เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและแนวโน้มการพัฒนา
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในการออกแบบผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งในด้านการผลิตแบบจำลองผลิตภัณฑ์ดิจิทัล กำลังเป็นที่นิยมและเป็นประเด็นร้อน การเติบโตอย่างค่อยเป็นค่อยไปและการประยุกต์ใช้อุปกรณ์การพิมพ์ 3 มิติบนเดสก์ท็อปได้เริ่มต้นขึ้นเพื่อส่งเสริมการเติบโตของตลาดการพิมพ์ 3 มิติทั่วโลก รายงานการวิจัยโดย Global Industry Analysis Inc คาดการณ์ว่าตลาดการพิมพ์ 3 มิติทั่วโลกจะสูงถึง 2.99 พันล้านดอลลาร์ในปี 2561
I. เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและเครื่องพิมพ์ 3 มิติ
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติและการพิมพ์ 3 มิติเป็นแนวคิดที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง การพิมพ์ 3 มิติคือการแยกภาพออกเป็นสองภาพสีแดงและสีน้ำเงินในมุมที่ต่างกัน แล้วพิมพ์ทับภาพสองภาพพร้อมกันตามระยะพารัลแลกซ์ที่ระบุ แล้วดูด้วยแว่นตาพิเศษเพื่อสร้างเอฟเฟ็กต์ภาพ 3 มิติ หรือหลังจากภาพ เทคโนโลยีการพิมพ์ที่ผ่านกรรมวิธีพิเศษซึ่งพิมพ์โดยตรงบนเพลทเลนส์พิเศษเพื่อนำเสนอเอฟเฟกต์ภาพ 3 มิติ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติหมายถึงการใช้เทคโนโลยีการพิมพ์อิงค์เจ็ทสามมิติ ผ่านการประมวลผลแบบหลายชั้นและการขึ้นรูปซ้อนทับ เพื่อเพิ่มชั้นวัสดุทีละชั้นเพื่อสร้างเอนทิตี 3 มิติ เพื่อให้ได้วัตถุจริง 3 มิติแบบเดียวกันกับแบบจำลอง 3 มิติอื่น ๆ เทคโนโลยีการผลิต เช่น การขึ้นรูปด้วยเลเซอร์ เทคโนโลยีการผลิตดิจิทัล
1. เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ
เครื่องพิมพ์ 3D ที่ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3D จะส่งผงวัตถุดิบจำนวนหนึ่งจากถังเก็บ ผงถูกผลักเข้าไปในชั้นบาง ๆ โดยลูกกลิ้งบนแพลตฟอร์มการประมวลผล จากนั้นหัวพิมพ์จะพ่นกาวพิเศษในพื้นที่ ที่จะเกิดขึ้น ในเวลานี้ ผงแป้งที่สัมผัสกับสารยึดเกาะจะแข็งตัวและเกาะตัวกันอย่างรวดเร็ว ในขณะที่ผงที่ไม่สัมผัสกับสารยึดเกาะจะยังคงหลวม หลังจากฉีดพ่นแต่ละชั้นแล้ว แพลตฟอร์มการประมวลผลจะลดลงเล็กน้อยโดยอัตโนมัติ และจะหมุนเวียนต่อไปตามผลลัพธ์ของการตัดด้วยคอมพิวเตอร์จนกว่าวัตถุจริงจะเสร็จสมบูรณ์ หลังจากทำเสร็จแล้ว ให้ปัดแป้งชั้นนอกที่หลุดออกมาเพื่อให้ได้วัตถุสามมิติที่ต้องการ
2. เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบหลอมรวม
หลักการทำงานของเครื่องพิมพ์ 3D ที่ใช้เทคโนโลยีการผลิตแบบหลอมรวมคือการนำเข้าข้อมูลทางกายภาพที่สร้างโดย CAD ลงในซอฟต์แวร์ควบคุมของเครื่องพิมพ์ 3D จากนั้นประมวลผลเพื่อสร้างเส้นทางการเคลื่อนที่ของวัสดุรองรับและหัวฉีดความร้อน จากนั้น ภายใต้การควบคุมของคอมพิวเตอร์ หัวฉีดความร้อนจะเคลื่อนที่บนระนาบการพิมพ์ตามข้อมูลโปรไฟล์ตัดขวางของวัตถุ ในเวลาเดียวกัน วัสดุเส้นใยเทอร์โมพลาสติกจะถูกส่งไปยังหัวฉีดความร้อนโดยกลไกการจ่ายเส้นใย และให้ความร้อนและหลอมเหลวในสถานะกึ่งของเหลวในหัวฉีดแล้วอัดรีด ออกและฉีดพ่นบนแท่นทำงานที่เกี่ยวข้อง หลังจากที่วัสดุเทอร์โมพลาสติกที่พ่นแล้วเย็นลงอย่างรวดเร็วจะมีการสร้างแผ่นรูปร่างที่มีความหนาประมาณ 0.1 มม. บนแท่น การสร้างส่วนการพิมพ์ 3 มิติ กระบวนการดำเนินการนี้มีการหมุนวนอย่างต่อเนื่อง และความสูงของโต๊ะรับน้ำหนักจะลดลงอย่างต่อเนื่อง และชั้นของส่วนการพิมพ์ 3 มิติที่หุ้มอยู่จะสร้างสแต็กหลายชั้น และสุดท้ายก็ได้วัตถุสามมิติที่ต้องการ
ครั้งที่สอง ข้อกำหนดการใช้งานเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ
ปัจจุบันเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติรองรับวัสดุที่หลากหลายและสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ เช่น เครื่องประดับ รองเท้า การออกแบบอุตสาหกรรม สถาปัตยกรรม รถยนต์ การบินและอวกาศ ทันตกรรม การแพทย์ และแม้กระทั่งอาหาร วัสดุที่ใช้ ได้แก่ เรซิน ไนลอน ยิปซั่ม ABS โพลีคาร์บอเนต (PC) หรือส่วนผสมอาหาร ขึ้นอยู่กับความต้องการของเป้าหมายในการใช้งาน เทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วของเครื่องพิมพ์ 3D ทำให้มีเอกลักษณ์เฉพาะตัวในตลาดและมีศักยภาพสูงในการใช้งานด้านการผลิต แอพพลิเคชั่นยอดนิยมสรุปได้ดังนี้
1. งานอุตสาหกรรม
ดิ"แอร์ไบค์"เป็นจักรยานพิมพ์คันแรกของโลกที่ผลิตโดย European Aeronautical Defense and Aerospace Company ในเมืองบริสตอล สหราชอาณาจักร โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติและเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ จักรยานยนต์ใช้ไนลอน ซึ่งแข็งแรงพอๆ กับเหล็กกล้าและอะลูมิเนียม และเบากว่าโลหะ 65 เปอร์เซ็นต์ ที่น่าสนใจกว่านั้นคือ"แอร์ไบค์"ไม่ว่าจะเป็นล้อ โซ่ หรือลูกปืน พิมพ์ครั้งเดียว โดยไม่ต้องผ่านกระบวนการประกอบเดิมในการผลิตชิ้นส่วน แล้วประกอบชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน หลังจากพิมพ์เสร็จ จักรยานสามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ ขั้นตอนการทำจักรยานนั้นง่ายพอๆ กับการพิมพ์เส้นที่ไม่ต่อเนื่องในการพิมพ์แบบแบน ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่สามารถพิมพ์วัตถุที่แยกจากกันในเชิงพื้นที่ได้
2. การสมัครทางการแพทย์
ในทางการแพทย์ การผสมผสานของโพลีเมอร์สองโฟตอนและวัสดุชีวภาพถูกดัดแปลงเป็นเส้นเลือดฝอยโดยการพิมพ์ 3 มิติ ซึ่งไม่เพียงแต่มีความยืดหยุ่นที่ดีและความเข้ากันได้ของมนุษย์เท่านั้น แต่ยังสามารถใช้ทดแทนหลอดเลือดที่ตายได้ รวมกับอวัยวะเทียม และแทนที่บางส่วน ยาเสพติด สัตว์ทดลองในการพัฒนา ที่งาน BiotechnicalFair ในประเทศเยอรมนีในเดือนตุลาคม 2011 เส้นเลือดฝอยเทียมที่พิมพ์โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้รับความสนใจจากผู้เข้าร่วม เส้นเลือดฝอยเทียมเหล่านี้ถูกนำมาใช้ในการแพทย์ทางคลินิก
3. แอปพลิเคชั่นในชีวิตประจำวัน
"เครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ"เป็นอุปกรณ์การผลิตอาหารที่พัฒนาโดย Cornell University ในนิวยอร์ก นี้"เครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ"ใช้หลักการทำงานคล้ายกับเครื่องพิมพ์คอมพิวเตอร์รายวัน ใส่ส่วนผสมและส่วนผสมลงในภาชนะ (ตลับ) ล่วงหน้า เพียงกรอกสูตรที่ต้องการ ก็สามารถ"พิมพ์"ผ่านซอฟต์แวร์ CAD ที่รองรับ"ออกมา สำหรับเชฟหลายๆ คน อุปกรณ์ทำอาหารแบบใหม่นี้หมายความว่าพวกเขาสามารถสร้างสรรค์อาหารใหม่ สร้างสรรค์อาหารที่เป็นส่วนตัวมากขึ้น และได้รับมูลค่าเพิ่มของอาหารที่สูงขึ้น ใช้"เครื่องพิมพ์อาหาร 3 มิติ"การทำอาหารสามารถลดการเชื่อมโยงจากวัตถุดิบไปยังผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปได้อย่างมาก ดังนั้นจึงหลีกเลี่ยงผลกระทบที่ไม่พึงประสงค์ เช่น การปนเปื้อนและการเก็บรักษาในการแปรรูปอาหาร การขนส่ง และการบรรจุหีบห่อ เนื่องจากต้องใส่ส่วนผสมและส่วนผสมในการปรุงอาหารลงในภาชนะของเครื่องพิมพ์ ส่วนผสมของอาหารจะต้องอยู่ในสถานะของเหลวหรืออื่นๆ ที่สามารถ"พิมพ์".
4. แอปพลิเคชั่นไอที
เมื่อเร็ว ๆ นี้ กลุ่มนักวิจัยจากดิสนีย์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเพื่อพิมพ์หน้าจอ LCD และเซ็นเซอร์ต่างๆ บนพลาสติกที่มีความโปร่งใสสูง โดยให้เอฟเฟกต์เดียวกันกับลูกแก้วด้วยต้นทุนที่ต่ำ ทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งใหม่ในการใช้งานไอที การใช้ท่อไฟที่พิมพ์ 3 มิติสามารถสร้างชิ้นหมากรุกไฮเทคที่ตรวจจับและแสดงตำแหน่งปัจจุบันได้
แม้ว่าหน้าจอขาวดำนี้ไม่มีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับหน้าจอที่มีสีสันที่เห็นในชีวิตประจำวัน แต่ก็มีข้อดีของต้นทุนต่ำและกระบวนการผลิตที่เรียบง่ายของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ นอกจากจอแสดงผลแล้ว เซ็นเซอร์ต่างๆ สามารถพิมพ์โดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เซ็นเซอร์เหล่านี้สามารถตรวจจับการสัมผัส การสั่น และสิ่งเร้าอื่นๆ ผ่านแสงอินฟราเรด และส่งออกผลลัพธ์ เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะสร้างแอปพลิเคชันด้านไอทีมากขึ้นสำหรับชีวิตอัจฉริยะและเมืองอัจฉริยะ
สาม. แนวโน้มการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่อง และการลดต้นทุนลงอย่างมากทำให้เทคโนโลยีดังกล่าวเข้าสู่ตลาดกระแสหลักจากพื้นที่เฉพาะของการวิจัยและพัฒนา การประยุกต์ใช้แบบจำลอง ของขวัญ ของที่ระลึก และแม้แต่งานหัตถกรรมจากการพิมพ์ 3 มิติ ได้รับความสนใจและการลงทุนจากสังคมอย่างมาก การพัฒนาได้เร่งขึ้นและตลาดเริ่มแสดงการก้าวกระโดดสองครั้งในด้านปริมาณและคุณภาพ คาดการณ์ว่าผลิตภัณฑ์สำเร็จรูปจากการพิมพ์ 3 มิติจะมีสัดส่วน 50% ของการผลิตผลิตภัณฑ์ทั้งหมดในปี 2020
ในเดือนธันวาคม 2555 รองรัฐมนตรี Su Bo ของกระทรวงอุตสาหกรรมและเทคโนโลยีสารสนเทศกล่าวต่อสาธารณชนว่าเขาจะส่งเสริมอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติ กำหนดแผนงานและกลยุทธ์การพัฒนาระยะกลางและระยะยาว และเพิ่มแนวทางนโยบายการคลังและภาษีอากร ให้เป็นไปตาม"ข่าวหลักทรัพย์เซี่ยงไฮ้"รายงาน แผนกลยุทธ์ที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ 3 มิติในปัจจุบันอยู่ระหว่างการวิจัยและกำหนด และคาดว่าจะประกาศหลังจากทั้งสองช่วง ในขณะเดียวกัน รัฐบาลท้องถิ่นก็ได้เป็นผู้นำ สวนอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติแห่งแรกในประเทศของฉันจะตั้งอยู่ในเขตไฮเทคของ Wuhan East Lake ปัจจุบันคณะกรรมการพัฒนาและปฏิรูปเทศบาลเมืองหวู่ฮั่นและหน่วยงานอื่น ๆ กำลังดำเนินการตรวจสอบอุตสาหกรรมการพิมพ์ 3 มิติอย่างละเอียดและวางแผนที่จะเตรียมแผนและให้การสนับสนุนและการเพาะปลูก ตงกวนยังได้เขียนการพัฒนาการพิมพ์ 3 มิติลงในรายงานการทำงานของรัฐบาลท้องถิ่นประจำปีนี้ Shi Yusheng ผู้อำนวยการ Rapid Manufacturing Center ของ Huazhong University of Science and Technology ซึ่งเป็นผู้วิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เก่าแก่ที่สุดในประเทศจีน"พิมพ์"ปุ่ม. . ตอนนี้บริษัทโรงหล่อบางแห่งได้เริ่มพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3D สำหรับการเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบคัดเลือกและการใช้งาน โดยพยายามลดระยะเวลารอคอยในการหล่อที่ซับซ้อนจาก 3 เดือนเหลือ 10 วัน ผู้ผลิตเครื่องยนต์ได้ย่อวงจรการพัฒนาของแกนทรายสำหรับฝาสูบของเครื่องยนต์ดีเซลหกสูบขนาดใหญ่จากห้าเดือนที่ผ่านมาเหลือหนึ่งสัปดาห์ผ่านเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ซือหยูเซิงกล่าวว่า"ข้อได้เปรียบที่ใหญ่ที่สุดของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติคือสามารถขยายจินตนาการของนักออกแบบได้ ตราบใดที่สามารถออกแบบสิ่งต่าง ๆ เป็นกราฟิกสามมิติบนคอมพิวเตอร์ ไม่ว่าจะเป็นเสื้อผ้าที่มีรูปร่างแตกต่างกัน งานหัตถกรรมที่ประณีต หรือรถยนต์ส่วนบุคคล ตราบใดที่หลังจากแก้ไขปัญหาด้านวัสดุแล้ว การพิมพ์ 3 มิติก็สามารถทำได้”
ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ การปรับปรุงวัสดุใหม่ การปรับปรุงความเร็วและขนาดของการพิมพ์ 3 มิติอย่างต่อเนื่อง การเพิ่มประสิทธิภาพเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง การขยายขอบเขตการใช้งานอย่างต่อเนื่อง โดยเฉพาะศักยภาพในด้านศิลปะภาพพิมพ์ , โมเดลแนวคิดสามมิติ เพื่อถ่ายทอดความคิดหรือแนวทางแก้ไขของผู้สร้างได้ดียิ่งขึ้น รูปภาพสามารถดีกว่าคำอธิบายหลายร้อยหรือหลายพันคำ ผู้เชี่ยวชาญเชื่อมั่นว่าการพิมพ์ 3D ส่วนบุคคลหรือแบบกำหนดเองสามารถวางโมเดล 3 มิติในจินตนาการต่อหน้าต่อตาคุณได้ทันที สามารถปรับปรุงผลิตภัณฑ์ได้อย่างรวดเร็ว อัตราการเติบโตจะเกินจินตนาการ และจะเปลี่ยนอนาคตของแอปพลิเคชันต่างๆ ในสังคม
เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติจะขจัดไลน์การผลิตแบบเดิมๆ ลดระยะเวลาการผลิต ลดของเสียจากการผลิตลงอย่างมาก และลดปริมาณวัตถุดิบที่ต้องการให้เหลือเพียงเศษเสี้ยวของต้นฉบับ การพิมพ์ 3 มิติไม่เพียงช่วยประหยัดค่าใช้จ่ายและปรับปรุงความแม่นยำในการผลิต แต่ยังชดเชยข้อบกพร่องของการผลิตแบบดั้งเดิม และจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในตลาดพลเรือน จึงเป็นการเปิดศักราชใหม่ของการผลิตและนำโอกาสและความหวังใหม่ๆ มาสู่อุตสาหกรรมการพิมพ์ .
