คู่มือการพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใส
วัสดุโปร่งใส เช่น แก้วหรืออะคริลิก มีการใช้งานที่หลากหลายในผลิตภัณฑ์อุปโภคบริโภค งานอุตสาหกรรม การดูแลสุขภาพ และอีกมากมาย อย่างไรก็ตาม การสร้างต้นแบบหรือการผลิตชิ้นส่วนโปร่งใสในปริมาณน้อยด้วยวิธีการแบบดั้งเดิมอาจมีค่าใช้จ่ายสูงและไม่มีประสิทธิภาพ ซึ่งทำให้เกิดคำถามว่า สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนโปร่งใสด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้หรือไม่? คำตอบคือ ได้ หากใช้เทคโนโลยีและวัสดุที่เหมาะสม
การพิมพ์ 3 มิติระบบ Stereolithography (SLA) สามารถสร้างชิ้นงานโปร่งใสได้ และเมื่อผ่านกระบวนการหลังการพิมพ์ (Post-Processing) บางขั้นตอน ก็สามารถทำให้ชิ้นงานมีความใสในระดับที่มองทะลุได้ (Optically Clear) เครื่องพิมพ์เรซิน 3 มิติรุ่นล่าสุดของ Formlabs ได้แก่ Form 4 ซึ่งมีขนาดกะทัดรัดและพิมพ์ได้รวดเร็วเป็นพิเศษ และ Form 4L ซึ่งเป็นรุ่นขนาดใหญ่ ได้ยกระดับความใสของชิ้นงานไปอีกขั้นด้วยการใช้ ถังเรซินแบบยืดหยุ่น (Flexible Resin Tank) ที่ช่วยลดแรงลอก (Peel Forces) ส่งผลให้ได้ชิ้นงานที่ใสยิ่งขึ้นและมีพื้นผิวเรียบเนียน
มีวัสดุหลายประเภทที่สามารถใช้ผลิตชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบกึ่งโปร่งใส (Translucent) และแบบโปร่งใส (Transparent) ได้แก่
- Clear Resin เป็นเรซินสำหรับการพิมพ์ 3 มิติที่มีความใสเป็นพิเศษและไม่มีสี ให้ความสมดุลที่เหมาะสมระหว่างความเร็วในการพิมพ์ ความแม่นยำสูง ความโปร่งใส คุณสมบัติเชิงกลที่แข็งแรง และกระบวนการทำงานที่ง่ายและเชื่อถือได้ เหมาะสำหรับงานระบบของไหล (Fluidics) การทำแม่พิมพ์ (Mold Making) งานด้านทัศนศาสตร์ (Optics) ระบบแสงสว่าง (Lighting) การแสดงให้เห็นโครงสร้างภายในของชิ้นงาน และชิ้นส่วนทุกประเภทที่ต้องการความโปร่งแสง
- Elastic 50A Resin เป็นวัสดุที่มีความนุ่มและยืดหยุ่น โดยมีลักษณะกึ่งโปร่งใส เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบของชิ้นส่วนที่โดยปกติผลิตจากซิลิโคน
- Flexible 80A Resin เป็นวัสดุแบบ Soft-Touch ที่มีความแข็งมากกว่า Elastic 50A และมีลักษณะกึ่งโปร่งใสเช่นกัน เหมาะสำหรับการจำลองความยืดหยุ่นของยางหรือ TPU
- BioMed Clear Resin เป็นวัสดุที่มีความโปร่งใส แข็งแรง ทนทาน และทนต่อการสึกหรอ สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเข้ากันได้ทางชีวภาพ (Biocompatible) โดยรองรับการสัมผัสผิวหนังในระยะยาว (มากกว่า 30 วัน) การใช้งานกับทางเดินก๊าซสำหรับการหายใจ และการสัมผัสเยื่อเมือก (มากกว่า 30 ชั่วโมง) หรือการสัมผัสกระดูก เนื้อเยื่อ และเนื้อฟันในระยะสั้น (น้อยกว่า 24 ชั่วโมง)
- BioMed Elastic 50A Resin เป็นวัสดุที่นุ่ม ยืดหยุ่น และโปร่งใส สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเข้ากันได้ทางชีวภาพ โดยต้องการความสบายในการใช้งานและการสัมผัสผิวหนังในระยะยาว (มากกว่า 30 วัน) หรือการสัมผัสเยื่อเมือกในระยะสั้น (น้อยกว่า 24 ชั่วโมง)
- BioMed Flex 80A Resin เป็นวัสดุที่มีความแข็งในระดับหนึ่ง มีความยืดหยุ่น และโปร่งใส สำหรับการใช้งานที่ต้องการความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งต้องการความทนทานและการสัมผัสผิวหนังในระยะยาว (มากกว่า 30 วัน) หรือการสัมผัสเยื่อเมือกในระยะสั้น (น้อยกว่า 24 ชั่วโมง)
ในคู่มือนี้ เราจะพาคุณเรียนรู้วิธีการตกแต่งผิวชิ้นงาน (Finishing Methods) ในรูปแบบต่าง ๆ เพื่อสร้างชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใสสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่งานด้านทัศนศาสตร์ (Optics) ท่อนำแสง (Light Pipes) ไปจนถึงงานระบบของไหล (Fluidics) วิธีการที่นำเสนอครอบคลุมตั้งแต่วิธีที่ทำได้อย่างรวดเร็วเพื่อให้ได้ความโปร่งใสในระดับที่เพียงพอต่อการใช้งาน ไปจนถึงเทคนิคเฉพาะทางสำหรับการสร้างชิ้นงานที่มีความใสในระดับมองทะลุได้ (Optically Clear)
การใช้งานของการพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใส
ชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบใสและโปร่งใสเหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนต้นแบบแบบโปร่งใส การแสดงโพรงภายในและรายละเอียดภายในชิ้นงาน การทำโครงครอบสำหรับไฟ LED การสร้างหน้าต่าง หรือการพิมพ์แบบจำลองทางกายวิภาคและอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่สามารถมองทะลุได้
Formlabs และลูกค้าของเราได้ใช้ Clear Resin เพื่อสร้างเลนส์ที่มีความใสในระดับมองทะลุได้ (Optically Clear) สำหรับกล้องที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด แผ่นกระเบื้องสำหรับการติดตั้งเลนส์ Fresnel ใน Times Square ท่อนำแสง (Light Pipes) ปริซึม (Prisms) อุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ (Millifluidic Devices) และงานอื่น ๆ อีกมากมาย
วิศวกรฝ่ายการประยุกต์ใช้งาน (Applications Engineer) ของ Formlabs Amos Dudley ได้ออกแบบและพิมพ์เลนส์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับกล้องที่สร้างขึ้นด้วยการพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด (Fully 3D Printed Camera)
FAQ: สามารถพิมพ์อะคริลิกด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้หรือไม่?
ได้ แต่มีข้อควรพิจารณา Polymethylmethacrylate (PMMA) หรือที่รู้จักกันทั่วไปในชื่อ อะคริลิก (Acrylic) เป็นเทอร์โมพลาสติกโปร่งใสที่นิยมใช้เป็นทางเลือกที่มีความทนทานมากกว่าแก้ว แม้ว่าจะสามารถพิมพ์อะคริลิกด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ Fused Deposition Modeling (FDM) ได้ แต่ในทางปฏิบัติแล้วไม่ค่อยเป็นมิตรต่อผู้ใช้งาน เนื่องจากตัววัสดุมีความเป็นพิษและมีแนวโน้มเกิดการบิดงอ (Warping) ได้ง่าย ขณะที่ชิ้นงานที่พิมพ์ออกมาจะมีความโปร่งแสงเพียงบางส่วน (Semi-Translucent) เท่านั้น เพราะเครื่องพิมพ์ระบบ FDM มีความละเอียดต่ำกว่า
หากต้องการพิมพ์ชิ้นงานที่มีลักษณะคล้ายอะคริลิกและมีความโปร่งใสอย่างแท้จริง (Fully Transparent) เราแนะนำให้พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ SLA โดยใช้ Clear Resin จากนั้นจึงนำชิ้นงานไปผ่านกระบวนการหลังการพิมพ์ (Post-Processing) เพื่อให้ได้ความโปร่งใสเต็มที่ โดยใช้วิธีใดวิธีหนึ่งที่กล่าวถึงในบทความนี้ การใช้ สเปรย์อะคริลิก (Acrylic Spray) เป็นหนึ่งในวิธีที่ช่วยให้ชิ้นงานมีความใสมากยิ่งขึ้น
วิธีการทำ Post-Processing สำหรับชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบใส
เราได้ทดสอบเทคนิคหลายวิธีสำหรับการทำ Post-Processing กับชิ้นงานที่พิมพ์ด้วย Clear Resin ในบทความนี้ เราจะกล่าวถึงการขัดด้วยมือ (Manual Sanding) การเคลือบผิวแบบใส (Clear Coating) และการจุ่มเรซิน (Resin Dipping) โดยแต่ละวิธีต้องใช้ระดับความพยายามที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับระดับความโปร่งใสและคุณภาพพื้นผิวที่ชิ้นงานของคุณต้องการ
การขัดและขัดเงาด้วยมือ (Manual Sanding and Polishing)
การใช้งาน: การขัดและขัดเงาด้วยมือสามารถให้ผลลัพธ์ที่ดีสำหรับชิ้นงานที่มีรูปทรงเรียบง่ายและมีรายละเอียดไม่มาก แต่ไม่ค่อยเหมาะสำหรับการเก็บผิวของโมเดลที่มีรูปทรงซับซ้อน อีกทั้งยังเป็นเรื่องยากมากที่จะทำให้ชิ้นงานมีความใสในระดับมองทะลุได้อย่างสมบูรณ์ (Total Optical Transparency) ด้วยวิธีนี้
คุณจะต้องขัดด้วยกระดาษทรายที่มีความละเอียดสูงมากเพื่อให้ชิ้นงานโปร่งใสด้วยวิธีการขัดด้วยมือ อย่างไรก็ตาม หากใช้เวลาและความใส่ใจมากพอ ก็สามารถขัดและขัดเงาชิ้นงานให้มีความใสใกล้เคียงกับแว่นขยายได้ แต่การกำจัดรอยชั้นการพิมพ์ (Layer Lines) ทั้งหมดด้วยการขัดด้วยมือเพียงอย่างเดียวนั้นเป็นเรื่องที่ท้าทายมาก คุณอาจยังสังเกตเห็นรอยขีดข่วนขนาดเล็ก (Micro-Scratches) เมื่อถือชิ้นงานเอียงทำมุมตื้นกับแสง
วิธีการ: ใช้กระดาษทรายหลายระดับความละเอียด โดยค่อย ๆ เพิ่มความละเอียดทีละขั้นเพื่อทำให้พื้นผิวเรียบ จากนั้นขัดเงาชิ้นงานด้วยน้ำยาทำความสะอาดอะคริลิก (Acrylic Cleaner) และผ้าไมโครไฟเบอร์
เมื่อขัดจนถึงประมาณ 3000 Grit ชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใสจะเริ่มมีความเงางามและให้สัมผัสที่เรียบมาก เมื่อขัดจนถึง 12000 Grit ชิ้นงานจะมีพื้นผิวที่สะท้อนแสงได้ แนะนำให้ใช้กระดาษทรายและแผ่น Micromesh ที่มีความละเอียดตั้งแต่ 400 ถึง 12000 Grit โดยเพิ่มความละเอียดครั้งละประมาณ 200 Grit ค่อย ๆ ขัดอย่างระมัดระวัง ทำความสะอาดชิ้นงานทุกครั้งเมื่อเปลี่ยนระดับความละเอียด และกำจัดรอยขีดข่วนจากขั้นตอนก่อนหน้าให้หมดก่อนจึงค่อยเปลี่ยนไปใช้กระดาษทรายที่ละเอียดขึ้น
เว็บไซต์ฝ่ายสนับสนุนของเรามีคู่มือแบบภาพประกอบทีละขั้นตอนสำหรับการขัดด้วยมือ รวมถึงขั้นตอนเพิ่มเติมที่เป็นตัวเลือกในการเคลือบผิวด้วย Acrylic Spray
เคล็ดลับ: หากคุณต้องการเพียงความโปร่งแสงในระดับกึ่งโปร่งใส (Semi-Transparency) เพียงใช้น้ำมันแร่ (Mineral Oil) เพื่อสร้างพื้นผิวที่สม่ำเสมอและช่วยปกปิดจุดที่แสงสะท้อนบนชิ้นงานได้
เราได้ทดสอบวิธีการขัดและเพิ่มความใสให้กับชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใสหลากหลายวิธี ตั้งแต่การขัดด้วยมือ (Hand Sanding) การเคลือบผิวด้วยสเปรย์ (Spray Coating) ไปจนถึงการจุ่มเรซิน (Resin Dipping)
การเคลือบผิวด้วยสเปรย์ (Spray Coating)
การใช้งาน: การเคลือบผิวด้วยสเปรย์เป็นวิธีที่ง่ายและรวดเร็วในการเพิ่มความใสของชิ้นงาน โดยลดรายละเอียดของชิ้นงานลงเพียงเล็กน้อย วิธีนี้มีประสิทธิภาพกับโมเดลทุกประเภท เนื่องจากสามารถเคลือบรายละเอียดที่ซับซ้อนซึ่งอาจเข้าถึงได้ยากด้วยการขัดและขัดเงาแบบทั่วไป
การเคลือบผิวแบบใส (Clear Coating) เพียงอย่างเดียวสามารถช่วยปกปิดรอยชั้นการพิมพ์ (Layer Lines) และช่วยปกป้องชิ้นงานจากรังสี UV ซึ่งอาจทำให้ชิ้นงานเกิดสีเหลืองและเกิดการบ่มตัวเพิ่มเติม (Unintended Post-Curing) โดยไม่ตั้งใจ
หากคุณต้องการพื้นผิวที่เรียบและมีลักษณะคล้ายกระจก (Glass-Like Surface Finish) ควรทำการขัดและขัดเงาด้วยมือ (Manual Sanding and Polishing) ก่อนทำการเคลือบผิว ยิ่งขัดผิวก่อนเคลือบมากเท่าใด ชิ้นงานก็จะยิ่งมีความใสมากขึ้นเท่านั้น ขั้นตอนเพิ่มเติมนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการทำ Post-Processing ของชิ้นงานต้นแบบที่ต้องการให้มีลักษณะเหมือนพลาสติกโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ เช่น บรรจุภัณฑ์ ขวด และอุปกรณ์ไมโครฟลูอิดิกส์ (Microfluidics)
วิธีการ
มีตัวเลือกหลายแบบสำหรับการเคลือบผิวใสให้กับชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติ ตั้งแต่สเปรย์ราคาประหยัดไปจนถึงผลิตภัณฑ์ที่ต้องใช้ห้องและอุปกรณ์เฉพาะ
- สเปรย์เคลือบใสอเนกประสงค์ (General Purpose Clear Coat Spray Paints): มีสเปรย์คุณภาพดีและราคาไม่แพงให้เลือกหลากหลาย เราแนะนำให้ใช้ 2K Clear Coat
- สเปรย์สำหรับงานยานยนต์ (Automotive Sprays): สีเคลือบใสประเภท High-Solids Acrylic Urethane Clearcoat ให้ความเงาสูงมาก และออกแบบมาสำหรับการแห้งด้วยอากาศหรือการอบ แต่จำเป็นต้องใช้ปืนพ่นสี (Spray Gun) และพื้นที่เฉพาะสำหรับการพ่น รวมถึงต้องมีชั้นรองพื้น (Base Coat)
สำหรับการเคลือบด้วยสเปรย์ ให้เริ่มจากชิ้นงานที่สะอาดและแห้ง ซึ่งผ่านการล้างด้วย Isopropyl Alcohol (IPA) แล้ว ไม่ควรนำชิ้นงานไปอบแสง (Post-Cure) ก่อนการพ่นสเปรย์ เพราะอาจทำให้ชิ้นงานเกิดสีเหลืองได้ ปล่อยให้ชิ้นงานแห้งด้วยอากาศจนแห้งสนิท จากนั้นพ่นเคลือบใสจำนวน 2–3 ชั้น ในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากฝุ่น
เคล็ดลับ: หากมีค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ร้านซ่อมตัวถังรถยนต์ (Auto Body Shop) หลายแห่งสามารถรับเคลือบผิวให้คุณได้ โดยใช้สเปรย์ เช่น Lesonal Universal Clear ในหลายกรณี ร้านเหล่านี้จะใช้น้ำยาทำละลายชนิดอ่อน เช่น Naptha เพื่อทำความสะอาดและเตรียมพื้นผิวของชิ้นงานก่อนทำการพ่นสี
สำหรับผลงานติดตั้ง Window to the Heart ที่ Times Square ทีมงานของ Formlabs และ Aranda/Lasch ได้ร่วมมือกับร้านซ่อมตัวถังรถยนต์ (Auto Body Shop) เพื่อพ่นเคลือบผิวแผ่นชิ้นงาน (Tile) แต่ละชิ้นด้วย Lesonal Universal Clear.
การเคลือบผิวด้วยเรซิน (Resin Coating)
การใช้งาน: วิธีนี้เหมาะที่สุดสำหรับกรณีที่ต้องการชิ้นงานที่มีความโปร่งใสสูงมาก และใช้ได้เฉพาะกับพื้นผิวที่เรียบหรือเกือบเรียบเท่านั้น เช่น เลนส์ หรือหน้าต่างสำหรับมองเห็นภายในของชิ้นงาน
การเคลือบด้วยเรซินโดยการจุ่ม (Resin Dipping) จะทำให้ได้ชิ้นงานที่มีพื้นผิวเรียบลื่นเป็นพิเศษ พร้อมทั้งให้การสะท้อนของพื้นผิวที่คมชัดและใส
เทคนิคนี้ยังสามารถใช้เพื่อสร้างพื้นผิวที่เรียบยิ่งขึ้นให้กับชิ้นงานที่พิมพ์ด้วยวัสดุ SLA ชนิดอื่นได้ แม้ว่าจะอาจทำให้รายละเอียดบางส่วนของชิ้นงานลดลงก็ตาม
วิธีการ
ทา Clear Resin ลงบนชิ้นงานโดยใช้หยดเรซินจากกระบอกฉีดยา (Syringe) หรือจุ่มชิ้นงานลงในเรซินตามต้องการ เรซินที่มีความหนืดจะไหลเข้าไปเติมเต็มรอยชั้นการพิมพ์ (Layer Lines) และรอยขีดข่วนบนชิ้นงาน ทำให้เกิดพื้นผิวที่เรียบสนิทอย่างสมบูรณ์
ชั้นของเรซินควรมีความบางที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่ยังสามารถปกปิดรอยชั้นการพิมพ์ได้ทั้งหมด หากมีฟองอากาศเกิดขึ้น ให้ใช้กระบอกฉีดยาดูดฟองอากาศออก จากนั้นนำชิ้นงานไปอบแสง (Post-Cure) ให้สมบูรณ์โดยใช้ค่าการตั้งค่าที่เหมาะสม แล้วจึงทำขั้นตอนเดียวกันกับอีกด้านของชิ้นงาน ทั้งการเคลือบด้วยเรซินและการอบแสง (Post-Curing) ซ้ำอีกครั้ง
เลนส์ที่ผ่านกระบวนการจุ่มเรซิน (Resin Dipping) ทั้งสามขั้นตอน โดยเลนส์ที่เสร็จสมบูรณ์อยู่ทางด้านซ้าย
หมายเหตุ: กระบวนการจุ่มเรซินจะทำให้ระยะโฟกัส (Focal Length) ของเลนส์เปลี่ยนแปลงไปเล็กน้อย สำหรับเลนส์ของกล้องที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั้งหมด วิศวกรฝ่ายการประยุกต์ใช้งาน (Applications Engineer) ของ Formlabs Amos Dudley ได้ออกแบบและพิมพ์อุปกรณ์สำหรับทดสอบเลนส์ (Lens Testing Device)
เรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการพิมพ์ 3 มิติระบบ SLA
ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ MSLA รุ่น Form 4 คุณสามารถสร้างชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบใสและโปร่งใสอย่างสมบูรณ์ได้ในต้นทุนที่คุ้มค่า พร้อมทั้งใช้กระบวนการหลังการพิมพ์ (Post-Processing) เพียงเล็กน้อย
ดาวน์โหลด White Paper ของเราเพื่อดูภาพรวมโดยละเอียดเกี่ยวกับระบบนิเวศของการพิมพ์ 3 มิติระบบ SLA (SLA Ecosystem) และขั้นตอนการทำงานของการพิมพ์ 3 มิติแบบทีละขั้นตอน
หากต้องการสัมผัสคุณภาพและความใสของชิ้นงานด้วยตัวเอง สามารถขอรับ ตัวอย่างชิ้นงานพิมพ์ 3 มิติแบบโปร่งใสฟรี ได้เลย
 |
รายละเอียดเครื่อง Formlab form4 SLA คลิก เช็คราคา คลิก |
 |
รายละเอียดเครื่อง Formlab Fuse 1+ 30W SLS คลิก เช็คราคา คลิก |
แหล่งอ้างอิง
https://formlabs.com/global/blog/3d-printing-transparent-parts-techniques-for-finishing-clear-resin/
