ถึงแม้ว่าเครื่องพิมพ์สามมิติเริ่มจะเป็นที่นิยมในการผลิตวัสดุอุปกรณ์ต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ แต่ปัญหาคือการพิมพ์วัสดุนั้นใช้เวลาค่อนข้างมาก และส่วนใหญ่ยังคงจำกัดวิธีการเป็นการพิมพ์แบบเลเยอร์ซ้อนเลเยอร์เท่านั้น วันนี้มีคนนำเสนอแนวคิดใหม่ของการพิมพ์สามมิติโดยใช้คุณสมบัติบางประการของโพลิเมอร์ในการขึ้นรูป

Joseph DeSimone CEO ของบริษัท Carbon3D ได้กล่าวถึงแนวคิดใหม่ของเครื่องพิมพ์สามมิติในงาน TED Talks ที่ Vancouver โดยเครื่องพิมพ์แบบใหม่นี้จะอาศัยกระบวนการขึ้นรูปเป็นพอลิเมอร์โดยใช้แสง UV (photopolymerization) แทนการพิมพ์วัสดุแบบเลเยอร์ซ้อนเลเยอร์ แต่เนื่องจากออกซิเจนนั้นเป็นตัวที่ไปขัดขวางกระบวนการดังกล่าว ทางทีมงานจึงได้ออกแบบกระบวนการขึ้นรูปใหม่เรียกว่า CLIP (Continuous Liquid Interface Production) ซึ่งได้รับแรงบันดาลใจมาจากฉากที่ T-1000 สร้างตัวเองขึ้นมาในหนังเรื่อง Terminator 2

ภาพแสดงส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ จากเว็บไซต์ Carbon3D

กระบวนการ CLIP โดยคร่าวคือ ตัวเครื่องพิมพ์จะมีอ่างรองรับเรซินซึ่งสามารถขึ้นรูปเป็นพอลิเมอร์ได้ด้วยแสง UV ฐานของเครื่องพิมพ์เป็นแผ่นวัสดุออกแบบพิเศษที่สามารถให้แสง UV และก๊าซออกซิเจนผ่านเข้ามาได้ เรียกว่า oxygen permeable window (เป็นวัสดุลักษณะเดียวกับคอนแทคเลนส์) ข้างใต้จะเป็นแหล่งกำเนิดแสง UV ส่วนวัสดุที่ทำการขึ้นรูปจะเกาะติดกับฐานพิมพ์ (build platform) ซึ่งจะยกตัวขึ้นเรื่อยๆ เมื่อมีการพิมพ์วัสดุ

เมื่อเริ่มพิมพ์ แสง UV จะถูกฉายผ่านแผ่น window ขึ้นไปเพื่อให้เรซินสามารถขึ้นรูปเป็นพอลิเมอร์ได้ ก๊าซออกซิเจนที่ผ่านเข้ามานั้นจะเข้าไปกันไม่ให้เรซินที่ขึ้นรูปนั้นเกาะติดกับแผ่น window โดยจะแผ่เป็นเลเยอร์ที่บางในระดับไมโครเมตร เรียกว่า dead zone พอลิเมอร์ที่ถูกขึ้นรูปนี้จะไปเกาะติดกับฐานพิมพ์แทนซึ่งจะยกตัวสูงขึ้นเรื่อยๆ วิธีการนี้ทำให้เครื่องพิมพ์สามารถขึ้นรูปวัสดุได้อย่างต่อเนื่องจนกระทั่งพิมพ์เสร็จ

กระบวนการพิมพ์สามมิติแบบใหม่นี้ทำให้เครื่องพิมพ์สามารถพิมพ์วัสดุที่มีโครงสร้างซับซ้อนได้เร็วกว่าเครื่องพิมพ์ทั่วๆ ไป 25 - 100 เท่า และหากพัฒนาให้สามารถจัดการกับความร้อนในระหว่างกระบวนการผลิตได้ก็จะสามารถพิมพ์วัสดุได้เร็วสูงสุดถึง 1,000 เท่า วัสดุที่ได้จากการพิมพ์จะมีความต่อเนื่องกัน คือจะไม่ได้มีลักษณะเป็นชั้นๆ เหมือนกับกระบวนการพิมพ์แบบก่อน สามารถพิมพ์วัสดุที่มีโครงสร้างซับซ้อนได้ละเอียดในระดับไมโครเมตรได้ นอกจากนี้ ยังสามารถพิมพ์พอลิเมอร์ประเภทอื่นๆ เช่น พอลิเมอร์ที่มีความยืดหยุ่น (elastomers) ได้อีกด้วย

ทาง Joseph มองว่าเครื่องพิมพ์นี้จะเป็น game changer ของวงการการพิมพ์สามมิติ และหวังว่าจะสามารถนำไปใช้ในการสร้างวัสดุในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น อุตสาหกรรมรถยนต์ อุตสาหกรรมการผลิตชิพ หรือแม้กระทั่งการพิมพ์ภาพฟันสามมิติในระยะเวลาอันสั้น

ที่มา - TED, Re/code, เว็บไซต์ Carbon3D, Science (เปเปอร์ที่ตีพิมพ์ผลงานวิจัยกระบวนการ CLIP)

ป.ล. ขอบคุณเพื่อนๆ พี่ๆ หลายคนที่ช่วยตอบข้อสงสัยเรื่องวัสดุพอลิเมอร์มา ณ ที่นี้ครับ