แปลและเรียบเรียง โดย อรวรรณ สัมฤทธิ์เดชขจร

ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ภาพจาก https://news.wisc.edu/light-provides-control-for-3d-printing-with-multiple-materials/

เครดิต: A.J. Boydston and Johanna Schwartz

นักวิจัยจาก University of Wisconsin-Madison พัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่ที่ใช้แสงในการควบคุมรูปแบบของการเกิดโพลิเมอร์ทำให้สามารถผลิตชิ้นส่วนได้จากวัสดุหลายชนิด

การพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการสร้างวัตถุ 3 มิติจากไฟล์ดิจิทัลโดยการเติมชั้นบางๆ ของวัสดุซ้อนทับกันไป ทั้งนี้ชิ้นส่วนที่ผลิตได้มักทำจากวัสดุเพียงชนิดเดียว แต่หากต้องการผลิตชิ้นส่วนจากวัสดุหลายชนิด เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่จำเป็นต้องมีภาชนะสำหรับใส่วัสดุแต่ละชนิดแยกกันไป

นักวิจัยจาก University of Wisconsin-Madison เห็นว่าวิธีการใช้ภาชนะเพียงใบเดียว (one-vat) ในทางปฏิบัติน่าจะดีกว่าวิธีที่ใช้ภาชนะหลายใบใส่วัสดุ ทีมวิจัยจึงพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบใหม่ที่ใช้แสงในช่วงที่ตามองเห็นและช่วงยูวีในการควบคุมการเกิดโพลิเมอร์ โดยความยาวคลื่นแสงที่แตกต่างกันจะทำให้เกิดโพลิเมอร์ที่แตกต่างกัน

ภาพจาก https://phys.org/news/2019-03-d-multiple-materials.html

เครดิต: A.J. Boydston and Johanna Schwartz

ภาพบน: ภาพดิจิทัลของการออกแบบและภาพชิ้นส่วนที่ผลิตได้ โดยสีม่วงคือตำแหน่งที่ใช้แสงยูวีในการบ่มอีพอกไซด์แบบแข็ง ส่วนสีเทาคือตำแหน่งที่ใช้แสงที่ตามองเห็นบ่มอะคริเลตแบบอ่อน

ภาพล่าง: โลโก้ของกลุ่ม 3D printing ซึ่งใช้การพิมพ์ 3 มิติที่พัฒนาขึ้น โพลิเมอร์แข็งคือส่วนที่ทึบ และโพลิเมอร์อ่อนคือส่วนที่โปร่งใส

ทีมวิจัยสร้างภาพดิจิทัลจำนวนมากซึ่งเมื่อนำมาซ้อนกันจะเกิดเป็นภาพ 3 มิติ ในการควบคุมแสง (ทั้งแสงในช่วงที่ตามองเห็นและช่วงยูวี) ที่จะทำให้สารโมโนเมอร์ตั้งต้น 2 ชนิดเกิดเป็นโพลิเมอร์ตามต้องการจะใช้เครื่องฉายแสง 2 เครื่อง ฉายแสงอย่างต่อเนื่องไปยังภาชนะที่มีสารละลายโมโนเมอร์ตั้งต้นอยู่ ทำให้เกิดชั้นของชิ้นส่วนทีละชั้นบนแท่น (platform) เมื่อชั้นแรกสร้างเสร็จ แท่นจะขยับขึ้นเพื่อให้แสงสร้างชั้นต่อไป

อุปสรรคหลักของงานวิจัยนี้คือการปรับสารเคมีตั้งต้นให้เหมาะสม สิ่งแรกที่ทีมพิจารณาคือ โมโนเมอร์ 2 ชนิดที่อยู่ในภาชนะเดียวกันจะมีพฤติกรรมต่อกันอย่างไร ที่สำคัญคือ ทีมวิจัยต้องมั่นใจว่าโมโนเมอร์ต้องมีเวลาในการบ่มใกล้เคียงกันเพื่อให้โพลิเมอร์ชนิดที่มีลักษณะแข็งและนิ่มภายในชั้นเดียวกันแห้งพร้อมๆ กัน

ถ้าเคมีของโมโนเมอร์มีความเหมาะสม ทีมวิจัยสามารถควบคุมตำแหน่งภายในชิ้นส่วนที่โมโนเมอร์แต่ละชนิดเกิดการบ่มด้วยการใช้แสงได้อย่างแม่นยำ ทีมวิจัยพัฒนาถึงขั้นที่สามารถวางตำแหน่งของโพลิเมอร์แข็งไว้ข้างโพลิเมอร์อ่อนภายในขั้นตอนเดียว แม้ยังมีข้อบกพร่องหลายอย่างแต่งานวิจัยนี้ก็เป็นความท้าทายใหม่ๆ ที่น่าตื่นเต้น

งานวิจัยนี้เป็นการเปิดทางให้แก่นักออกแบบ ศิลปิน วิศวกร และนักวิทยาศาสตร์ สร้างระบบที่มีความซับซ้อนด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ได้แก่ กายอุปกรณ์เฉพาะบุคคล อวัยวะจำลอง หรือเนื้อเยื่อจำลอง สำหรับให้นักศึกษาแพทย์เรียนรู้ก่อนที่จะรักษาในคนไข้จริง

สนใจอ่านข้อมูลเพิ่มเติมที่

  1. https://news.wisc.edu/light-provides-control-for-3d-printing-with-multiple-materials/
  2. https://phys.org/news/2019-03-d-multiple-materials.html
  3. J. Schwartz et al. Multimaterial actinic spatial control 3D and 4D printing, Nature Communications (2019). DOI: 10.1038/s41467-019-08639-7

 

Scroll Up