การพิมพ์ 3 มิติคืออะไร?

การพิมพ์ 3 มิติเป็นเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่ใช้ในการผลิตชิ้นส่วน เรียกว่า "แบบเติมเนื้อวัสดุ" เนื่องจากวิธีการนี้ไม่ได้อาศัยวัสดุชิ้นเดียวหรือแม่พิมพ์ในการสร้างวัตถุจริง แต่จะสร้างวัตถุโดยการซ้อนและหลอมรวมชั้นของวัสดุ

โดยทั่วไปแล้ว เทคโนโลยีนี้มีความเร็วในการผลิตที่รวดเร็วและมีต้นทุนการติดตั้งคงที่ต่ำ และสามารถสร้างรูปทรงเรขาคณิตที่ซับซ้อนกว่าเทคนิคการผลิตแบบดั้งเดิม นอกจากนี้ วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์ 3 มิติยังมีการขยายตัวอย่างต่อเนื่อง มีการนำไปใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมวิศวกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการสร้างต้นแบบและการสร้างรูปทรงเรขาคณิตน้ำหนักเบา

คำว่า "การพิมพ์ 3 มิติ" มักเกี่ยวข้องกับวัฒนธรรมของผู้ผลิต ผู้ชื่นชอบ และผู้ที่สนใจ ซึ่งครอบคลุมเครื่องพิมพ์ตั้งโต๊ะ เทคโนโลยีการพิมพ์ที่เข้าถึงได้ เช่น FDM และวัสดุราคาถูก เช่น ABS และ PLA (เราจะอธิบายคำย่อเหล่านี้ในภายหลัง) ปรากฏการณ์นี้ส่วนใหญ่เกิดจากการทำให้การพิมพ์ 3 มิติเป็นประชาธิปไตย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเพิ่มขึ้นของขบวนการ RepRap ซึ่งนำไปสู่เครื่องจักรตั้งโต๊ะราคาไม่แพง เช่น MakerBot และ Ultimaker รุ่นแรก การพัฒนานี้ยังนำไปสู่การเติบโตอย่างรวดเร็วของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในปี 2009

การประยุกต์ใช้การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุอย่างแพร่หลาย
เมื่อเทียบกับการพิมพ์ 3 มิติ การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเป็นแนวคิดที่กว้างกว่า ซึ่งครอบคลุมเทคโนโลยีและวัสดุที่หลากหลาย พร้อมการประยุกต์ใช้ในการผลิตในอุตสาหกรรม การดูแลทางการแพทย์ การบินและอวกาศ และสาขาอื่นๆ การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุเน้นการสร้างวัตถุโดยการเพิ่มวัสดุทีละชั้น และมักใช้สำหรับการใช้งานที่มีความแม่นยำสูงและประสิทธิภาพสูง

โดยทั่วไป ในขณะที่การพิมพ์ 3 มิติเป็นรูปแบบหนึ่งของการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ มีความแตกต่างอย่างมากในด้านเทคโนโลยี การประยุกต์ใช้ และการวางตำแหน่งทางการตลาด

ในทางตรงกันข้าม การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ (AM) เกือบจะเกี่ยวข้องกับการใช้งานเชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรมเสมอ

คำว่า "การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว" บางครั้งใช้เพื่ออ้างถึงเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ชื่อนี้ย้อนกลับไปในยุคแรกๆ ของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ ในช่วงทศวรรษ 1980 เมื่อมีการประดิษฐ์เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติขึ้นครั้งแรก เรียกว่า การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว เนื่องจากส่วนใหญ่ใช้สำหรับการสร้างต้นแบบมากกว่าการผลิตชิ้นส่วนจริง

วิวัฒนาการของเทคโนโลยี
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา การพิมพ์ 3 มิติได้พัฒนาไปสู่โซลูชันที่ยอดเยี่ยมสำหรับการผลิตชิ้นส่วน ในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยีการผลิตอื่นๆ เช่น การตัดเฉือน CNC ได้กลายเป็นเทคโนโลยีที่ประหยัดและสะดวกสบายมากขึ้น ทำให้เหมาะสำหรับการสร้างต้นแบบ ดังนั้น ในขณะที่บางคนยังคงพิจารณาว่า "การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว" มีความหมายเหมือนกันกับการพิมพ์ 3 มิติ วลีนี้กำลังค่อยๆ พัฒนาไปสู่การอ้างถึงวิธีการผลิตแบบสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็วทุกรูปแบบ

โดยสรุป ในขณะที่ "การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว" เดิมทีหมายถึงการสร้างต้นแบบโดยเฉพาะ ความหมายของมันได้ขยายออกไปพร้อมกับความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเพื่อครอบคลุมวิธีการผลิตที่หลากหลายมากขึ้น

การพิมพ์ 3 มิติเดิมทีถูกคิดค้นขึ้นเพื่อเร่งการพัฒนาผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมผ่านการสร้างต้นแบบที่รวดเร็วขึ้น แม้ว่าจะมีสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องหลายฉบับก่อนหน้านี้ แต่โดยทั่วไปแล้ว Chuck Hull ถือเป็นผู้ประดิษฐ์การพิมพ์ 3 มิติ ในปี 1984 เขาได้จดสิทธิบัตรอุปกรณ์สเตอริโอลิโทกราฟี (SLA) ซึ่งกลายเป็นเทคโนโลยีบุกเบิกสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การประดิษฐ์ของ Hull ได้วางรากฐานสำหรับเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติในภายหลัง และพัฒนาการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ ซึ่งยังคงมีการใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมต่างๆ ในปัจจุบัน

1. 1981: Hideo Kodama จากญี่ปุ่นได้จดสิทธิบัตรอุปกรณ์แรกสำหรับการบ่มโฟโตโพลิเมอร์โดยใช้แสง UV เขาออกแบบให้เป็นอุปกรณ์ "การสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว" สำหรับการสร้างแบบจำลองและต้นแบบ แต่ในที่สุดสิทธิบัตรก็ถูกยกเลิกเนื่องจากขาดความสนใจ
2. 1984: นักประดิษฐ์ชาวฝรั่งเศส Alain Le Mehaute, Olivier de Witte และ Jean Claude André ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับอุปกรณ์ที่ใช้แสง UV ในการบ่มโฟโตโพลิเมอร์ General Electric ได้ยกเลิกสิทธิบัตร โดยเชื่อว่าไม่มีศักยภาพเชิงพาณิชย์
3. 1984: เพียงไม่กี่สัปดาห์หลังจาก Le Mehaute ยื่นจดสิทธิบัตร ชาวอเมริกัน Charles "Chuck" Hull ได้ยื่นจดสิทธิบัตรสำหรับ "อุปกรณ์สำหรับการผลิตวัตถุสามมิติโดยสเตอริโอลิโทกราฟี" โดยบัญญัติคำว่า "สเตอริโอลิโทกราฟี" (SLA) ในปี 1987 Hull ได้ประดิษฐ์รูปแบบไฟล์ STL และก่อตั้ง 3D Systems ในปีเดียวกัน
4. 1987: ชาวอเมริกัน Carl Deckard ได้จดสิทธิบัตร Selective Laser Sintering (SLS) และร่วมก่อตั้ง Desktop Manufacturing (DTM) Corp. ซึ่ง 3D Systems ได้เข้าซื้อกิจการในปี 2001
5. 1989: ชาวอเมริกัน S. Scott Crump ได้ยื่นจดสิทธิบัตร Fused Deposition Modeling (FDM) และก่อตั้ง Stratasys กับภรรยาของเขาในปีเดียวกัน

สิ่งประดิษฐ์และบริษัทเหล่านี้ในยุคแรกๆ ได้วางรากฐานสำหรับการพัฒนาเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่เฟื่องฟู

1. 1987: 3D Systems ได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ SLA เชิงพาณิชย์เครื่องแรก "SLA-1" ซึ่งเป็นการเริ่มต้นของการค้าเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ
2. 1992: สิทธิบัตร FDM ได้รับรางวัลให้กับ Stratasys ในที่สุด ซึ่งนำไปสู่การเปิดตัวเครื่องพิมพ์ FDM เครื่องแรก "3D Modeler"
3. 1992: DTM ได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ SLS เชิงพาณิชย์เครื่องแรก "Sinterstation 2000" ซึ่งช่วยส่งเสริมการนำเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติมาใช้
4. 1994: EOS ซึ่งก่อตั้งขึ้นในปี 1989 ได้เปิดตัว "EOSINT M160" ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติโลหะเชิงพาณิชย์เครื่องแรก ซึ่งเปิดตลาดใหม่สำหรับการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุโลหะ

1. 2005: โครงการ RepRap แบบโอเพนซอร์ส ("Replicating Rapid Prototyping") ได้เปิดตัว โดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ทำซ้ำได้ด้วยตนเอง ซึ่งสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนของตัวเองได้ โครงการนี้กระตุ้นความสนใจของสาธารณชนในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติอย่างมาก
2. 2009: สิทธิบัตร FDM ที่สำคัญเข้าสู่สาธารณสมบัติ และ MakerBot ได้เปิดตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับตั้งโต๊ะ "Cupcake CNC" ราคาเพียงไม่กี่ร้อยดอลลาร์ ซึ่งน้อยกว่าเครื่องพิมพ์แบบดั้งเดิมหลายพันดอลลาร์อย่างมาก ส่วนประกอบทั้งหมดมีให้ดาวน์โหลดบน Thingiverse ซึ่งเป็นเว็บไซต์ที่อุทิศให้กับการแบ่งปันไฟล์การออกแบบดิจิทัลที่ผู้ใช้สร้างขึ้น
3. 2012: Formlabs ได้เปิดตัว "Form 1" ซึ่งเป็นเครื่องพิมพ์ SLA ราคาไม่แพงเครื่องแรก และประสบความสำเร็จในการระดมทุนได้ 2.95 ล้านดอลลาร์ ซึ่งเป็นสถิติใหม่บน Kickstarter
4. 2013: Protolabs Network เปิดตัวเป็นบริการพิมพ์ 3 มิติแบบเพียร์ทูเพียร์ ซึ่งช่วยให้การทำธุรกรรมขนาดใหญ่ระหว่างผู้ซื้องานพิมพ์และผู้ใช้เครื่องจักร แพลตฟอร์มดังกล่าวเติบโตอย่างรวดเร็วจนกลายเป็นแพลตฟอร์มการพิมพ์ 3 มิติที่ใหญ่ที่สุดในโลก โดยมี "ฮับ" การพิมพ์มากกว่า 50,000 แห่ง และเปลี่ยนไปทำให้การผลิตแบบกำหนดเองในรูปแบบต่างๆ เข้าถึงได้ง่ายขึ้นสำหรับลูกค้าเชิงพาณิชย์
5. 2014: สิทธิบัตร SLS ที่สำคัญเข้าสู่สาธารณสมบัติ ซึ่งนำไปสู่บริษัทจำนวนมากที่ผลิตเครื่องพิมพ์ SLS ที่มีขนาดเล็กและราคาไม่แพง

การพัฒนาเหล่านี้ทำให้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติเข้าถึงได้ง่ายขึ้น ขับเคลื่อนการประยุกต์ใช้และนวัตกรรมในภาคส่วนต่างๆ

ตั้งแต่ปี 2018 ในขณะที่กระแสข่าวรอบๆ การพิมพ์ 3 มิติได้ลดลงอย่างมาก ความสนใจในการใช้งานเชิงพาณิชย์สำหรับธุรกิจทุกขนาดได้สูงเป็นประวัติการณ์ ปัจจุบัน บริษัทหลายพันแห่งผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติและให้บริการที่หลากหลายโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ

ระยะนี้แสดงถึงความสมบูรณ์ของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เนื่องจากบริษัทต่างๆ เริ่มบูรณาการเข้ากับกระบวนการผลิตสำหรับการใช้งานในหลากหลายสาขา รวมถึงการสร้างต้นแบบ การผลิตแบบกำหนดเอง การแพทย์ และการบินและอวกาศ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีได้ปรับปรุงประสิทธิภาพและความคุ้มค่าของการพิมพ์ 3 มิติอย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยขับเคลื่อนการนำไปใช้อย่างแพร่หลาย