FDM 3D Printer คืออะไร และสามารถใช้ทำอะไรได้บ้าง

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing) ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในหลายอุตสาหกรรม หนึ่งในเทคโนโลยีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือ FDM (Fused Deposition Modeling) หรือ การขึ้นรูปด้วยเส้นใยพลาสติกหลอมละลาย เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM ใช้หลักการในการหลอมเส้นพลาสติก และฉีดออกมาเป็นชั้น ๆ จนเกิดเป็นวัตถุที่มีรูปร่างตามต้องการ เทคโนโลยีนี้มีข้อดีในด้านความประหยัด ความสะดวกในการใช้งาน และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในงานต่าง ๆ ได้หลากหลาย

หลักการทำงานของ FDM 3D Printer

FDM 3D Printer ทำงานโดยการใช้ เส้นพลาสติก (Filament) เช่น PLA, ABS หรือ PETG ซึ่งถูกป้อนเข้าไปในหัวฉีดร้อน (Extruder) ที่มีอุณหภูมิสูงจนทำให้พลาสติกละลาย จากนั้นหัวฉีดจะทำการเคลื่อนที่ตามพิกัดที่กำหนด และวางพลาสติกละลายลงเป็นชั้นบาง ๆ บนฐานพิมพ์ (Build Plate) เมื่อชั้นแรกแข็งตัวแล้ว หัวฉีดจะพิมพ์ชั้นต่อไปทับขึ้นไปเรื่อย ๆ จนเกิดเป็นชิ้นงานที่สมบูรณ์

FDM 3D Printer ใช้ทำอะไรได้บ้าง

1. การสร้างต้นแบบ (Prototyping)

FDM 3D Printer ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ เช่น วิศวกรรมและการออกแบบผลิตภัณฑ์ เพื่อนำมา สร้างต้นแบบ ก่อนการผลิตจริง เนื่องจากต้นทุนต่ำ และสามารถพิมพ์ต้นแบบได้รวดเร็ว ทำให้สามารถทดสอบและปรับแก้ดีไซน์ได้ง่าย

2. การผลิตชิ้นส่วนอะไหล่และอุปกรณ์เสริม

FDM 3D Printer สามารถใช้ พิมพ์ชิ้นส่วนอะไหล่สำหรับเครื่องจักร อุปกรณ์ หรือชิ้นส่วนยานยนต์ ที่อาจไม่มีการผลิตแล้ว หรือหาซื้อยาก เช่น มือจับประตู ฝาครอบอุปกรณ์ หรือชิ้นส่วนภายในรถยนต์ นอกจากนี้ ยังสามารถพิมพ์ อุปกรณ์เสริมสำหรับเครื่องมือ เช่น แคลมป์จับชิ้นงาน หรืออุปกรณ์ช่วยยึดชิ้นส่วนได้

3. การผลิตของใช้และของตกแต่ง

เครื่องพิมพ์ FDM สามารถใช้ พิมพ์ของใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น กล่องเก็บของ ขาตั้งโทรศัพท์ ที่แขวนกุญแจ หรือแม้กระทั่งของตกแต่งบ้าน เช่น โคมไฟ และรูปปั้นขนาดเล็ก อีกทั้งยังสามารถพิมพ์อุปกรณ์ช่วยในงาน DIY ได้อีกด้วย

4. การศึกษาและการทดลอง

ในภาคการศึกษา เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ถูกนำมาใช้ในการ เรียนการสอนด้านวิศวกรรมและศิลปะ เพื่อให้นักเรียนและนักศึกษาสามารถเรียนรู้เกี่ยวกับกระบวนการออกแบบและผลิตชิ้นงานจริงได้ นอกจากนี้ยังใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เช่น การสร้างโมเดล 3 มิติของอวัยวะร่างกาย หรือโครงสร้างโมเลกุล

5. การแพทย์และทันตกรรม

ปัจจุบัน FDM 3D Printer ถูกนำมาใช้ สร้างอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น อวัยวะเทียม เฝือกพยุงข้อมือ และโมเดลกระดูกเพื่อใช้ศึกษาในวงการแพทย์ นอกจากนี้ยังสามารถพิมพ์ อุปกรณ์สำหรับงานทันตกรรม เช่น แบบจำลองฟันเพื่อช่วยให้ทันตแพทย์วางแผนการรักษาได้แม่นยำยิ่งขึ้น

ประเภทของ FDM 3D Printer

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบคาร์ทีเซียน (Cartesian 3D Printer)

Cartesian 3D Printer คือเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ ระบบพิกัดคาร์ทีเซียน (Cartesian Coordinate System) ซึ่งอ้างอิงแกน X, Y และ Z ในการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์ เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ถือเป็น รูปแบบที่พบได้มากที่สุดในเทคโนโลยี FDM (Fused Deposition Modeling) เนื่องจากมีการออกแบบที่เรียบง่าย ใช้งานได้แม่นยำ และสามารถถอดประกอบหรืออัปเกรดได้ง่าย

หลักการทำงานของ Cartesian

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบคาร์ทีเซียนทำงานโดย เคลื่อนที่หัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์ไปตามแกน X, Y และ Z เพื่อสร้างชิ้นงานขึ้นมาทีละชั้นจากเส้นพลาสติกหลอมละลาย

• แกน X (แนวนอนซ้าย-ขวา) → ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ไปทางซ้ายหรือขวา
• แกน Y (แนวลึกหน้า-หลัง) → ควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ไปด้านหน้าและด้านหลัง
• แกน Z (แนวตั้งขึ้น-ลง) → ควบคุมการเลื่อนขึ้นหรือลงของหัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์ เพื่อสร้างความสูงของชิ้นงาน

เครื่องพิมพ์บางรุ่นให้หัวพิมพ์เป็นตัวที่เลื่อนขึ้นลงตามแกน Z ในขณะที่บางรุ่นให้ฐานพิมพ์เป็นตัวที่เลื่อนขึ้นลงแทน

จุดเด่นของ Cartesian

ใช้งานง่ายและแพร่หลายมาก – เป็นระบบที่ใช้กันอย่างกว้างขวางในเครื่องพิมพ์ FDM
ให้ความแม่นยำสูง – การเคลื่อนที่เป็นแนวเส้นตรงช่วยให้พิมพ์งานได้อย่างละเอียด
ถอดประกอบและอัปเกรดง่าย – มีอะไหล่และอุปกรณ์เสริมให้เลือกมากมาย

รองรับซอฟต์แวร์ออกแบบ 3 มิติทั่วไป – สามารถใช้ G-code ที่สร้างจากซอฟต์แวร์ เช่น Cura หรือ PrusaSlicer ได้

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบเดลต้า (Delta 3D Printer)

Delta FDM 3D Printer เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติประเภทหนึ่งที่ใช้กลไกการเคลื่อนที่แบบ Delta Kinematics แทนระบบพิกัดคาร์ทีเซียน (Cartesian Coordinate System) ที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไป เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ถูกออกแบบให้มี โครงสร้างเป็นทรงกระบอกสูง โดยใช้แขนกล 3 แขนที่เคลื่อนขึ้นลงในแนวตั้งเพื่อควบคุมตำแหน่งของหัวพิมพ์ ทำให้สามารถพิมพ์งานได้รวดเร็วและมีความคล่องตัวสูง

หลักการทำงานของ Delta

• โครงสร้างของเครื่องพิมพ์แบบ Delta ประกอบด้วย 3 เสาแนวตั้ง ซึ่งติดตั้งมอเตอร์และแขนกลแต่ละด้าน
• หัวพิมพ์ (Extruder) ถูกยึดไว้ตรงกลางด้วยแขนกล 3 แขน ซึ่งสามารถเคลื่อนที่ขึ้นลงอิสระ
• การเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ถูกควบคุมโดยการขยับแขนกลพร้อมกัน ทำให้หัวพิมพ์สามารถเคลื่อนที่ไปยังตำแหน่งต่าง ๆ ได้อย่างรวดเร็ว
• เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ มักมีฐานพิมพ์ที่อยู่กับที่ ต่างจาก Cartesian Printer ที่ฐานพิมพ์อาจเป็นตัวเคลื่อนที่

จุดเด่นของ Delta

ความเร็วในการพิมพ์สูง – หัวพิมพ์มีน้ำหนักเบาและเคลื่อนที่ได้รวดเร็ว ทำให้พิมพ์งานได้เร็วกว่า Cartesian Printer
เหมาะสำหรับชิ้นงานทรงสูง – เนื่องจากโครงสร้างเป็นทรงกระบอก จึงสามารถพิมพ์ชิ้นงานที่มีความสูงมากกว่าระบบอื่น
การเคลื่อนที่ลื่นไหล – ชิ้นงานที่พิมพ์ออกมามีพื้นผิวที่เรียบเนียนกว่า เพราะกลไก Delta สามารถเคลื่อนที่แบบโค้งได้อย่างแม่นยำ
ฐานพิมพ์ไม่ต้องขยับ – ลดโอกาสเกิดความผิดพลาดจากการเคลื่อนที่ของฐานพิมพ์

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบคอร์เอ็กซ์วาย (CoreXY 3D Printer)

CoreXY 3D Printer เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ระบบ CoreXY Kinematics ซึ่งเป็นโครงสร้างการเคลื่อนที่แบบพิเศษที่ช่วยให้เครื่องพิมพ์ เคลื่อนที่รวดเร็วและแม่นยำ โดยเฉพาะเมื่อเทียบกับเครื่องพิมพ์แบบ Cartesian ทั่วไป

ระบบ CoreXY ใช้สายพานไขว้สองเส้นควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ในแนว X และ Y ขณะที่แกน Z จะเคลื่อนที่ขึ้นลงโดยอิสระ ทำให้หัวพิมพ์มีความเสถียรสูง ลดแรงเฉื่อย และสามารถพิมพ์งานได้รวดเร็วขึ้น

นอกจากนี้เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ CoreXY ใช้ระบบควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยสายพาน (belt-driven system) เพื่อขับเคลื่อน หัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์ ไปตามแกน X และ Y อย่างแม่นยำ ระบบนี้ถูกคิดค้นมาตั้งแต่ปี 2012 แต่เพิ่งได้รับความนิยมอย่างแพร่หลายในการพิมพ์ 3 มิติแบบตั้งโต๊ะ (Desktop 3D Printing) เมื่อไม่นานมานี้ โดยเฉพาะหลังจากการเปิดตัวเครื่องพิมพ์จาก Bambu Labs และ Creality K1ต่างจากระบบ Cartesian แบบดั้งเดิม ที่มอเตอร์แต่ละตัวควบคุมการเคลื่อนที่ของแต่ละแกนแยกกัน ระบบ CoreXY ใช้มอเตอร์สองตัวทำงานร่วมกัน เพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ในแกน X และ Y พร้อมกัน มอเตอร์ทั้งสองตัวนี้ถูกติดตั้งในตำแหน่งที่ต่างกัน โดยปกติ จะอยู่ที่มุมตรงข้ามของโครงเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ระบบสายพานและพูลเลย์ (pulley) จะเชื่อมต่อมอเตอร์เข้ากับชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ของเครื่องพิมพ์ ซึ่งช่วยให้การเคลื่อนที่เป็นไปอย่างแม่นยำและทำงานสอดประสานกันได้ดี ทำให้สามารถพิมพ์งานได้รวดเร็วขึ้นโดยที่คุณภาพของงานพิมพ์ยังคงอยู่ในระดับสูง

หลักการทำงานของ CoreXY 3D Printer

• ใช้ระบบ สายพานคู่ที่ไขว้กัน เพื่อขับเคลื่อนหัวพิมพ์ไปตามแกน X และ Y
• หัวพิมพ์เคลื่อนที่โดยใช้ มอเตอร์สองตัว ทำงานร่วมกัน โดยไม่ต้องขยับมอเตอร์เองเหมือน Cartesian Printer
• ฐานพิมพ์ (Build Plate) มักเป็นส่วนที่เลื่อนขึ้นลงตามแกน Z เพื่อสร้างความสูงของชิ้นงาน
• การออกแบบนี้ช่วยให้เครื่องพิมพ์ทำงานได้รวดเร็วขึ้น โดยไม่สูญเสียความแม่นยำ

จุดเด่นของ CoreXY 3D Printer

เคลื่อนที่รวดเร็วและมีเสถียรภาพสูง – หัวพิมพ์เบาเพราะมอเตอร์ไม่ได้ติดอยู่กับมันโดยตรง ทำให้ลดแรงเฉื่อย และสามารถเคลื่อนที่เร็วขึ้น

ความแม่นยำสูง – การใช้สายพานคู่ช่วยให้หัวพิมพ์เคลื่อนที่ได้แม่นยำขึ้น ลดปัญหาการพิมพ์เบี้ยว

เหมาะกับงานพิมพ์ขนาดใหญ่ – การออกแบบให้ฐานพิมพ์เลื่อนขึ้นลงแทนการขยับหัวพิมพ์ในแนว Z ทำให้พิมพ์ชิ้นงานใหญ่ได้ง่ายขึ้น
โครงสร้างแข็งแรง – มักใช้เฟรมอลูมิเนียมที่มั่นคง ลดแรงสั่นสะเทือนระหว่างพิมพ์

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบโพล่าร์ (Polar 3D Printer)

Polar 3D Printer เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ ระบบพิกัดเชิงขั้ว (Polar Coordinate System) ในการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์ ต่างจากระบบ Cartesian หรือ CoreXY ที่ใช้พิกัด X, Y, และ Z แบบดั้งเดิม
เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ Polar (Polar 3D Printer) ใช้ระบบพิกัดเชิงขั้ว (Polar Coordinate System) ซึ่งหัวพิมพ์เคลื่อนที่ในแนว รัศมี (Radial) และเชิงมุม (Angular) แทนการเคลื่อนที่เป็นเส้นตรงเหมือนระบบ Cartesian

ในระบบพิกัดเชิงขั้ว ตำแหน่งของทุกจุดบนฐานพิมพ์ถูกกำหนดโดยอ้างอิงจากจุดศูนย์กลางของฐานพิมพ์ แต่ละจุดจะไม่ถูกกำหนดเป็นค่าตายตัว (Absolute Position) แต่จะขึ้นอยู่กับระยะและมุมจากจุดศูนย์กลางแทน

เครื่องพิมพ์ Polar 3D Printers มักใช้ ฐานพิมพ์ทรงกลม ซึ่งสามารถ หมุน และ ยกขึ้น-ลง ได้เพื่อสร้างชิ้นงาน

หลักการทำงานของ Polar 3D Printer

แทนที่จะเคลื่อนที่ตามแกน X และ Y แบบเส้นตรง Polar 3D Printer ใช้การหมุนและระยะรัศมีแทน โดยมี 2 การเคลื่อนที่หลักคือ:

1. การหมุน (Rotation – θ) → ฐานพิมพ์หมุนรอบจุดศูนย์กลาง แทนการเคลื่อนที่ซ้าย-ขวาหรือหน้า-หลัง
2. การเลื่อนแนวรัศมี (Radial movement – r) → หัวพิมพ์หรือฐานพิมพ์สามารถเลื่อนเข้าออกจากจุดศูนย์กลาง

ในขณะที่ แกน Z ยังคงเคลื่อนที่ขึ้นลงตามปกติเพื่อสร้างความสูงของชิ้นงาน

จุดเด่นของ Polar 3D Printer

ใช้ชิ้นส่วนน้อยลง – มีมอเตอร์และโครงสร้างที่เรียบง่ายกว่าระบบ Cartesian
ประหยัดพลังงาน – ลดระยะทางและจำนวนการเคลื่อนที่ที่ต้องใช้พลังงาน
พิมพ์งานขนาดใหญ่ได้โดยใช้พื้นที่น้อยกว่า – เนื่องจากการหมุนของฐานพิมพ์ช่วยให้สามารถพิมพ์วัตถุที่มีขนาดใหญ่กว่าฐานของตัวเอง
เหมาะสำหรับการพิมพ์วัตถุสมมาตร – เช่น ทรงกระบอก ทรงกลม หรือรูปทรงที่หมุนได้รอบตัวเอง

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบเบลท์ (Belts 3D Printer)

Belt 3D Printer เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้ สายพาน (Conveyor Belt) แทนฐานพิมพ์แบบคงที่ ทำให้สามารถพิมพ์งานต่อเนื่องได้อย่างไม่มีที่สิ้นสุด หรือพิมพ์ชิ้นงานที่ยาวกว่าขนาดของตัวเครื่องได้ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบสายพาน (Belt 3D Printers) หรือที่เรียกอีกอย่างว่า Continuous 3D Printers หรือ Infinite 3D Printers เป็นเครื่องพิมพ์ที่ใช้ สายพานลำเลียง (Conveyor Belt) หรือ ระบบเคลื่อนที่ต่อเนื่อง แทนการใช้ฐานพิมพ์แบบคงที่

เครื่องพิมพ์ประเภทนี้ใช้ สายพานเคลื่อนที่ เพื่อลำเลียงชิ้นงานที่พิมพ์ออกไปจากหัวพิมพ์อย่างต่อเนื่อง ซึ่งช่วยให้สามารถ พิมพ์ชิ้นงานที่มีความยาวไม่จำกัด หรือ ผลิตชิ้นงานหลายชิ้นต่อเนื่องกันโดยอัตโนมัติ

Belt 3D Printers พิมพ์งานในมุมเอียง ทำให้สามารถพิมพ์ ชิ้นงานที่มี Overhang (ส่วนที่ยื่นออกมา) มากกว่า 45° ซึ่งเป็นข้อจำกัดของเครื่องพิมพ์ FDM แบบดั้งเดิมได้ เนื่องจากสายพานเคลื่อนที่ไปตลอดเวลาในขณะที่หัวพิมพ์เอียงที่มุม 45° ทำให้สามารถเพิ่มเลเยอร์ในแนวเฉียงได้

อย่างไรก็ตาม การพิมพ์ Overhang ที่มากกว่า 45° นี้จะสามารถทำได้ เฉพาะในทิศทางของแกน Y เท่านั้น

หลักการทำงานของ Belt 3D Printer

1. ฐานพิมพ์เป็นสายพานที่เคลื่อนที่ได้ → ทำให้สามารถพิมพ์งานต่อเนื่องได้โดยอัตโนมัติ
2. หัวพิมพ์ติดตั้งที่มุม 45° (หรือใกล้เคียง) → ต่างจากเครื่องพิมพ์ทั่วไปที่พิมพ์ในแนวตั้ง 90°
3. ใช้พิกัดเชิงขั้วบางส่วนร่วมกับ Cartesian → การเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ใช้พิกัด X, Y, Z แต่ฐานพิมพ์ (แกน Z) เคลื่อนที่เป็นแนวราบไปตามสายพาน

จุดเด่นของ Belt 3D Printer

สามารถพิมพ์งานที่มีความยาวได้ไม่จำกัด – ต่างจากเครื่องพิมพ์ทั่วไปที่ถูกจำกัดด้วยขนาดฐานพิมพ์
เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก – สามารถตั้งค่าพิมพ์ซ้ำต่อเนื่องได้โดยไม่ต้องเริ่มใหม่ทุกครั้ง
รองรับการพิมพ์ชิ้นงานที่มี Overhang เกิน 45° ได้ดีกว่า – เนื่องจากหัวพิมพ์ถูกติดตั้งในมุม 45° และสายพานเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทำให้สามารถเพิ่มเลเยอร์ในแนวเฉียงได้

**อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของ Overhang นี้จะใช้ได้เฉพาะทิศทางของแกน Y เท่านั้น

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SCARA

ส่วนใหญ่มักถูกนำมาใช้ในการ พิมพ์บ้านและโครงการอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ เนื่องจากการพิมพ์โครงสร้างขนาดใหญ่ เช่น บ้าน จำเป็นต้องเคลื่อนย้ายเครื่องพิมพ์ 3 มิติไปยังสถานที่ก่อสร้าง

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ Cartesian และ Delta มีโครงสร้างที่ล้อมรอบตัวเครื่อง ทำให้ ขนย้ายได้ยากกว่า แต่เครื่องพิมพ์แบบ แขนกล (Robotic Arm 3D Printer) ไม่มีฐานพิมพ์ที่ตายตัว จึงมี ความยืดหยุ่นและคล่องตัวมากกว่า

นอกจากนี้ การเคลื่อนที่ของเครื่องพิมพ์ SCARA คล้ายกับการเคลื่อนไหวของมือมนุษย์มากที่สุด จึงช่วยให้ พิมพ์ชิ้นงานที่มีรูปทรงเรขาคณิตซับซ้อนได้ง่ายขึ้น

SCARA 3D Printer แตกต่างจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติทั่วไปตรงที่:

1. ใช้แขนกลแทนโครงสร้างคงที่ → สามารถเคลื่อนที่และพิมพ์งานในรูปแบบที่ซับซ้อนกว่า
2. รองรับการพิมพ์ในหลายแกน (Multi-Axis Printing) → ช่วยลดการใช้ Support และสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้ง่ายขึ้น
3. มีอิสระในการเคลื่อนที่มากขึ้น → สามารถพิมพ์แนวนอน แนวเฉียง หรือแม้แต่พิมพ์บนวัตถุที่มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ

จุดเด่นของ SCARA / Robotic Arm 3D Printer

พิมพ์งานได้เร็วขึ้น – แขนกลสามารถเคลื่อนที่ได้รวดเร็วและมีอิสระสูง
ลดการใช้ Support – สามารถพิมพ์ในมุมที่ซับซ้อนโดยไม่ต้องพึ่งโครงสร้างรองรับมาก
เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานขนาดใหญ่ – สามารถปรับขนาดพื้นที่การพิมพ์ได้ง่ายกว่าระบบ Cartesian
รองรับวัสดุหลากหลาย – สามารถใช้หัวฉีดหลายแบบ เช่น การพิมพ์ด้วยโลหะ, เซรามิก หรือวัสดุผสม

อ้างอิง:

3D Sourced. (n.d.). Types of FDM 3D printer: Cartesian, Delta & more. Retrieved February 18, 2025