Filament for FDM 3D Printer

เรื่องโดย ดร.ทัศชา ทรัพย์มีชัย

ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันว่าเทคโนโลยี 3D Printing ชนิด Fused Deposition Modeling (FDM) เป็นเทคโนโลยีที่แพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากเป็นกระบวนการที่เข้าใจง่าย ไม่ซับซ้อน โดยการหลอมละลายเส้นพลาสติก (Filament) ที่บริเวณหัวขึ้นรูปซึ่งเคลื่อนที่ได้ แล้วฉีดพลาสติกออกมาตามคำสั่งที่ป้อนเข้าไป ซึ่งเมื่อเติมเนื้อวัสดุทีละชั้นตามแบบก็จะได้ชิ้นงาน 3 มิติ ที่มีรูปร่าง หน้าตา เหมือน 3D Model ตามต้องการ ด้วยสาเหตุดังกล่าว ทำให้เทคโนโลยี FDM 3D Printing เป็นที่นิยมใช้ และเกิดการแข่งขันจนราคาลดลงเรื่อย ๆ จนเหลือเพียงหลักหมื่นและหลักพันบาท บทความนี้จึงได้รวบรวมข้อมูลของ Filament ที่มีในปัจจุบัน เพื่อเป็นแนวทางให้ผู้ใช้ เลือกวัสดุได้อย่างเหมาะสมกับความต้องการ

Filament for 3D Printer

FDM 3D Printing เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับงานที่ต้องการทำต้นแบบด้วยความรวดเร็วและราคาถูก สามารถนำไปใช้ได้กับงานต่าง ๆ ได้อย่างกว้างขวาง นอกจากจะเป็นระบบที่ต้นทุนถูกที่สุดแล้ว ยังมีวัสดุ และสีให้เลือกมากมาย โดยเครื่องพิมพ์ 3 มิติชนิด FDM ใช้เส้นพลาสติกเป็นวัตถุดิบในการขึ้นรูปชิ้นงาน ในปัจจุบันมีวัสดุพลาสติกหลากหลายประเภทสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ เช่นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง วัสดุที่เหนี่ยวนำไฟฟ้าได้ วัสดุประเภทยืดหยุ่นเหมือนยาง เป็นต้น ทำให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสามารถตอบโจทย์การใช้งานได้มากขึ้น

หลักการทำงานของ FDM 3D Printer

ตัวอย่างเส้นพลาสติกที่ใช้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน หาซื้อได้ง่าย มีราคาไม่แพง เหมาะกับการใช้งานทั่วๆไป เช่น งานต้นแบบ งานตัวอย่าง ชิ้นส่วนทั่วไป ที่ไม่ได้รับแรงหนัก ได้แก่

Polylactic Acid (PLA)

PLA นับว่าเป็นวัสดุยอดนิยมของเครื่อง 3D Printer เนื่องจากสมบัติที่พิมพ์ขึ้นรูปได้ง่าย ใช้ความร้อนต่ำ เป็นพลาสติกที่มีส่วนผสมจากธรรมชาติ มีสารเคมี ฝุ่นผง และกลิ่นขณะพิมพ์น้อยกว่าพลาสติกชนิดอื่น ๆ จึงกลายเป็นวัสดุพื้นฐานสำหรับการพิมพ์ 3 มิติ ตั้งแต่คนที่เริ่มต้นใช้งาน การศึกษา จนไปถึงบริการพิมพ์มืออาชีพ และอุตสาหกรรมดังนั้นจึงเห็น PLA ตามท้องตลาด หลากหลายสี ยี่ห้อ และราคา ชิ้นงานเป็นวัสดุแข็ง ไม่ยืดหยุ่น ทนอุณหภูมิได้ต่ำเพียง 60 องศาเซลเซียส เป็นวัสดุที่เหมาะกับชิ้นงานทั่วไปที่ไม่ต้องรับแรงกระแทกหรือทนความร้อนสูง

ชิ้นงานที่ขึ้นรูปจาก PLA Filament

Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)

ABS เป็นอีกหนึ่งในวัสดุพื้นฐานของเครื่อง FDM 3D Printer เนื่องจากมีสมบัติทางกลที่ดี มีความเหนียว งอได้เล็กน้อย สามารถผลิตเป็นชิ้นงาน รับแรงกด แรงดัดได้ ดังนั้นเหมาะกับชิ้นส่วนทางวิศวกรรม ที่ต้องมีการประกอบ (Assembly) สวมโดยใช้แรง (Snap-fit) โดยไม่เสียหายเมื่อใช้งานไปนาน ๆ รวมถึงการทนทานต่อความร้อนถึง 100 องศาเซลเซียส จึงสามารถใช้งานในเครื่องจักร โรงงานอุตสาหกรรมได้เป็นอย่างดี นอกจากนี้ยังสามารถเจาะทำเกลียว ขัดผิว และทำสีได้ง่ายกว่าพลาสติก Filament ชนิดอื่น ๆ ABS มีสมบัติด้อยตรงที่ไม่ทนต่อแสงแดดและ UV โดยหากใช้สีขาว ชิ้นงานจะเริ่มออกเหลือง กรอบ และแตกหักง่ายเมื่อใช้ไปงานไปเป็นระยะเวลาหนึ่ง รวมถึงปัญหาจากการพิมพ์ด้วยเครื่อง 3D Printer จะพบการงอตัวของชิ้นงานที่บริเวณขอบ หากเป็นชิ้นงานขนาดใหญ่จะพบอากาศแตกร้าวภายในชิ้นงาน (Crack) ดังนั้นจึงควรใช้เครื่องที่มีฝาครอบปิด (Enclosure) เป็นอย่างน้อย หรือใช้เครื่องที่มีระบบควบคุมความร้อนภายใน (Heating chamber) ที่สามารถทำอุณหภูมิได้ 80-90 องศาเซลเซียส

ชิ้นงานที่ขึ้นรูปจาก ABS Filament

PETG (Polyethylene terephthalate Glycol-modified)

PETG คือวัสดุที่พัฒนาจาก PET ที่ใช้ในการผลิตเป็นขวดน้ำดื่มที่ใช้กันในชีวิตประจำวัน โดยการเติม “G” หรือไกลคอล (Glycol) ลงไป มีความเหนียวและทนทานเป็นเลิศ ไม่ฉีกขาดง่าย การยึดเกาะระหว่างเนื้อพลาสติกดีมาก ความแข็งแรงเทียบเท่า ABS แต่ปรินท์ง่ายเหมือน PLA พื้นฐานเป็นวัสดุโปร่งใส เหมาะกับงานโคมไฟ งานอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการเห็นภายใน ทนสภาพแวดล้อม กรด-ด่าง แบบอ่อน ๆ ได้ การขัดและทำสีจะยากกว่า PLA และ ABS

ชิ้นงานที่ขึ้นรูปจาก PETG Filament

Polycarbonate (PC)

PC Filament ชื่อเต็มคือเส้นพลาสติกพอลิคาร์บอเนต (Polycarbonate) เป็นวัสดุที่พัฒนาขึ้นตั้งแต่ปี ค.ศ. 1989 มีการใช้งานหลากหลายมาก ทั้งอุตสาหกรรมยานยนต์ อิเล็กทรอนิกส์ ก่อสร้าง หรือการแพทย์ เนื่องจากมีความแข็งแรงสูง เหนียว ทนกรด-ด่าง สารเคมีและความร้อนสูง รวมไปถึงมีการพัฒนาสูตร PC ใหม่ ๆ มากมาย เช่น โคมไฟโปรเจคเตอร์ของรถยนต์ หรือแผ่นเก็บข้อมูล (Compact Discs, CD) ที่มีความใสเหมือนกระจก ก็ผลิตจาก PC การพิมพ์ 3D ด้วย PC Filament จะต้องใช้ความร้อนที่หัวและฐานพิมพ์สูงกว่าปกติ จึงไม่เหมาะกับเครื่อง 3D Printer ทั่วไป นอกจากนี้ PC ยังสามารถดูดความชื้นในอากาศได้ดี ควรเก็บ Filament ในตู้ปิดและอบแห้งก่อนใช้งาน

ชิ้นงานที่ขึ้นรูปจาก PC Filament

Flexible filament (TPE/TPU)

Flexible เป็นเส้นวัสดุที่มีความยืดหยุ่นเหมือนยาง สามารถดึงยืดได้สูงมาก ไม่มีทางฉีกขาดด้วยมือคน ยกเว้นเอามีดไปกรีดให้เป็นรอยบาก ให้นึกถึงหนังยางรัดของจะใกล้เคียงที่สุด มีความต้านทานต่อการขัดถู (Abrasion) แรงดัดอัด (Pressure) รวมถึงดูดซับแรงได้อย่างดีมาก เหมาะกับการนำไปผลิตเป็น Bearing กันสะเทือน ซีล ประเก็น ขนาดเล็ก ที่ผลิตได้ยาก หรือมีรูปร่างพิเศษที่ไม่มีขาย กลุ่ม Flexible robot ที่มีข้อต่อเล็ก ๆ รวมถึงแผ่นรองฝ่าเท้า (Insole) ก็เป็น Application หนึ่งของวัสดุในกลุ่มนี้ อาจพิมพ์ยากสำหรับเครื่องพิมพ์บางชนิดเนื่องจากเส้นมีความนิ่มมาก ต้องใช้ความเร็วพิมพ์ค่อนข้างต่ำ