข็งตัวพร้อมสำหรับการใช้งาน

กระบวนการนี้ฟังดูเหมือนจะเป็นเรื่องง่าย แต่ทีมวิจัยกล่าวว่าการทำหมึก เพื่อพัฒนาระบบการพิมพ์ต้องใช้ความพยายามหลายครั้งโดยใช้วิธีการที่แตกต่างกัน เช่นเดียวกับการบีบไอซิ่งบนเค้ก ที่ประกอบด้วยปัจจัยหลายประการที่อาจส่งผลต่อผลลัพธ์ที่ออกมา ไม่ว่าจะเป็นชนิดของครีมและขนาดของหัวฉีด ความเร็ว แรงบีบและอุณหภูมิ ซึ่งสารตั้งต้น Elastomeric ที่นำมาใช้นี้จะช่วยให้สามารถพิมพ์รูปทรงสี่เหลี่ยม รวมถึงรูปทรงเรขาคณิตที่มีความซับซ้อน ให้มีศักยภาพเหมาะสำหรับการนำไปใช้งานด้านอิเล็กทรอนิกส์ รวมถึงอุปกรณ์ที่ใช้ในอุตสาหกรรมการบินอวกาศได้

ทีมพัฒนาได้ออกแบบการทำงาน โดยสร้างรูปร่างจากหมึกเซรามิคที่มีความยืดหยุ่นประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ขั้นตอนแรกคือการใช้สารตั้งต้นและพื้นผิวเซรามิคที่ถูกสร้างขึ้นโดยหมึกตัวใหม่ ให้พื้นผิวสามารถยืดออกเพื่อให้ได้วัสดุเป็นรูปร่างที่ต้องการ ส่วนขั้นตอนที่ 2 สารตั้งต้นเซรามิคที่ยืดออกมานี้จะถูกปล่อยออกมาภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์เพื่อปรับเปลี่ยนเป็นรูปแบบสุดท้าย ซึ่งเทคนิคทั้งสองจะช่วยให้สามารถสร้างรูปโค้งและพื้นผิวที่ซับซ้อนขึ้นได้อย่างง่ายดาย

ก็คงต้องติดตามกันต่อไปว่านอกจากจะมีเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติ 4 มิติ ออกมาแล้ว ในอนาคตข้างหน้าจะมีเทคโนโลยีเกี่ยวกับการพิมพ์ที่น่าสนใจอะไรออกมาอีก

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ความก้าวล้ำของวิวัฒนาการทางเทคโนโลยี

ในยุคที่ผู้คนให้ความสนใจกับเทคโนโลยีของระบบสื่อสารออนไลน์ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กันเป็นอย่างมาก แต่ก็ยังมีอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่จะไม่กล่าวถึงไม่ได้ เนื่องจากมีการพัฒนาไปอย่างล้ำหน้าและน่าสนใจเป็นอย่างมาก อีกทั้งยังนำไปสู่การใช้ประโยชน์หลาย ๆ ด้านได้ในอนาคต นั่นก็คือเทคโนโลยีด้านงานพิมพ์ ที่ปัจจุบันมีความรุดหน้าขึ้นไปสู่การเทคโนโลยีการพิมพ์ในรูปแบบ 3 มิติ

การทำงานของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

ระบบการพิมพ์ของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินั้น มีหลายระบบและหลากหลายรูปแบบของเครื่องพิมพ์ ซึ่งหลักการของการพิมพ์ให้ได้วัตถุและรูปร่างออกมาในลักษณะ 3 มิติ ก็คือการสร้างวัตถุขึ้นมาจากไฟล์ที่จำลองเป็นรูปแบบ 3 มิติ โดยเป็นการสร้างวัตถุตามแบบ 3 มิติที่ออกแบบไว้ขึ้นมาทีละชิ้นประกอบกัน ซึ่งระบบเทคโนโลยีงานพิมพ์ 3 มิติที่เป็นที่รู้จักและนิยมใช้ ได้แก่

ระบบ Fuse Deposition Modeling เป็นระบบงานพิมพ์ที่ใช้ความร้อนในการทำละลายวัตถุ จากนั้นก็ฉีดออกมาลากไปตามเส้นเป็นของวัสดุเป็นชั้น ๆ ตามรูปร่างและรูปแบบที่ได้ทำการออกแบบไว้ในโปรแกรม โดยเมื่อวัตถุที่ละลายด้วยความร้อนถูกฉีดออกมา ก็จะเย็นตัวและแข็งออกมาเป็นวัตถุในรูปร่าง 3 มิติ
ระบบ Stereo lithography and Digital Light Processing เป็นการสร้างงาน 3 มิติขึ้นมาจากเรซินเหลว โดยใช้แสงเป็นตัวตัดชิ้นงานเป็นรูปร่าง และทำให้ชิ้นงานแข็งตัวเป็นชั้น ๆ
ระบบ Selective Laser Sintering เป็นการขึ้นรูปงานพิมพ์ 3 มิติ โดยใช้เครื่องพิมพ์แบบเลเซอร์ โดยแสงเลเซอร์จะไปทำละลาย และขึ้นรูปจากผงวัสดุที่ใช้สำหรับงานพิมพ์

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิตินำไปใช้ประโยชน์ในด้านใดได้บ้าง

ปัจจุบันได้มีการนำเอาเทคโนโลยีงานพิมพ์ในระบบต่าง ๆ มาใช้ประโยชน์ในงานด้านต่าง ๆ มากมาย ทั้งการสร้างโมเดลรูปแบบจำลองของงานด้าน 3 มิติ อย่างเช่น รูปแบบจำลองของการออกแบบเครื่องประดับ อัญมณี โครงสร้างของบ้าน โครงการ ตึก สิ่งปลูกสร้าง การผลิตข้าวของเครื่องใช้ประเภทเครื่องเซรามิกต่าง ๆ โมเดลจำลองของยานพาหนะ ชิ้นส่วนของเครื่องยนต์กลไกสำหรับชิ้นส่วนที่ยากต่อการออกแบบ อย่างเช่นยานอวกาศ ไปจนถึงการสร้างโครงสร้างเพื่อการปลูกถ่ายอวัยวะ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าเทคโนโลยีนี้ได้ถูกนำมาใช้ประโยชน์ในทุก ๆ สายงาน ไปจนถึงสายงานทางด้านการแพทย์ที่เกี่ยวข้องกับร่างกายของมนุษย์ ซึ่งถึงแม้ว่าเทคโนโลยีนี้จะก้าวหน้ามากขึ้นอย่างมาก ก็ต้องอาศัยการพัฒนาอย่างต่อเนื่องเพื่อให้งานพิมพ์ 3 มิติมีความแม่นยำมากที่สุด

เชื่อว่าในอนาคตเราจะได้เห็นการนำเอาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมาใช้ประโยชน์ด้านต่าง ๆ กันอย่างแพร่หลาย และเชื่อว่าเทคโนโลยีที่พัฒนาก้าวหน้าอย่างรวดเร็วในทุก ๆ วัน จะทำให้มนุษย์มีความสะดวกสบาย รวมไปถึงช่วยแก้ปัญหาที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันได้มากขึ้น