การออกแบบและพัฒนาเครื่องมินิเอ็กทรูเดอร์เพื่อผลิตฟิลาเมนท์สำหรับเครื่องพิมพ์สามมิติ
- ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
ภัททิยา พิบูลจินดา
- อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์
ศรัณย์ นวลจีน
- โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์
- ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์
บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์
การพิมพ์สามมิติ เป็นนวัตกรรมที่มีการประยุกต์และนำไปใช้ประโยชน์อย่างหลากหลาย เช่น ในอุตสาหกรรม มีการสร้างแม่พิมพ์ชิ้นส่วนของรถยนต์ หรือในวงการแพทย์ มีการผลิตเครื่องช่วยฟังและอวัยวะเทียม เป็นต้น ทำให้การออกแบบและประดิษฐ์นวัตกรรมใหม่ ๆ สะดวกขึ้นและมีของเสียที่ลดลง แต่ยังติดปัญหาที่ตัวเครื่อง 3D Printer รวมถึงเส้นใย (Filamemt) วัสดุที่ใช้มีราคาค่อนข้างสูง
ในปัจจุบัน Filamemts ที่มีการใช้ทั่วไป คือพสาสติก PLA เนื่องจากเป็นวัสดุธรรมชาติ ซึ่งทำให้ผลิตชิ้นงานหรือผลงานออกมาได้ไม่กี่ลักษณะ และยังมีข้อจำกัดในการใช้งาน เช่น แข็ง ไม่ยืดหยุ่น ไม่ทนทาน ซึ่งการผลิต Filament ในอุตสาหกรรม ส่วนใหญ่จะใช้กระบวนการอัดรีดขึ้นรูป (Extrusion) โดยใช้เครื่อง Extruder ที่มีกำลังการผลิตสูงแต่ขนาดใหญ่และราคาแพง ผู้วิจัยจึงได้มีความคิดจะออกแบบและพัฒนาเครื่อง Mini-Extruder ขนาดเล็ก เพื่อให้สะดวกกับการใช้งานและประกอบขึ้นเองได้
ด้วยเครื่อง Mini-Extruder นี้สามารถเลือกใช้วัถตุดิบที่หลากหลายหรือนำวัสดุมาผสมกันได้ เช่น PLA, ยางพารา (Natural Rubber), Micro-carbon fibers, PET Recycle และอื่นๆ อีกทั้งสามารถเลือกสีตามที่ต้องการ โดยการผสมเม็ดสี (Granule) และทำการผลิต DIY Filament ที่มีหลายสีในเส้นเดียวกัน มีความยืดหยุ่นสูง มีลวดลาย ลักษณะ ในแบบและปริมาณที่ต้องการ
ขั้นตอนการควบคุมการผลิตและทดสอบ ทำให้ได้เส้นใยที่มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.75 มิลลิเมตร และมีคุณภาพตรงตามมาตราฐาน เช่น ทดสอบคุณสมบัติของเส้นใยและชิ้นงานที่ได้ ในด้านความยืดหยุ่น ทนทาน ซึ่งทดสอบค่าทนต่อแรงดึง (Tensile strength) ค่าทนต่อแรงฉีกขาด (Tear strength) ค่า Young’s modulus และ ค่าความยืดสูงสุด ณ จุดขาด (Elongation at break) ด้วยเครื่อง Universal testing machine
สุดท้ายนำ Filament ต่างชนิดกันที่ได้ไปใช้ในการพิมพ์ผลิตภัณฑ์ กับเครื่อง 3D Printer แบบ Fused deposition modeling (FDM) คือเป็นการพิมพ์แบบใช้หัวฉีด ที่ได้รับความนิยมในกลุ่มผู้ใช้ทั่วไป โดยเมื่อนำไปพิมพ์จะต้องมีการทดสอบและปรับเปลี่ยนลักษณะการใช้งานของเครื่อง เช่น ความเร็ว (Movement Speed) และอุณหภูมิของหัวฉีด (Nozzle Temperature) ให้เหมาะสม เพื่อให้ได้ชิ้นผลงานที่มีความหลากหลายสวยงาม