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