เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เร็วที่สุด: เปรียบเทียบความเร็วการพิมพ์ FDM, SLA และ SLS

เมื่อธุรกิจจำนวนมากขึ้นหันมาใช้การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการผลิตและการทำซ้ำอย่างรวดเร็ว ความเร็วในการพิมพ์ 3 มิติและประสิทธิภาพการผลิตได้กลายเป็นปัจจัยที่สำคัญมากขึ้นในการเลือกเทคโนโลยี ด้วยการลดต้นทุน เวลาการผลิต ระยะเวลาของวงจรการออกแบบ และความซับซ้อนของกระบวนการ การพิมพ์ 3 มิติความเร็วสูงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตและช่วยให้บริษัทต่างๆ นำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดได้เร็วขึ้น ความเร็วเป็นปัจจัยสำคัญสำหรับมืออาชีพในอุตสาหกรรมต่างๆ เช่น การผลิต วิศวกรรม การออกแบบผลิตภัณฑ์ ยานยนต์ ทันตกรรม การแพทย์ และการศึกษา

เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในตลาดคือการพิมพ์แบบ Fused Deposition Modeling (FDM), Stereolithography (SLA), และ Selective Laser Sintering (SLS) แต่ละกระบวนการมีจุดแข็งและจุดอ่อนที่แตกต่างกันเมื่อเปรียบเทียบความเร็ว เวลาที่ใช้ในการพิมพ์ชิ้นส่วน และประสิทธิภาพการผลิตซึ่งเป็นความสามารถในการผลิตรวมของเครื่องพิมพ์ 3 มิติในช่วงเวลาหนึ่ง

เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่เร็วที่สุดในปัจจุบันคือเครื่องพิมพ์เรซินแบบ Masked Stereolithography (MSLA) ในแทบทุกกรณี เครื่องพิมพ์เหล่านี้สามารถสร้างชิ้นงานได้ในเวลาที่สั้นที่สุด ขณะที่ประสิทธิภาพการผลิตอาจเทียบเคียงได้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLS โดยทั่วไปแล้ว เครื่องพิมพ์ FDM 3 มิติจะมีความเร็วค่อนข้างสูงสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและรูปร่างที่เรียบง่ายที่ไม่ต้องการการประมวลผลหลังการพิมพ์มากนัก แต่ประสิทธิภาพการผลิตต่ำกว่า SLA และ SLS อย่างมาก การพิมพ์ด้วย SLS ใช้เวลานานกว่า ทำให้เวลาที่ใช้ในการพิมพ์ชิ้นงานยาวนานขึ้น แต่สามารถจัดชิ้นส่วนได้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการผลิตสูงสุด

การเปรียบเทียบความเร็วของเครื่องพิมพ์ 3 มิตินี้จะกล่าวถึงข้อดีและข้อจำกัดของเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้บ่อยที่สุดในบริบทของความเร็วในการพิมพ์ จากนั้นเราจะอธิบายว่าเทคโนโลยีเหล่านี้สามารถทำให้การพิมพ์ 3 มิติเร็วขึ้นได้อย่างไร โดยพิจารณาจากปัจจัยต่างๆ เช่น วัสดุหรือข้อจำกัดในการออกแบบ

แม้ว่าความเร็วและประสิทธิภาพการผลิตจะเป็นปัจจัยสำคัญในการเลือกซื้อ แต่ก็ไม่ใช่ปัจจัยที่สำคัญที่สุดเสมอไป อ่านบทความการเปรียบเทียบ FDM, SLA, และ SLS: 3D Printing Technology Comparison เพื่อดูคู่มือผู้ซื้อที่ครอบคลุม และเรียนรู้วิธีการเปรียบเทียบในด้านคุณภาพการพิมพ์ วัสดุ การใช้งาน เวิร์กโฟลว์ ความเร็ว ต้นทุน และอื่นๆ เพื่อช่วยคุณตัดสินใจว่าเทคนิคใดเหมาะสมที่สุดสำหรับธุรกิจของคุณ

	Fused Deposition Modeling (FDM)	Stereolithography (SLA)	Selective Laser Sintering (SLS)
Speed (Time to Part)	★★★★☆	★★★★★	★★★☆☆
Throughput	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★
Resolution	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆
Accuracy	★★★★☆	★★★★★	★★★★★
Surface Finish	★★☆☆☆	★★★★★	★★★★☆
Complex Designs	★★★☆☆	★★★★☆	★★★★★
Ease of Use	★★★★★	★★★★★	★★★★☆
ข้อดี	เครื่องจักรและวัสดุมีต้นทุนต่ำ เหมาะสำหรับผู้บริโภค รวดเร็วและง่ายดายสำหรับชิ้นส่วน ขนาดเล็กและเรียบง่าย	คุ้มค่าคุ้มราคา ความแม่นยำสูง ผิวงานเรียบเนียน ความเร็วในการพิมพ์สูง รองรับการใช้งานที่หลากหลาย	ชิ้นส่วนมีความแข็งแรงและสามารถใช้งานได้จริง อิสระในการออกแบบ ไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างรองรับ
ข้อเสีย	ความแม่นยำต่ำ รายละเอียดน้อย อิสระในการออกแบบจำกัด	วัสดุบางชนิดไวต่อการสัมผัสกับแสง UV เป็นเวลานาน	ผิวงานค่อนข้างหยาบเล็กน้อย ตัวเลือกวัสดุที่จำกัด
Applications	Concept modeling Rapid prototyping Functional prototyping Manufacturing aids	Concept modeling Rapid prototyping Functional prototyping Rapid tooling Manufacturing aids Low volume, bridge, or custom manufacturing Dental models and appliances Medical models and medical devices Jewelry prototyping and casting Models and props	Rapid prototyping Functional prototyping Low volume, bridge, or custom manufacturing Long-lasting, durable manufacturing aids Medical devices, prosthetics, and orthotics

ความเร็วในการพิมพ์ 3 มิติ: เปรียบเทียบ FDM, SLA และ SLS

เครื่องพิมพ์ 3 มิติพิมพ์ได้เร็วแค่ไหน? หนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดที่มีผลต่อคำตอบของคำถามนี้คือกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ เรียนรู้ว่าความเร็วของเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับ FDM, SLA และ SLS มีเบื้องหลังอย่างไร

Fused Deposition Modeling (FDM)

การพิมพ์แบบ Fused Deposition Modeling (FDM) หรือที่รู้จักกันในชื่อ Fused Filament Fabrication (FFF) เป็นประเภทของการพิมพ์ 3 มิติที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระดับผู้บริโภค และเป็นที่รู้จักกันมากที่สุดในหมู่คนทั่วไป ซึ่งอาจจะนึกถึงการพิมพ์ 3 มิติในภาพรวมว่าเป็นการใช้วิธีคล้าย "ปืนกาวร้อน" เพื่อสร้างชิ้นงาน ในเครื่องพิมพ์ FDM เส้นพลาสติกจะถูกให้ความร้อนจนกลายเป็นของเหลว แล้วจึงถูกฉีดออกมาบนแท่นพิมพ์เป็นชั้นๆ ซึ่งจะซ้อนทับกันไปเรื่อยๆ จนกระทั่งชิ้นงานพิมพ์เสร็จสมบูรณ์

ความเร็วในการพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงานเป็นอย่างมาก เนื่องจากโพลีเมอร์ที่หลอมเหลวจะถูกฉีดออกโดยหัวฉีด ชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่ตามแกน X และ Y จะใช้เวลานานกว่าในการพิมพ์ เพราะหัวฉีดต้องเคลื่อนที่เป็นระยะทางไกลขึ้น
ความเร็วในการพิมพ์ FDM ยังได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM หลายรุ่นมีหัวฉีด แท่นพิมพ์ หัวฉีดวัสดุ และส่วนประกอบอื่นๆ ที่หลากหลาย ซึ่งส่งผลต่อเวลาในการพิมพ์
ความเร็วในการพิมพ์ FDM แตกต่างกันไปตามความหนาแน่นของการเติมภายใน ชิ้นงาน FDM ไม่ได้มีความหนาแน่นเต็มที่ โดยความหนาแน่นของการเติมจะกำหนด "ความเต็ม" ของชิ้นงานภายใน หากเติมภายในมากขึ้นจะต้องใช้วัสดุมากขึ้น ทำให้เวลาในการพิมพ์นานขึ้น
การพิมพ์ FDM มักไม่ต้องการการประมวลผลหลังการพิมพ์มากนัก แต่จำเป็นต้องขัดอย่างละเอียดเพื่อให้ได้พื้นผิวที่เรียบเนียน ชิ้นงาน FDM มักจะมีเส้นของแต่ละชั้นที่มองเห็นได้ ซึ่งหมายความว่าอาจต้องใช้เวลาและแรงงานมากในการปรับปรุงคุณภาพของชิ้นงานให้มีพื้นผิวที่เรียบ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิมพ์ชิ้นงานที่ซับซ้อนซึ่งต้องใช้โครงสร้างรองรับจำนวนมาก

Stereolithography (SLA)

Stereolithography หมายถึงกระบวนการพิมพ์ 3 มิติด้วยเรซินหลายรูปแบบที่ใช้แสงเพื่อทำให้เรซินเหลวแข็งตัว ส่วนใหญ่จะเป็นการพิมพ์โดยผ่านถังที่มีฐานโปร่งใส และสร้างชิ้นงานทีละชั้น โดยชิ้นงานจะถูกพิมพ์กลับด้านบนแท่นพิมพ์ที่ลดระดับลงในถัง กระบวนการเหล่านี้รวมถึงการใช้เลเซอร์ (SLA), การประมวลผลด้วยแสงดิจิตอล (DLP) หรือการพิมพ์แบบ masked stereolithography (MSLA) ซึ่งบางครั้งเรียกว่าการพิมพ์ LCD 3 มิติ

ความเร็วในการพิมพ์แบบ SLA สามารถใกล้เคียงกันระหว่างการพิมพ์ชิ้นงานเดียวและการพิมพ์ชิ้นงานหลายชิ้นในครั้งเดียว เพราะในเครื่องพิมพ์ SLA ที่ใช้เลเซอร์ เลเซอร์ต้องเคลื่อนไปทั่วบริเวณเพื่อทำให้เรซินแข็งตัว แต่สำหรับ MSLA และ DLP จะทำให้แต่ละชั้นแข็งตัวได้เกือบจะทันที เนื่องจากทั้งชั้นถูกทำให้แข็งตัวพร้อมกัน ความเร็วในการพิมพ์จึงแทบไม่ต่างกันระหว่างการพิมพ์หลายชิ้นหรือชิ้นเดียว ซึ่งช่วยให้สามารถเพิ่มผลผลิตได้มากขึ้น
ความเร็วในการพิมพ์ SLA ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ คุณภาพและประสิทธิภาพของระบบพิมพ์และระบบเลนส์จะมีผลต่อปริมาณแสงที่ส่องไปยังถังเรซิน ซึ่งมีผลโดยตรงต่อเวลาในการพิมพ์ นอกจากนี้ ปัจจัยอื่น ๆ เช่น ถังเรซินแบบฟิล์มยืดหยุ่นสองชั้นของ Form 4, Release Texture, ระบบเติมเรซินอัตโนมัติความเร็วสูง และการทำความร้อนเรซินเร็ว ล้วนช่วยลดเวลาในการพิมพ์โดยรวม
การพิมพ์แบบ SLA จะต้องมีการประมวลผลหลังการพิมพ์ แต่ส่วนใหญ่สามารถทำโดยอัตโนมัติได้ หลังจากการพิมพ์ ชิ้นงาน SLA ต้องล้างด้วยแอลกอฮอล์หรืออีเทอร์เพื่อกำจัดเรซินส่วนเกิน และบางชิ้นงานอาจต้องผ่านกระบวนการอบหลังการพิมพ์เพื่อให้วัสดุมีคุณสมบัติที่ดีที่สุด ซึ่งขั้นตอนเหล่านี้สามารถทำได้โดยอัตโนมัติด้วยโซลูชันการประมวลผลขั้นสูง

Selective Laser Sintering (SLS)

Selective Laser Sintering (SLS) เป็นเทคโนโลยีการผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุที่ได้รับความนิยมมากที่สุดสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม วิศวกรและผู้ผลิตในหลายสาขาต่างไว้วางใจในความสามารถของ SLS ที่จะสร้างชิ้นส่วนที่แข็งแรงและใช้งานได้จริง โดยใช้วัสดุที่เป็นที่รู้จัก เช่น ไนลอน โพรพิลีน หรือ TPU (วัสดุยืดหยุ่น)

เครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ SLS ใช้เลเซอร์พลังงานสูงในการหลอมรวมอนุภาคผงโพลีเมอร์ขนาดเล็ก ผงที่ยังไม่ได้หลอมรวมจะช่วยรองรับชิ้นงานระหว่างการพิมพ์ จึงไม่จำเป็นต้องใช้โครงสร้างรองรับเพิ่มเติม

อย่างไรก็ตาม เวลารวมในการพิมพ์และการประมวลผลสำหรับชิ้นส่วน SLS มักไม่เป็นปัญหาสำหรับการผลิต แม้ว่าความเร็วในการพิมพ์ชิ้นส่วนเดียวอาจนานกว่าเทคโนโลยีอื่น ๆ แต่ประสิทธิภาพรวมของเครื่องพิมพ์ SLS นั้นยอดเยี่ยม เนื่องจากมีขนาดการพิมพ์ที่ใหญ่กว่าและไม่ต้องใช้โครงสร้างรองรับ ชิ้นส่วนสามารถจัดเรียงซ้อนกันได้เต็มห้องพิมพ์ ทำให้สามารถผลิตในปริมาณมากได้ แม้ใช้เครื่องพิมพ์เพียงเครื่องเดียว

ตัวอย่างเช่น งานพิมพ์ที่เต็มห้องบนเครื่อง Fuse 1+ 30W สามารถพิมพ์เสร็จในช่วงเวลาคืนที่ไม่ได้ใช้งาน และการทำให้ชิ้นส่วนเย็นลงสามารถทำภายนอกเครื่องในเวลากลางวัน ทำให้ได้ชิ้นงานในวันเดียวกันและใช้งานได้ตลอด 24 ชั่วโมง

ความเร็วในการพิมพ์แบบ SLS ขึ้นอยู่กับขนาดของชิ้นงาน ชิ้นงานที่มีขนาดใหญ่ตามแกน X/Y จะใช้เวลานานกว่าในการพิมพ์ เพราะเลเซอร์ต้องเคลื่อนผ่านพื้นที่กว้างขึ้น แต่ด้วยการปรับเส้นทางการเคลื่อนที่ของเลเซอร์บน Fuse 1+ 30W ให้มีประสิทธิภาพ Formlabs สามารถลดเวลาการพิมพ์ลงได้ถึง 25%
ความเร็วในการพิมพ์แบบ SLS ยังได้รับผลกระทบจากส่วนประกอบของเครื่องพิมพ์ ความเร็วในการพิมพ์ขึ้นอยู่กับกำลังของเลเซอร์ ตัวอย่างเช่น Fuse 1+ 30W ใช้เลเซอร์ที่ทรงพลังขนาด 30W เพื่อให้ได้ผลผลิตสูง งานพิมพ์ทั่วไปใช้เวลาเพียง 7 ชั่วโมง และ 95% ของงานพิมพ์ที่เต็มห้องสามารถเสร็จสิ้นได้ภายใน 14 ชั่วโมง
การประมวลผลหลังการพิมพ์ของชิ้นส่วน SLS มีประสิทธิภาพมาก เนื่องจากหลายขั้นตอนสามารถทำโดยอัตโนมัติได้ด้วยเครื่อง เช่น Fuse Sift และ Fuse Blast และไม่จำเป็นต้องถอดโครงสร้างรองรับ ทำให้สามารถไปจากการพิมพ์สู่ชิ้นส่วนที่เสร็จสมบูรณ์ได้ภายในเวลาเพียง 15 นาที

สรุป

การพิมพ์ 3 มิติช่วยตอบสนองความต้องการของทีมงานในหลากหลายอุตสาหกรรมในการพัฒนาการออกแบบ ปรับปรุงกระบวนการ และผลิตชิ้นส่วนที่ใช้งานจริงได้เร็วขึ้นกว่าวิธีการแบบดั้งเดิม ด้วยเทคโนโลยีความเร็วสูงและประสิทธิภาพการผลิตสูง เช่น SLA และ SLS ช่วยให้คุณย่นระยะเวลาในกระบวนการออกแบบและการผลิต

อยากเห็นคุณภาพของ SLA หรือ SLS ด้วยตัวเองใช่ไหม? เลือกจากรายการการใช้งานของเราและขอตัวอย่างชิ้นส่วนฟรี เพื่อค้นหาวัสดุที่เหมาะกับความต้องการในโครงการของคุณ

แหล่งที่มา : Fastest 3D Printers: Compare FDM, SLA, and SLS 3D Printing Speed