FDM 3D Printing คืออะไร?

Fused Deposition Modeling (FDM) หรือ Fused Filament Fabrication (FFF) เป็นเทคโนโลยีการพิมพ์ชิ้นงานแบบ 3 มิติด้วยวิธีการฉีดขึ้นรูปวัสดุที่นิยมใช้กันอย่างแพร่หลาย มักจะเป็นเทคโนโลยีแรกๆที่ผู้คนเลือกนำมาใช้งาน และมีผู้ใช้งานมากที่สุดจากเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วโลก โดยวัตถุจะถูกสร้างขึ้นจากการที่วัสดุถูกละลายด้วยความร้อนจากหัวฉีด ( nozzel ) แล้วขึ้นรูปทีละชั้นๆ ซึ่งวัสดุที่ใช้คือเทอร์โมพลาสติกในรูปแบบเส้น (filament)


FDM 3D printing ทำงานอย่างไร?

การผลิตชิ้นงานโดยการใช้ additive manufacturing คือการเพิ่มเติมวัสดุทีละชั้นๆ จนกลายมาเป็นชิ้นงาน และได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วง 20 ปีที่ผ่านมา โดยคนส่วนมากจะเริ่มต้นรู้จักเครื่องพิมพ์ 3 มิติจากเทคโนโลยี FDM/FFF ซึ่งมีราคาถูก หาซื้อได้ง่าย และใช้งานกันอย่างแพร่หลายตั้งแต่ทำงานต้นแบบ (Prototype) ไปจนถึงชิ้นงานที่ใช้งานได้จริง (Functional part) ในหลายๆอุตสาหกรรม เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบ FDM/FFF จะประกอบไปด้วยชิ้นส่วนหลักๆดังนี้ :

1. เส้นพลาสติก (Filament) : วัสดุสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติซึ่งจะอยู่ในรูปแบบเส้นพลาสติก

2. เครื่องทำความร้อน (Heater Element) : เครื่องทำความร้อนจะให้ความร้อนเส้นพลาสติกสูงไปถึงจุดหลอมเหลวของเส้นพลาสติก ซึ่งมีความแตกต่างตามประเภทของพลาสติก

3. หัวฉีด (Nozzle) : หัวฉีดจะเคลือนที่ตามแกน X - Y เพื่อที่จะสร้างชิ้นงานจากเส้นพลาสติกที่ถูกหลอมละลาย

4. ถาดรองชิ้นงาน (Build Platform) : ถาดรองชิ้นงานจะสามารถทำความร้อน เพื่อที่จะให้อุณหภูมิใกล้เคียงกับเส้นพลาสติกที่ถูกหลอมละลาย ซึ่งจะทำให้ชิ้นงานมีความแม่นยำมากยิ่งขึ้น

5. โครงสร้างค้ำยันชิ้นงาน (Support Material) : โครงสร้างค้ำยันชิ้นงานจะถูกสร้างขึ้นเพื่อเป็นตัวพยุงชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อนและส่วนที่อาจจะเกิดการโค้งงอ

The FDM printing process


คุณสมบัติของ FDM 3D printing

1. พารามิเตอร์เครื่องพิมพ์ ( Printer Parameters )

ระบบ FDM ส่วนใหญ่จะสามารถปรับตั้งค่าการพิมพ์ได้หลายอย่าง เช่น อุณหภูมิของหัวฉีดและอุณหภูมิของแพลตฟอร์ม ความเร็วของการทำงานแต่ละ Layer และความเร็วของพัดลมระบายความร้อน ซึ่งสิ่งเหล่านี้จะถูกกำหนดโดยผู้ใช้งาน

สิ่งสำคัญจากมุมมองของนักออกแบบคือขนาดในการสร้างงานและความสูงของ layer มีดังนี้ :

  • Build size ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

  • ความสูงของLayer ซึ่งมีความสูง 50 - 400 ไมครอน โดยความสูงที่นิยมใช้กันมากที่สุดจะอยู่ที่ 200 ไมครอน


2. การบิดเบิ้ยว ( Warping )

การบิดรูปเป็นหนึ่งในปัญหาที่พบบ่อยที่สุดในเทคโนโลยี FDM เมื่อส่วนต่างๆ ของงานพิมพ์เย็นลงในอัตราที่ต่างกันขนาดก็จะเปลี่ยนไปด้วยความเร็วที่ต่างกัน และการระบายความร้อนที่แตกต่างทำให้เกิดความบิดตัว ในทางเทคนิคการบิดรูปนั้นสามารถป้องกันได้โดยการควบคุมอุณหภูมิของระบบอย่างใกล้ชิด การออกแบบที่ช่วยเพิ่มการยึดเกาะระหว่างชิ้นงานและบริเวณฐานที่รองรับชิ้นงาน ยกตัวอย่าง การออกแบบชิ้นงานที่มีพื้นที่ราบขนาดใหญ่ เช่น กล่องสี่เหลี่ยม ก็มีแนวโน้มที่จะบิดรูปได้ ควรหลีกเลี่ยงเมื่อเป็นไปได้ หรือคุณสมบัติชิ้นงานที่ยื่นออกมาบางๆ เช่น ง่ามของส้อม ก็มีแนวโน้มที่จะบิดรูปได้ ซึ่งในกรณีนี้การบิดรูปสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยการเพิ่มวัสดุบางอย่างไปที่ขอบของชิ้นงานที่บาง เพื่อเพิ่มพื้นที่ที่สัมผัสกับฐานที่รองรับชิ้นงาน หรือแม้กระทั่งมุมของชิ้นงานหากออกแบบให้มีความคม ก็มีแนวโน้มที่จะบิดรูปบ่อยกว่ารูปร่างโค้งมน ดังนั้นการเพิ่มวัสดุเพื่อลดมุมในการออกแบบจึงเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดี โดยวัสดุที่แตกต่างกัน มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ก็จะมีความอ่อนไหวต่อการบิดรูปที่แตกต่างกัน


3. การยึดเกาะของชั้น ( Layer Adhesion )

การยึดเกาะที่ดีระหว่าง Layer มีความสำคัญอย่างมากสำหรับเทคโนโลยี FDM เพราะเมื่อเทอร์โมพลาสติกหลอมเหลวจะถูกฉีดผ่านหัวฉีดกดทับกับ Layer ก่อนหน้า ด้วยอุณหภูมิที่สูงและแรงดันจะละลายพื้นผิวของ Layer ก่อนหน้าอีกครั้งและช่วยให้การยึดติดของ Layer ใหม่บน Layer เก่าที่อยู่บนชิ้นงานที่พิมพ์ไปแล้วอีกด้วย

ความแข็งแรงพันธะระหว่างชั้นต่างๆ จะต่ำกว่าความแข็งแรงพื้นฐานของวัสดุเสมอ ( The bond strength between the different layers is always lower than the base strength of the material. ) ซึ่งหมายความว่าชิ้นงานของ FDM นั้นมีลักษณะเป็น anisotropic โดยกำเนิด คือความแข็งแรงในแกน Z นั้นน้อยกว่าความแรงของในแกน X และ Y เสมอ ด้วยเหตุผลนี้สิ่งสำคัญที่จะต้องคำนึงถึงการวางแนวของชิ้นงาน เมื่อออกแบบชิ้นงาน

The layer lines of an FDM part are generally visible

4. โครงสร้างสนับสนุนชิ้นงาน ( Support Structure )

Support structures เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานที่ไม่ใช่แนวตั้ง เพราะ FDM เทอร์โมพลาสติกที่ละลายจะไม่สามารถลอยในอากาศบางๆ ได้ ด้วยเหตุผลนี้รูปทรงเรขาคณิตบางรูปแบบจึงต้องการ Support structures และพื้นผิวติดกับ Support Structures โดยทั่วไปจะมีคุณภาพพื้นผิวที่ต่ำกว่าส่วนอื่น ๆ ด้วยเหตุนี้จึงแนะนำให้ออกแบบชิ้นงานที่ลดการใช้ Support structures มากที่สุด


5. ความหนาของ Infill และ Shell ( Infill & Shell Thickness )

ชิ้นงานจาก FDM 3D Printing มักจะไม่นิยมพิมพ์แบบทึบ เพื่อลดระยะเวลาในการพิมพ์และประหยัดวัสดุ แต่พื้นที่ด้านนอกจะถูกพิมพ์แบบเรียงต่อกันกันหลายรอบเรียกว่า Shell และภายในนั้นเต็มไปด้วยโครงสร้างภายในที่มีความหนาแน่นต่ำเรียกว่า Infill โดย Infill และความหนาของ Shell มีผลต่อความแข็งแรงของชิ้นงานอย่างมาก สำหรับเครื่องพิมพ์ FDM แบบ Desktop การตั้งค่าเริ่มต้นคืความหนาแน่นของ Infill อยู่ที่ 25% และความหนาของ Shell อยู่ที่ 1 มม. ซึ่งเป็นความลงตัวที่ดีระหว่างความแข็งแรงและความรวดเร็วในการพิมพ์ รวมไปถึงราคาต่อการพิมพ์ด้วย





Written by : Alkaios Bournias Varotsis

Tag : #FDM #FDM3dprinting #ชิ้นงาน3มิติ #AdditiveX

Related Post

News & Event

Technology Guide

Contact  Us

095-740-3441 ( Sale )

081-875-3630 ( Support )

Service@additivexthailand.com 

607/73-77  Soi Pradu 1, New Road, Bangklo, Bangkorlaem, Bangkok 10120 Thailand

Follow Us

  • Facebook
  • YouTube

Quick Link

Copyright © 2020, The Additive