เมื่อ :
วันอังคาร, 04 มกราคม 2565
ภาพ 1 เครื่องพิมพ์สามมิติ (Rapid Prototype) ที่มา //www.youtube.com/watch?v=CUWXNZ3Gx4g
เครื่องพิมพ์สามมิติเป็นหุ่นยนต์อุดสาหกรรมประเภทหนึ่ง (Rapid Prototype: RP) ที่มีกำเนิดมานาน 30 กว่าปีแล้ว แต่นิยมใช้กันเพียงในบริษัทขนาดใหญ่ หรือในห้องปฏิบัติการ และเพิ่งได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายเมื่อประมาณ ค.ศ. 2009 นี่เอง เครื่องพิมพ์สามมิติเป็นวิวัฒนาการ หรือนวัตกรรมทางเทคโนโลยีการพิมพ์ที่ได้รับการยกระดับให้สูงขึ้นมาอีกขั้นหนึ่งจากเทคโนโลยีการพิมพ์ธรรมดาอธิบายให้ข้าใจได้ง่ายคือกระบวนการพิมพ์ที่เราคุ้นเคยและใช้อยู่ตั้งแต่ในอดีตมาจนถึงปัจจุบัน เป็นการพิมพ์ลักษณะสองมิติในแนวตัด-ขวาง (cross section) หรือ ตามแกน X-Y ลงบนพื้นผิวที่เป็นวัสดุแผ่นราบเรียบเช่น กระดาษ กระจก แผ่นพลาสติก หรือผื่นผ้า และภาพที่ได้เป็นรูปแบบสองมิติ คือมีความกว้างและความยาว แต่ในการพิมพ์สามมิติเราสามารถพิมพ์วัตถุที่มีรูปทรงแสดงให้เห็นความกว้างความยาวและความสูง ในขั้นตอนการพิมพ์คือหัวเครื่องพิมพ์จะเคลื่อนที่ได้เพิ่มอีกหนึ่งแนวคือ แนวแกน 2 จากเดิมที่มีเพียงแนวแกน X-Y เท่านั้น ดังภาพ 2
ภาพ 2 แสดงทิศทางกรเคลื่อนที่ของหัวเครื่องพิมพ์และวัสดุในงานพิมพ์ระบบสามมิติ ในแนวแกน X.YZ
ที่มา //www.print3dd.com
โดยหัวฉีดเครื่องพิมพ์จะเลื่อนขึ้น-ลงในแนวแกน 2 ของฐานเครื่องพิมพ์ ทำให้เกิดมิติที่สาม ระบบการพิมพ์ดังกล่าวสามารถใช้พิมพ์ตุ๊กตา ลูกบอล แก้วน้ำ ชิ้นส่วนเครื่องจักรกลในงานอุตสาหกรรม หรืออวัยวะเทียมในวงการแพทย์ ซึ่งสามารถนำไปใช้ทดแทนหรือใช้ได้เหมือนของจริงแทบทุกประการ ดังตัวอย่างภาพ 3 และ ภาพ 4
ภาพ 3 ขั้นตอนการออกแบบชิ้นส่วนและสร้างอวัยวะเทียมทดแทนขาเปิด ที่มา //www.cnet.com/news/amputee-goose-gets-a-new-3d-printed-leg-and-foot
ภาพ 4 ผลิตชิ้นส่วนเครื่องจักรและผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ที่มา //www.autodesk.com/solutions/3d-printing //all3dp.com/1/free-stl-files-3d-printer-models-3d-print-files-stl-download/ /www.applicadthai.com/articles/3d-printing-กับชีวิต-3d-printing-technology-life/
ท่านทราบหรือไม่ว่าเครื่องพิมพ์สามมิติทำงานอย่างไร
เครื่องพิมพ์สามมิติคือเครื่องจักรที่ใช้กระบวนการทำให้เนื้อวัสดุก่อตัวเป็นรูปร่างตามที่ได้ออกแบบไว้โดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิทัลเป็นกระบวนการที่เรียกว่า Additive Process ซึ่งการพิมพ์จะดำเนินไปที่ละขั้นหรือทีละ layer โดยใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ควบคุม ระบบการพิมพ์ไฟล์ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์เป็นไฟล์ในรูปแบบสามมิติจะไม่เหมือนภาพในเครื่องพิมพ์ระบบสองมิติที่พิมพ์ลงบนแผ่นกระดาษทั่วไป ข้อมูลภาพหรือวัตถุในระบบนี้จะถูกบันทึกในรูปแบบไฟล์ดิจิทัลที่ถูกสร้างจากโปรแกรมคอมพิวเตอร์ เช่น AutoCAD, SolidWorks, 3Ds Max, Inventor
เมื่อสร้างโมเดลหรือขึ้นงานในรูปของไฟล์ดิจิทัลแล้วก็จะมีการนำไฟล์นั้นไปทำการ slice หรือตัดเป็นชั้น ๆ (layer)ออกมาให้เป็นแผ่นบาง ๆ คล้ายการหั่นก้อนขนมปังออกเป็นชิ้นบาง เพื่อให้เครื่องพิมพ์สามมิติพิมพ์แผ่นบาง ๆ นั้นเรียงซ้อน ทับต่อกันทีละชั้น จนปรากฏเป็นวัตถุในลักษณะสามมิติเหมือนชิ้นงานจริงตามที่ได้ออกแบบไว้ดังภาพ 5 ที่แสดงกระบวนการสร้างไฟล์ดิจิทัลแบบสามมิติ เพื่อพิมพ์ขึ้นงาน 3D Object
ภาพ 5 ขั้นตอนการสร้างไฟล์ดิจิทัลแบบสามมิติ เพื่อฟิมพ์ชิ้นงาน ที่มา //www.siamreprap.com/2015/10/what-s-3d-printer , //www.applcadthai.com/articles/article-3dprinter/
เหตุใดจึงต้องใช้การพิมพ์แบบสามมิติ
ที่มา //3dprintingindustry.com/wp-content/uploads/2014/09/ebam-3d-printer.jpg
สิ่งที่ต้องคำนึงถึงมากที่สุดสำหรับการออกแบบผลิตภัณฑ์ ในขั้นตอนการผลิตตันแบบก่อนลงมือผลิตจริงคือคำนวณต้นทุนที่เกี่ยวข้อง เช่น ราคาต่อหน่วย ราคาเครื่องจักร และค่าแรงงานถ้าขึ้นงานนั้นมีความซับซ้อนมาก ก็จะทำให้ต้นทุนการผลิตมีค่ามาก แต่ด้วยเทคโนโลยีการผลิตสมัยใหม่สิ่งเหล่านี้จะไม่ได้เป็นปัญหาอีกต่อไป ซึ่งหมายความว่า เราไม่จำเป็นต้องสร้างแม่พิมพ์ (mold) เหมือนวิธีผลิตแบบเดิมการผลิตขึ้นงานที่มีจำนวนขึ้นส่วนในปริมาณมาก จำเป็นต้องมีแม่พิมพ์หลายแบบ เพื่อกำจัดปัญหาดังกล่าวเราต้องอาศัยความเจริญก้าวหน้าทางเทคโนโลยี วิธีการออกแบบ กระบวนการพิมพ์และเครื่องพิมพ์ระบบสามมิติ การสร้างโมเดลเสมือนจริงก่อนการผลิต จะช่วยลดขั้นตอนการผลิต ลดราคา ลดแรงงานลดความยุ่งยากในการผลิตและลดขั้นตอนการประกอบได้เป็นอย่างดี ที่สำคัญไปกว่านั้นคือเราสามารถแก้ไขแบบ ปรับปรุงรูปร่าง และรูปทรงให้ตรงความต้องการในขั้นตอนการออกแบบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากการทำงานมีความสะดวกมากขึ้นหลายเท่าตัว ภาพ 6. 7 เป็นตัวอย่างงานพิมพ์ขิ้นส่วนสื่อทดลองในวิชาฟิสิกส์ ซึ่งได้รับการออกแบบและพัฒนาโดยฝ่ายออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์ สสวท.
ภาพ 7 ตัวอย่างงานประกอบชิ้นส่วนเครื่องทดสอบแรงดึงวัสดุ (Uniaxial tensile test)
ที่มา ฝ้ายออกแบบและพัฒนาอุปกรณ์ / สาขาฟิสิกส์ / สสวท.
เครื่องพิมพ์สามมิติสมารถนำไปใช้ในห้องเรียนได้หรือไม่
ภาพ 8 นักเรียนกำลังดูผลงานจากการออกแบบและพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ
ที่มา //x3dprinting.co/pages/3d-printing-for-education
นี่เป็นคำถามที่ท้าทายและน่าสนใจเป็นอย่างยิ่งสำหรับผู้สนใจนักเรียน และนักศึกษา แม้จะไม่มีความรู้พื้นฐานด้านการออกแบบกราฟิกทางคอมพิวเตอร์สำหรับงานพิมพ์สามมิติแต่ปัจจัยเหล่านี้มิได้เป็นอุปสรรคเลยถ้าจะนำเครื่องพิมพ์สามมิติมาใช้ในกระบวนการเรียนการสอน เพียงแต่ผู้สนใจมีพื้นฐานด้านคอมพิวเตอร์บ้างเล็กน้อยก็จะสามารถพิมพ์ขึ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติได้ เนื่องจากในกระบวนการออกแบบและวิธีการใช้เครื่องพิมพ์ ผู้ออกแบบมักจะเน้นการใช้งานที่สะดวกเป็นหลักอยู่แล้วจึงสามารถกล่าวได้ว่าผู้ใช้เครื่องพิมพ์ไม่จำเป็นต้องเขียนโปรแกรมเป็นในมุมกลับ ผู้ที่เขียนโปรแกรมเป็นก็ไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องพิมพ์ เป็นเสมอไป เพียงแต่ได้เรียนรู้หลักการเบื้องตันในระบบการพิมพ์บ้างก็จะสามารถผลิตชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ระบบสามมิติได้โดยง่าย เพราะปัจจุบันเราสามารถดาวน์โหลดโปรแกรมกราฟิกไฟล์ภาพสามมิติสำเร็จรูปโดยไม่เสียค่าใช้จ่ายใด ๆ ตามที่มีผู้ออกแบบไว้ในระบบอินเทอร์เน็ตซึ่งจะมีทั้งแบบที่ต้องเสียค่าใช้จ่ายและแบบไม่เสียค่าใช้จ่ายในการดาวน์โหลดดังกล่าว นั่นเป็นการยืนยันว่าเราสามารถนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ในห้องเรียนได้แน่นอน อีกทั้งเป็นการกระทำที่สอดคล้องกับแนวคิดในการเรียนการสอนแบบสะเต็มศึกษา (STEM Education) ของ สสวท. ซึ่งจะทำให้ผู้เรียนมีความรู้และทักษะในกระบวนการคิดการออกแบบ การวางแผนการผลิตและช่วยทำให้เกิดจินตนาการด้านต่าง ๆ ทั้งในห้องเรียน ในชีวิตประจำวันที่จะนำไปสู่การพัฒนาอย่างต่อเนื่องอย่างไม่หยุดยั้ง สำหรับการสร้างสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ เพื่อตอบสนองความต้องการต่อไปในอนาคต
บทความนี้เป็นส่วนหนึ่งของนิตยสาร สสวท. ผู้อ่านสามารถติดตามบทความที่น่าสนใจเพิ่มเติมได้ที่ //magazine.ipst.ac.th/
บรรณานุกรม
กิติรตา หร่ำรัศมี และ ชมพร แววโนรี. มิติใหม่ของการพิมพ์ด้วยการพิมพ์ 3 มิติ. สืบค้นเมื่อ 21 พฤศจิกายน 2559.
จาก //sites.google.com/a/bumail.net/3dprintingdimension/bthkhadyx/.
งานพิมพ์ขาเทียม. สืบคั้นเมื่อ 16 พฤศจิกายน 2559, จา /www.cnet.com/news/amputee-goose-gets-a-new-3d-printed-leg-and-foot.
ชนิตของเครื่องพิมพ์สามมิติ. สืบคั้นเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2559, จาก //3dprinting.com/what-is-3d-printing/.
ตัวอย่างภาพผลิตภัณฑ์. สืบคั้นเมื่อ 15 พฤศจิกายน 2559, จา /www.108cnc.com/index.php?lay=show&ac-article&ld-539339692/1
ไฟล์ภาพสำหรับงานพิมพ์สามมิติ. สืบคั้นเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2559, จาก // www.t24hrs.com/2013/3d-printer-print-materials/.
ภาพเครื่องพิมพ์สามมิติ. สืบต้นเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2559, จา htp:/vww.print3dd.com/3d-printer/
สยามเรปแรป. สืบค้นเมื่อ 14 พฤศจิกายน 2559. จาก //www.siamreprap.com/2015/10/what-is-3d-printer/
หัวเรื่อง และคำสำคัญ
3D Printing, เทคโนโลยีการพิมพ์, การพิมพ์
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
เทคโนโลยี
ระดับชั้น
ปฐมวัย ป.1 ป.2 ป.3 ป.4 ป.5 ป.6 ม.1 ม.2 ม.3 ม.4 ม.5 ม.6
ช่วงชั้น
ทุกช่วงชั้น ปฐมวัย ประถมศึกษาตอนต้น ประถมศึกษาตอนปลาย มัธยมศึกษาตอนต้น มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู นักเรียน บุคคลทั่วไป
ดูเพิ่มเติม
คุณอาจจะสนใจ
Hits
ตามที่ได้เสนอความรู้พื้นฐานและความเป็นมาเกี่ยวกับ "3D Printing สุดยอดนวัตกรรมทางเทคโนโลยีการพิมพ์"ต ...