Support Structure ของ 3D Printing

เนื่องจากชิ้นงาน 3D Printing ถูกสร้างขึ้นเป็นชั้นๆ โดยแต่ละชั้นจึงจำเป็นต้องมีชั้นก่อนหน้าเพื่อรองรับการสร้างชั้นถัดไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยี 3D printing และความซับซ้อนของแบบ 3D ด้วย ที่จะส่งผลถึงความจำเป็นในการใช้ Support Structure ของ 3D Printing ซึ่งสิ่งสำคัญคือการพิจารณา Support Structures และวิธีที่อาจส่งผลต่อชิ้นงาน Support Structure จะมีผลกระทบกับผิวของงานหลังจากกระบวนการในการนำ Support ออกหลังการพิมพ์ชิ้นงาน อาจทำให้เกิดหลุมหรือพื้นผิวขรุขระได้ บทความนี้จะกล่าวถึง Support สำหรับ 3D Printing ในแต่ละเทคโนโลยี และวิธีการใช้ Support ว่าสามารถส่งผลกระทบต่อการออกแบบอย่างไร ?


FDM

Fused Deposition Modeling (FDM) คือ การอัดรีดเส้นใยที่หลอมละลายลงบนผิวชิ้นงานตามที่กำหนดไว้ เมื่อวัสดุฉีดขึ้นรูปแล้วมันจะเย็นตัวลงโดยสร้างพื้นผิวที่มั่นคงเพื่อเป็นรากฐานสำหรับวัสดุชั้นต่อไปที่จะถูกสร้างขึ้น และทำซ้ำทีละชั้นจนกว่าชิ้นงานจะเสร็จสมบูรณ์ ด้วย FDM Printing แต่ละชั้นจะถูกพิมพ์เป็นชุดโดยเส้นวัสดุ (filament) ที่ถูกทำความร้อนซึ่งติดกับเส้นด้านล่างและรอบ ๆ โดยแต่ละเส้นวัสดุจะถูกพิมพ์ออกมาเล็กน้อยจากชั้นก่อนหน้า สิ่งนี้ช่วยให้ชิ้นงานถูกสร้างขึ้นให้มีมุม 45 ° ได้ และเมื่อเกินจาก 45 ° ชิ้นงานนั้น จำเป็นจะต้องมี Support Structures

หนึ่งในข้อจำกัดของการใช้ Support ในการพิมพ์ FDM คือต้องมีการทำ post-processing เสมอส่งผลให้เกิดรอยหรือความเสียหายต่อพื้นผิวที่สัมผัสกับชิ้นงาน ปัญหาอีกประการคือชั้นของชิ้นงานที่พิมพ์ออกมาบน Supprt นั้นจะสมบูรณ์แบบน้อยลง เนื่องจาก Support จะอยู่กับที่น้อยกว่าชั้นที่มั่นคง ดังนั้นอาจเป็นเรื่องยากที่จะลบออกจากบนชิ้นงานที่มีขนาดเล็กและซับซ้อนโดยไม่ทำลายชิ้นงาน นอกจากนี้ต้องใช้วัสดุการพิมพ์เพิ่ม ทำให้เกิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติม ทำให้ต้องเพิ่มต้นทุนของงานพิมพ์ และใช้ระยะเวลาในลบ Support ออกทำให้เป็นการเพิ่มงานสำหรับผู้ใช้งาน


SLA & DLP

Stereolithography (SLA) และ Digital Light Processing (DLP) คือการสร้างชิ้นงานจากเรซินเหลว (photopolymer) โดยใช้แหล่งกำเนิดแสงเพื่อทำให้วัสดุของเหลวแข็งตัว โดยชิ้นงานนั้นถูกดึงออกมาจากถังที่มีวัสดุของเหลว(เรซิน)ที่ถูกทำให้แข็งตัว และเพื่อให้แน่ใจว่าการพิมพ์เป็นไปตามแพลตฟอร์มการพิมพ์และไม่ลอย ดังนั้นเครื่องพิมพ์ SLA และ DLP จึงต้องการ Support ในเกือบทุกกรณี

Support structures จากเครื่องพิมพ์เหล่านี้จะมีลักษณะดูเหมือนซี่โครงบาง ๆ โดยมีเพียงชิ่นส่วนเล็กๆ เท่านั้นที่จะสัมผัสกับชิ้นงานจริงๆ เพื่อประหยัดวัสดุและเวลาในการพิมพ์ จำนวนSupport และตำแหน่งที่สัมผัสกับชิ้นงาน และโครงสร้างนั้นจะถูกคำนวณโดยซอฟต์แวร์ และขึ้นอยู่กับรูปร่างทิศทางและน้ำหนักของชิ้นงานที่จะพิมพ์

SLA/DLP เป็นเทคโนโลยีที่แม่นยำที่สุด บางตัวสามารถพิมพ์ได้แม้วัตถุที่เล็กที่สุดและซับซ้อนที่สุด ด้วยรายละเอียดที่แม่นยำกระบวนการหลังการพิมพ์ที่เหมาะสมการใช้งาน Support จะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของการพิมพ์ ดังนั้นทิศทางการวางของชิ้นงานจึงมีบทบาทสำคัญในตำแหน่งที่ Support วางอยู่ การปรับตำแหน่งชิ้นงานนั้นช่วยลดจำนวนของ Support และค่าใช้จ่ายในการพิมพ์ให้ลดลงอย่างมาก นอกจากนี้ยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดจุดที่เชื่อมต่อกับ Support หากความสวยงามของพื้นผิวบนชิ้นงานนั้นสำคัญมากให้ปรับตำแหน่งส่วนนั้นเพื่อให้มี Support น้อยที่สุด

สำหรับงานพิมพ์ที่ซับซ้อนที่มีรายละเอียดจำนวนมากและคุณสมบัติที่บางหรือซับซ้อนแบ่งการพิมพ์ออกเป็นส่วนต่างๆ แล้วประกอบเข้าด้วยกัน (ผ่านการเชื่อมต่อแบบ snap-fit ชิ้นส่วนที่เชื่อมต่อกันหรือกาว) เพื่อปรับปรุงคุณภาพได้



Material Jetting

Material Jetting เป็นเทคโนโลยีคล้ายกับการพิมพ์ Inkjet แต่แทนที่จะพ่นหมึกลงบนกระดาษ แต่ 3D Printer เหล่านี้จะพ่นชั้นของเหลว photopolymer ลงบนถาดสร้างและทำให้แข็งทันทีโดยใช้แสง UV เครื่องพิมพ์เหล่านี้ต้องการ Support ในทุกกรณีที่มีชิ้นส่วนที่ยื่นยื่นโดยไม่คำนึงถึงมุม Support ทั้งที่ละลายในน้ำหรือถูกลบออกหลังจากการพิมพ์โดยใช้ plyers, water jetting, ultrasonic bath และการเป่าด้วยทราย

Support ของเทคโนโลยีเหล่านี้ต่างจาก FDM ซึ่งไม่ส่งผลต่อคุณภาพของพื้นผิวหรือคุณสมบัติทางเทคนิคของงานพิมพ์ หลังจากกระบวนการหลังการพิมพ์ที่เหมาะสม เราแทบจะแยกไม่ออกว่าส่วนไหนคือส่วนที่ติดกับ Support เนื่องจากเครื่องมือไฟฟ้า (วอเตอร์เจ็ท, เครื่องพ่นทราย) ที่ใช้ในการบวนการหลังการผลิต ชิ้นงานที่ซับซ้อนอาจเสียหายหรือโค้งงอได้ ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้ปฏิบัติตาม Material Jetting rules เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาใด ๆ หากชิ้นงานมีความซับซ้อนและบางขอแนะนำให้ทำการพิมพ์ SLS แทน


SLS

Selective Laser Sintering(SLS) เป็นการขึ้นรูปวัสดุด้วยการหลอมรวมวัสดุผงใน chamber โดยใช้เลเซอร์ SLS ไม่จำเป็นต้องมี Support รองรับเนื่องจากผงวัสดุทำหน้าที่เป็นตัวรองรับเมื่อชิ้นงานถูกสร้างขึ้นเป็นชั้นๆ สิ่งนี้ให้อิสระในการออกแบบมากมาย แต่โดยทั่วไปแล้ววิธีนี้จะเพิ่มค่าใช้จ่ายและเวลาในการพิมพ์ชิ้นงาน ซึ่ง SLS ต้องใช้เวลาสำหรับ Build chamber เพื่อทำให้เย็นลงและการทำความสะอาดงานพิมพ์นั้นต้องใช้กระบวนการตกแต่งหลายขั้นตอนซึ่งรวมถึงการกำจัดผงที่ไม่ได้ใช้โดยทั่วไปแล้วด้วยปืนลม



Binder jetting

Binder jetting นั้นคล้ายกับ SLS ในลักษณะที่เครื่องพิมพ์ใช้วัสดุที่เป็นผงบาง ๆ เพื่อสร้างชิ้นงาน แต่แทนที่จะใช้เลเซอร์ในการเผาแต่ละเลเยอร์เข้าด้วยกันเครื่องพิมพ์เหล่านี้จะใช้ binding agent ที่มาจากหัวฉีดเพื่อจับกับผงเข้าด้วยกันเช่นเดียวกับ SLS ไม่จำเป็นต้องมี Support Structures เนื่องจากผงแป้งทำหน้าที่ Support เมื่อชิ้นงานถูกสร้างขึ้น แต่การทำความสะอาดและกระบวนหลังการพิมพ์ ต้องใช้กระบวนการตกแต่งหลายขั้นตอนรวมถึงการกำจัดผงที่ไม่ได้ใช้โดยทั่วไปด้วยปืนลม


Metal printing

เทคโนโลยีการพิมพ์โลหะใช้ Support structures เพื่อให้แบบจำลองยึดติดกับแผ่นฐานในระหว่างกระบวนการพิมพ์ในทุกกรณี แต่สามารถสร้างส่วนที่ยื่นเกินกว่า 35 องศาโดยไม่จำเป็นต้องมี Support เมื่อจำเป็นต้องมี Support สิ่งสำคัญคือต้องแน่ใจว่าสามารถเข้าถึงได้ง่ายไม่เช่นนั้นจะไม่สามารถลบ Support ออกได้หลังจากการพิมพ์ การใช้ Support จะไม่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพของงานพิมพ์แต่อย่างใด และด้วยกระบวนการหลังการพิมพ์ที่เหมาะสมสามารถลบร่องรอยทั้งหมดออกจากชิ้นงานที่พิมพ์ได้


Rules of thumb

  • Support โดยทั่วไปจะมีผลกระทบที่ส่งผลต่อพื้นผิวของชิ้นงาน (ยกเว้น Jetting วัสดุ) โดยทั่วไปจึงจำเป็นต้องมีการกระบวนการหลังการพิมพ์เพื่อปรับปรุงพื้นผิวหลังจากการถอด Support

  • ยิ่งมี Support เพิ่มมากขึ้นเท่าไหร่การออกแบบก็ยิ่งซับซ้อนมากขึ้นเท่านั้น จำนวนของ Support ที่ใช้สามารถปรับให้เหมาะสม (การวางแนวชิ้นงานระดับความแม่นยำที่ต้องการ ฯลฯ ) เพื่อลดต้นทุนและเวลาในการพิมพ์




Tag : #3dprinter #3dprinting #FDM #SLS #SLM #Theadditive

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