การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร? ความแตกต่างระหว่างลักษณะและการจำแนกประเภทและการประมวลผลการตัด

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นอุปกรณ์การประมวลผลรูปแบบใหม่ที่สามารถผลิตรูปทรงต่างๆ ได้ และการใช้งานเครื่องพิมพ์ 3 มิติก็แพร่หลายมากขึ้นในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา แต่ก็มีข้อเสียและสถานการณ์ที่ไม่เหมาะกับการประมวลผลด้วย เครื่องพิมพ์ 3D สามารถมีบทบาทในสถานการณ์ใดบ้าง และการประมวลผลแบบเดิมมีความเหมาะสมมากกว่าในสถานการณ์ใด ด้านล่างนี้คือคุณลักษณะของเครื่องพิมพ์ 3D และความแตกต่างจากกระบวนการตัด

การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร?
เครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นอุปกรณ์ที่ตัดข้อมูล 3 มิติเป็นชิ้นบางๆ เพื่อสร้างรูปร่างสองมิติ จากนั้นจึงซ้อนรูปร่างสองมิติเพื่อสร้างแบบจำลองสามมิติที่เหมือนกับรูปร่างของข้อมูล 3 มิติ แตกต่างจากการประมวลผลการตัดที่เอาวัสดุออก การแปรรูปพลาสติกที่สร้างรูปร่างให้กับวัสดุที่ขึ้นรูป และการประมวลผลการเปลี่ยนรูป การผลิตแบบเติมเนื้อหรือที่เรียกว่าการผลิตแบบเติมเนื้อจะพิจารณาจากมุมมองของการประมวลผลด้วยวัสดุที่เติม ลักษณะการประมวลผลของเครื่องพิมพ์ 3D จะแสดงเป็น "การสร้างแบบจำลอง" และ "การแบ่งชั้น" ซึ่งส่วนใหญ่แบ่งออกเป็นประเภทต่อไปนี้ตามวิธีการสร้างแบบจำลองและประเภทของวัสดุการสร้างแบบจำลอง

การจำแนกประเภทตามวิธีการแบ่งชั้น
การสร้างแบบจำลองการสะสมตัวแบบผสม (FDM): นี่คือวิธีการเป็นชั้นที่พ่นวัสดุหลอมร้อนจากหัวฉีด ตั้งแต่แบบจำลองราคาไม่แพงสำหรับการใช้งานส่วนบุคคลไปจนถึงการใช้งานเชิงพาณิชย์ โดยมีกลุ่มผลิตภัณฑ์ที่หลากหลาย วัสดุการสร้างแบบจำลองส่วนใหญ่เป็นเรซิน แต่ก็มีวัสดุสำหรับเฟสโลหะด้วย ตัวอย่างเช่น ในผลิตภัณฑ์เชิงตัวเลขเทอร์โมพลาสติกบางชนิด วัสดุเดียวกับที่ใช้จริงในการฉีดขึ้นรูปก็สามารถนำมาใช้ในการขึ้นรูปได้
วิธีการขึ้นรูปแบบ UV: เป็นวิธีการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตบนเรซินเหลวเพื่อทำให้แข็งและสะสมวัสดุ การฉายรังสียูวีสามารถทำได้โดยใช้เครื่องฉายรังสียูวีและเลเซอร์ และอื่นๆ โดยพื้นฐานแล้วใช้สำหรับการสร้างวัสดุเรซินเท่านั้น วัสดุที่ใช้เป็นวัสดุเฉพาะ ชั้นการเผาผนึกผงโดยวิธีการขึ้นรูปแบบชั้นใช้เลเซอร์หรือวิธีอื่นในการฉายรังสีชั้นบาง ๆ ของวัสดุผง และให้ความร้อนเพื่อละลายและทำให้วัสดุผงแข็งตัว จากนั้นวางผงวัสดุบางๆ ไว้ด้านบน และทำการฉายรังสีด้วยเลเซอร์อีกครั้ง วิธีการแบ่งชั้นนี้เรียกว่าการสร้างแบบจำลองชั้นการเผาผนึกด้วยผง โดยทั่วไปวัสดุและสารเติมแต่งจะถูกผสมเพื่อใช้ และหน้าที่ของสารเติมแต่งคือการหลอมและเชื่อมวัสดุเข้าด้วยกัน วัสดุที่ใช้สำหรับวิธีนี้ก็มีความเชี่ยวชาญเช่นกัน

ตามการจำแนกประเภทวัสดุ
วัสดุเรซิน
วัสดุโลหะ
เครื่องพิมพ์ 3D สามารถประมวลผลวัสดุเรซินและโลหะได้ เนื่องจากวัสดุที่แตกต่างกันซึ่งสามารถแปรรูปได้โดยอุปกรณ์รุ่นต่าง ๆ จึงจำเป็นต้องใช้อุปกรณ์รุ่นต่าง ๆ ตามวัตถุประสงค์ของการออกแบบ

เครื่องพิมพ์ 3D มักทำให้ผู้คนรู้สึกว่าพวกเขาสามารถประมวลผลและสร้างรูปทรงใดๆ ก็ตามได้อย่างง่ายดาย แต่ในความเป็นจริงแล้ว การสร้างแบบจำลองและการประมวลผลคุณภาพสูงนั้นต้องใช้วิธีการและประสบการณ์ที่สั่งสมมา อุปกรณ์ประเภทนี้ไม่สามารถผลิตทุกอย่างได้ตามต้องการ นอกจากนี้ บางครั้งกระบวนการหลังการขึ้นรูปยังต้องใช้เวลามากขึ้น เช่น การถอดชิ้นส่วนการขึ้นรูปที่ใช้จับยึดเพื่อรักษารูปร่างให้คงที่ บริษัทหลายแห่งให้บริการระดับมืออาชีพประเภทนี้ และเราควรจัดลำดับความสำคัญของแนวทางนี้เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย

ความแตกต่างระหว่างการพิมพ์ 3 มิติและการประมวลผลการตัด
ความแตกต่างที่ใหญ่ที่สุดระหว่างการพิมพ์ 3D และการตัดคือวิธีการประมวลผล และยังมีข้อแตกต่างอื่นๆ อีกมากมายนอกเหนือจากนี้

ความแตกต่างในวิธีการประมวลผล
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ: การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่เติมวัสดุเพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการ
กระบวนการตัด: การนำชิ้นส่วนที่ไม่จำเป็นออกจากวัสดุคล้ายบล็อกและแปรรูปเพื่อแยกแยะรูปร่างที่สามารถกลึงได้
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ: วางซ้อนกันตามรูปทรงหน้าตัด 2 มิติ สามารถขึ้นรูปรูกลวง รูแขวน และรูโค้ง เป็นต้น ในทางกลับกัน เนื้อหนา ก้อนไม่กลวง ฯลฯ ไม่เหมาะกับวิธีการประเภทนี้เนื่องจาก ถึงความต้องการวัสดุมากขึ้น
กระบวนการตัด: ไม่สามารถตัดเฉือนรูกลวงหรือรูโค้งภายในได้ นอกจากนี้ สำหรับการกลึงรูที่ยื่นออกมาและรูตามขวางนั้นจำเป็นต้องจับยึดและยึดชิ้นงานหลายครั้งในระหว่างกระบวนการตัดเฉือน ดังนั้นระดับความเป็นอิสระของรูปร่างที่สามารถกลึงได้จึงไม่สูงมาก ในทางกลับกัน วิธีการนี้จะตัดรูปร่างจากวัสดุบล็อก ทำให้ง่ายต่อการสร้างลักษณะที่มีผนังหนา

ความแตกต่างของข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการประมวลผล
เครื่องพิมพ์ 3 มิติ: ไม่เพียงแต่ข้อมูลการออกแบบ 3 มิติเท่านั้น แต่ยังจำเป็นต้องมีข้อมูลการพิมพ์ 3 มิติด้วย นอกจากนี้ อาจจำเป็นต้องออกแบบส่วนรองรับซึ่งอาจต้องใช้ซอฟต์แวร์พิเศษหรือข้อมูล 3 มิติ เช่น STL, STEP, IGS เป็นข้อมูลระดับกลาง ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่าง การสร้างข้อมูลสำหรับสิ่งนี้อาจใช้เวลานาน
การประมวลผลการตัด: การใช้เครื่องมือกลในการตัดสามารถใช้แบบ 2D ได้ ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา "การตัดเฉือนอัตโนมัติ" ของ NC ได้กลายเป็นกระแสหลัก ซึ่งมีการใช้แอพพลิเคชั่นโปรแกรม (CAM) สำหรับการสร้างโปรแกรม NC โดยอัตโนมัติอย่างกว้างขวาง นอกเหนือจากรูปแบบข้อมูล 2D ทั่วไป เช่น DXF แล้ว โปรแกรม NC ยังสามารถสร้างได้โดยการจดจำรูปแบบข้อมูล 3D เช่น STEP และ IGS โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรูปร่างที่ซับซ้อน จากนี้ เราสามารถสร้างข้อมูลเพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ในการประมวลผลได้อย่างง่ายดาย

ความแตกต่างระหว่างวัสดุที่สามารถแปรรูปได้
โดยทั่วไปแล้วเครื่องพิมพ์ 3D ต้องใช้วัสดุพิเศษ ดังนั้นนอกจากข้อจำกัดเรื่องวัสดุเสริมแล้ว วัสดุเฉพาะทางยังมีข้อเสีย เช่น มีราคาแพงกว่าวัสดุทั่วไป
กระบวนการตัด: ไม่เพียงแต่สามารถแปรรูปโลหะเท่านั้น แต่ยังรวมถึงวัสดุอื่นๆ เช่น พลาสติก อีกด้วย

ตัวอย่างที่เหมาะสำหรับการพิมพ์ 3D มากกว่าเมื่อเทียบกับกระบวนการตัด
วิธีการประมวลผลแต่ละวิธีมีข้อดีและข้อเสีย ด้านล่างนี้คือบางกรณีที่การพิมพ์ 3D มีความเหมาะสมมากกว่าการตัดเฉือน
การยืนยันโฆษณา 3 มิติ: หากจำเป็นต้องยืนยันลักษณะที่ปรากฏของผลิตภัณฑ์ในระหว่างขั้นตอนการวางแผนผลิตภัณฑ์ สามารถใช้วิธีนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เมื่อเทียบกับข้อกำหนด ภาพวาด และภาพประกอบ มันสามารถให้ประสบการณ์ที่ชัดเจนและเป็นธรรมชาติมากขึ้น เนื่องจากสามารถแสดงต่อหน้าต่อตาได้เหมือนกับวัตถุทางกายภาพ

โครงสร้างกลวงและรูโค้งภายใน: วิธีนี้เหมาะมากหากคุณต้องการให้ได้โครงสร้างกลวงเพื่อลดน้ำหนัก หรือหากคุณต้องการให้ได้รูปทรงรูโค้งที่ซับซ้อนภายในผลิตภัณฑ์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อสร้างรูโค้งภายใน เนื่องจากการตัดเกี่ยวข้องกับการเจาะรูจากสองทิศทางและตัดกัน จึงสามารถสร้างได้เฉพาะรูตรงที่มีมุม R เท่านั้น แต่เครื่องพิมพ์ 3D สามารถบรรลุรูโค้งและโค้งที่ซับซ้อนได้
การผลิตผลิตภัณฑ์ทดลอง: โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติก เพื่อทดลองการผลิต จะต้องสร้างแม่พิมพ์ทดลองในระหว่างกระบวนการตัด อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเครื่องพิมพ์ 3D ไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์ จึงสามารถทดลองผลิตได้โดยใช้ต้นทุนต่ำ อีกวิธีหนึ่งคือการส่งแม่พิมพ์ที่ใช้สำหรับการฉีดขึ้นรูปหรือการปั๊มออกมา แทนที่จะสร้างต้นแบบขึ้นมาเอง
แบบจำลองการก่อสร้างและการสร้าง: เครื่องพิมพ์ 3 มิติเหมาะสำหรับการสร้างโครงสร้างโค้งที่ซับซ้อน นอกจากนี้ยังมีทักษะในการประมวลผลรูปทรงกลวง ทำให้เหมาะสำหรับการจัดแต่งทรงผมของแบบจำลองสถาปัตยกรรมมากขึ้น ในกระบวนการตัดการทำให้ได้รูปทรงกลวงเป็นเรื่องยาก จึงต้องแบ่งออกเป็นหลายส่วนเพื่อการผลิตและการประกอบ ในต่างประเทศ ปรากฏการณ์ของการใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อสร้างอาคารกำลังค่อยๆ เพิ่มขึ้น แต่ปัญหาต่างๆ เช่น ต้นทุนวัสดุและความแม่นยำของการผสมส่วนประกอบต่างๆ ยังคงมีอยู่

การผลิตที่หลากหลายและจำนวนน้อย: ข้อดีของเครื่องพิมพ์ 3D ก็คือ ไม่ต้องใช้แม่พิมพ์และสามารถพิมพ์ออกมาได้อย่างอิสระ ดังนั้น เครื่องพิมพ์ 3 มิติจึงเหมาะสำหรับการผลิตขนาดเล็กประเภทต่างๆ เช่น การทำอวัยวะเทียมและผลิตภัณฑ์ที่ไม่มีการพิมพ์แล้ว รวมถึงอุปกรณ์ติดตั้งที่ใช้ในสายการผลิต นอกจากนี้ยังสามารถใช้เพื่อแปรรูปผลิตภัณฑ์ที่ตรงตามความต้องการของลูกค้าที่แตกต่างกัน เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ที่ปรับแต่งเอง และตราบใดที่มีข้อมูล ก็สามารถดำเนินการแบบเดียวกันได้ทันที ซึ่งจะช่วยลดความเสี่ยงที่สินค้าคงเหลือและสินค้าคงเหลือจะขายไม่ออก

แยกความแตกต่างระหว่างการพิมพ์ 3D และการประมวลผลการตัดได้อย่างมีประสิทธิภาพ
ความท้าทายที่ใหญ่ที่สุดของการพิมพ์ 3 มิติคือความแม่นยำในการตัดเฉือนต่ำ เพื่อที่จะใช้ร่วมกับชิ้นส่วนอื่นๆ จำเป็นต้องมีการตัดเฉือน รูปทรงของชิ้นส่วนที่ประกอบเข้ากับชิ้นส่วนอื่นอย่างแม่นยำ เช่น สกรู ไม่เหมาะ ความเร็วในการประมวลผลของการพิมพ์ 3D ช้ากว่าการตัด และต้นทุนการดำเนินงานรวมทั้งวัสดุก็สูงเช่นกัน ทำให้ไม่เหมาะสำหรับการผลิตขนาดใหญ่ ดังนั้น ยกเว้นการผลิตจำนวนน้อยบางประเภท โดยทั่วไปจะใช้สำหรับการแปรรูปและการผลิตแม่พิมพ์ที่ใช้ในตัวอย่าง ต้นแบบ หรือการทดลอง ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีหลายกรณีในอุตสาหกรรมยานยนต์และการบินที่มีการติดตั้งผลิตภัณฑ์ที่สร้างด้วยเครื่องพิมพ์ 3D โดยตรงเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย แต่ยังไม่ถึงระดับที่จะทดแทนอุปกรณ์การประมวลผลแบบเดิมได้ แม้ว่าจะเป็นต้นแบบ แต่ก็ยังมีปัญหาในเรื่องความแม่นยำและความขรุขระของพื้นผิว เช่นเดียวกับความยากลำบากที่วัสดุโลหะจะเปลี่ยนรูปเนื่องจากความร้อน
ดังนั้น แนวทางที่เหมาะสมที่สุดคือการใช้การพิมพ์ 3 มิติในการใช้งานที่จำกัดบางอย่าง (เช่น การผลิตทดลอง) และใช้เครื่องตัดในระหว่างขั้นตอนการผลิตทดลองที่แม่นยำและขั้นตอนการผลิตจำนวนมาก นอกจากนี้ ในสถานการณ์ที่ต้องมีการประเมินประสิทธิภาพในระดับเดียวกับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมาก เครื่องพิมพ์ 3D อาจไม่สามารถใช้วัสดุเดียวกันกับผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจำนวนมากได้ ณ จุดนี้จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ตัดเพื่อให้บรรลุผล

ต่างจากกระบวนการตัดที่เอาวัสดุออก เครื่องพิมพ์ 3D เป็นอุปกรณ์ในการประมวลผลที่เพิ่มวัสดุเพื่อให้ได้รูปทรงที่ต้องการสำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อ ซ้อนและเลเยอร์รูปร่าง 2 มิติของส่วนข้อมูล 3 มิติให้เป็นรูปร่างที่ต้องการ การพิมพ์ 3 มิติสามารถแบ่งออกเป็นการสร้างแบบจำลองการสะสมหลอม (FDM) การสร้างแบบจำลองอัลตราไวโอเลต การสร้างแบบจำลองการเผาผนึกด้วยผง ฯลฯ ตามวิธีการแบ่งชั้น และสามารถแบ่งออกเป็นเรซินและโลหะตามวัสดุที่ใช้ แม้ว่าจะเป็นไปได้ที่จะประมวลผลรูปร่างที่ไม่สามารถทำได้โดยการตัด เช่น การยื่นออกมา รูตามขวาง และรูโค้งภายใน แต่ความแม่นยำของการพิมพ์ 3D ในปัจจุบันยังต่ำกว่าเมื่อเทียบกับการตัด ซึ่งต้องใช้วัสดุพิเศษและใช้เวลาในการประมวลผลนานกว่า ดังนั้น เมื่อเปรียบเทียบกับการผลิตจำนวนมาก เครื่องพิมพ์ 3D จึงเหมาะสำหรับวัตถุประสงค์ที่จำกัดเป็นพิเศษในระหว่างการทดลองผลิตและการวางแผน