แบ่งปันประสบการณ์ การขึ้นรูปชิ้นงานด้วย 3d printer

สวัสดีท่านผู้อ่านทุกท่าน ก่อนอื่นเลยนั้นต้องขอเรียนให้ทราบว่าบทความนี้เป็นงานเขียนที่อาจเกิดขึ้นไม่บ่อยมากนักในรอบหลายๆ ปีของผู้เขียน เพราะทั้งชีวิตที่ผ่านมานอกเหนือจากการเขียนเรียงความเพื่อประกวดชิงรางวัลแล้ว ผู้เขียนเองนั้นก็ไม่เคยได้มีโอกาสถ่ายทอดความรู้และประสบการณ์ใดๆ ออกมาให้ผู้อื่นได้รับทราบเลย
หากจะให้กล่าวย้อนไปถึงสาเหตุที่ต้องใช้โอกาสนี้เพื่อถ่ายทอดประสบการณ์ในการทำงาน ก็ต้องขออธิบายความไปถึงการนำมาซึ่งบทความนี้ โดยเนื่องจากว่าผู้เขียนนั้นกำลังศึกษาอยู่สาขาวิชาวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา ชั้นปีที่ 3 และที่สำคัญคือเป็นภาคเรียนสุดท้ายของการศึกษาภายในหลักสูตร และเป็นที่ทราบโดยทั่วกันว่าการศึกษาในศาสตร์ด้านวิศวกรรมนั้น หัวใจหลักของการศึกษาด้านนี้คือการประยุกต์องค์ความรู้ที่ได้รับมาจากศึกษาเล่าเรียนเพื่อสร้างผลงานด้านนวัตกรรมทางวิชาการให้สำเร็จ

ดังนั้นผู้เขียนเองจึงได้ขออนุมัติทางภาควิชาเพื่อสร้างงานวิจัยในหัวข้อเรื่อง “เครื่องช่วยนำทางผู้พิการทางสายตาด้วยระบบคลื่นสะท้อน” ซึ่งโครงงานวิจัยนี้สร้างบนพื้นฐานที่อยากจะใช้ความรู้ความสามารถเพื่อช่วยเหลือผู้ด้อยโอกาสทางสังคม ให้กลับมาใช้ชีวิตได้อย่างสะดวกสบายมากขึ้นด้วยเทคโนโลยีที่ก้าวล้ำ และด้วยความตั้งใจที่แน่วแน่ว่าอยากจะสร้างผลงานที่มีความเป็นเอกลักษณ์ และสามารถตอบสนองต่อการใช้งานของกลุ่มเป้าหมายได้ดีที่สุด ผู้เขียนจึงพยายามเพื่อหาแนวทางในการขึ้นรูปชิ้นงานอันซับซ้อน และก็ต้องขอกล่าวอย่างใจเลยว่าในหลายๆ วิธีที่ได้ทดลองผ่านมาแล้วนั้นล้มเหลวอย่างไม่เป็นท่า ทั้งการปั้นแบบหล่อเรซิน หรือการสร้างชิ้นงานหล่อไฟเบอร์กลาส ซึ่งผู้เขียนเองก็ยอมรับว่าเกิดความย่อท้อมากในช่วงเริ่มต้นของการทำงาน จึงต้องพยายามหาข้อมูลเพิ่มเติมในเทคนิคต่างๆ ของการขึ้นรูปชิ้นงานภายใต้ขอบเขตงบประมาณที่มีอยู่อย่างจำกัด

และในท้ายที่สุดผู้เขียนก็พบกับเทคโนโลยีการขึ้นรูปชิ้นงานแบบสามมิติ ซึ่งกำลังเป็นที่นิยมและมาแรงมากในต่างประเทศ ที่สำคัญในประเทศไทยของเราเองนั้นก็มีผู้ที่ให้ความสนใจในเทคโนโลยีด้านนี้อยู่บ้าง ผู้เขียนเองได้รับคำแนะนำจากอาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานให้เดินทางเข้าเยี่ยมชมรม Chiang Mai Maker Club ซึ่งก่อตั้งจากการรวมตัวของกลุ่มคนที่มีความสนใจด้านเทคโนโลยี ด้านนวัตกรรมสิ่งประดิษฐ์ต่างๆ และเมื่อได้มีโอกาสเข้าเยี่ยมชมอย่างเป็นทางการผู้เขียนเองนั้นก็รู้สึกตื่นเต้นมากๆ แต่เมื่อพบกับการต้อนรับอย่างเป็นมิตรและเป็นกันเองความกดดันเหล่านั้นก็หมดลงไป อาจเนื่องด้วยเหตุที่สมาชิกภายในชมรมเป็นผู้ที่มีความสนใจด้านเทคโนโลยีอยู่แล้ว การพูดคุยสื่อสารแลกเปลี่ยนความรู้ ทัศนคติ จึงเป็นไปอย่างผ่อนคลายและสนุกสนาน

ผู้เขียนจึงได้บรรยายถึงปัญหาอุปสรรคที่ประสบพบเจอในระหว่างการดำเนินงานวิจัย เพื่อขอรับคำปรึกษาและข้อคิดเห็นจากบรรดาพี่ๆ สมาชิกในชมรม ซึ่งหลายๆ ท่านในที่นั้นได้สำเร็จการศึกษาแล้ว จึงได้ถ่ายทอดประสบการณ์ที่เป็นประโยชน์ต่อการดำเนินงานของผู้เขียน และถือเป็นโชคของผู้เขียนเพราะภายในชมรมมีเครื่องพิมพ์สามมิติที่พร้อมใช้งาน โดยที่ทางชมรมก็ยินดีที่จะแนะนำรวมถึงสาธิตการใช้งาน นอกจากนั้นยังเปิดโอกาสให้ผู้เขียนได้ออกแบบชิ้นงานของตัวเองเพื่อใช้เครื่องพิมพ์สามมิติของทางชมรมขึ้นรูปชิ้นงานอีกด้วย
และเนื่องจากว่าทางชมรมมีการจัดกิจกรรมต่างๆ เพื่อเสริมสร้างความรู้แก่สมาชิกภายใน และบุคคลผู้สนใจจากภายนอก จึงทำให้ผู้เขียนเกิดแรงบันดาลใจใหม่ๆ จนต้องแวะเวียนเข้าไปเพื่อขอรับความรู้และประสบการณ์อีกหลายๆ ครั้งในภายหลัง ซึ่งก็เป็นที่น่าสนใจว่าภายในชมรมเองก็มีกิจกรรมที่สนองตอบต่อความใจผู้เขียนได้เป็นอย่างมาก ทั้งในเรื่องของเครื่องพิมพ์สามมิติ เรื่องเทคโนโลยีอากาศยานไร้นักบิน (โดรน) หรือหุ่นยนต์และระบบสมองกล ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างใหม่ และเป็นไปได้ยากที่จะพบและสัมผัสกับเรื่องเหล่านี้ด้วยตนเอง

ย้อนกลับมาถึงประเด็นที่ผู้เขียนมีความยินดีจะนำเสนอไปยังผู้อ่านทุกท่าน คือเรื่องของการขึ้นรูปชิ้นงานสามมิติ หลังจากการสาธิตและทดลองใช้เครื่องจนสามารถใช้งานได้อย่างชำนาญแล้วนั้น ผู้เขียนจึงได้ออกแบบชิ้นงานด้วยโปรแกรม SolidWork 2013 แต่ทั้งนี้ทั้งนั้นการออกแบบจำเป็นต้องมีความเข้าใจต่อข้อจำกัดของเครื่องพิมพ์สามมิติในด้านต่างๆ อาทิเช่น ขอบเขตขนาดที่เครื่องพิมพ์สามารถจะสร้างชิ้นงานได้ ความหนาบางของชิ้นงาน รูปทรงที่สอดคล้องต่อการสร้างงานพิมพ์ ท้ายที่สุดจึงสามารถออกแบบชิ้นงานจนเป็นที่น่าพอใจ แล้วจึงบันทึกไฟล์งานในรูปแบบ .STL เพื่อให้สามารถใช้โปรแกรม slic3r.exe ตรวจสอบว่าชิ้นงานนั้นมีข้อบกพร่องต่อการขึ้นรูปงานพิมพ์หรือไม่ ซึ่งหากไม่พบข้อผิดพลาดก็สามารถ Export ไฟล์ในรูปแบบ .gcode ซึ่งเป็นไฟล์งานที่สามารถนำเข้าสู่กระบวนการพิมพ์ได้

กระบวนการในการสั่งพิมพ์นั้นมีความง่ายดายไม่แตกต่างจากการพิมพ์เอกสารทั่วไป เพียงแค่เปิดไฟล์งานที่ได้รับการออกแบบสมบูรณ์แล้ว ทางโปรแกรมจะคำนวณระยะเวลาในการขึ้นรูปชิ้นงานให้ผู้ใช้ได้รับทราบ หลังจากที่สั่งพิมพ์ตัวเครื่องก็จะทำการปรับค่าเริ่มต้นในส่วนของหัวฉีดพลาสติกความร้อน (Nozzle) และแผ่นฐานความร้อน (Headed Bed) ซึ่งมีความสำคัญต่อกระบวนการพิมพ์มาก เพราะหลักทำงานของเครื่องพิมพ์สามารถอธิบายได้อย่างคร่าวๆ ว่าคือการการหลอมละลายเส้นพลาสติก (Filament) ซึ่งโดยทั่วไปจะพบอยู่ 2 ชนิดหลักๆ คือ วัสดุ PLA และ ABS ในทางเทคนิคแล้วนั้นข้อแตกต่างของวัสดุสองชนิดนี้คือเรื่องของจุดหลอมละลาย ความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของเนื้อวัสดุ โดยหัวฉีดความร้อนจะทำหน้าที่หลอมละลายเส้นพลาสติกและดันเนื้อพลาสติกเหลวลงมาด้านล่าง ส่วนแผ่นฐานความร้อนจะคอยรักษาระดับอุณหภูมิของชิ้นงานเพื่อให้เกิดการเชื่อมประสานกันระหว่างชั้นพิมพ์ โปรแกรมจะอ้างอิงตำแหน่งหัวฉีดความร้อนที่ขับเคลื่อนด้วยสเตปมอเตอร์ (Stepping Motor) ซึ่งถูกวางบนระนาบ 3 มิติ (X, Y, Z) เส้นพลาสติกที่ถูกหลอมละลายจะถูกดันผ่านหัวฉีดไล่ลำดับเป็นชั้นๆ สูงขึ้นเรื่อยๆ ตามแบบงานที่ได้รับการออกแบบไว้ โดยที่ความสวยงามของพื้นผิวชิ้นงานนั้นก็ขึ้นอยู่กับข้อจำกัดด้านความละเอียดของเครื่องพิมพ์เอง และเมื่องานขึ้นรูปเสร็จสิ้นแล้ว ก็จำเป็นต้องอาศัยระยะเวลาพักคอยสักช่วงหนึ่งเพื่อให้ชิ้นงานระบายความร้อนออกและเซ็ตตัวให้แข็งแรง ก่อนจะถูกนำออกจากฐานพิมพ์ได้โดยไม่เสียรูปทรง

ถือเป็นความโชคดีอีกครั้งของผู้เขียนที่งานพิมพ์สามมิติชิ้นแรกสำเร็จลงได้อย่างสมบูรณ์ เพราะผู้เขียนเองมาทราบในภายหลังจากพี่ๆ ในชมรมว่า ในบ่อยเครื่องที่งานพิมพ์อาจเกิดข้อผิดพลาดระหว่างการทำงานจากหลายๆ สาเหตุ จนทำให้ต้องเริ่มต้นการทำงานใหม่ทั้งหมด ซึ่งการขึ้นรูปชิ้นงานแต่ละครั้งก็กินเวลานานมากพอสมควร แต่ข้อผิดพลาดเหล่านี้ก็ถือเป็นข้อดีที่ทำให้เกิดการเรียนรู้ต่อการแก้ไขปัญหาต่างๆ และนี่เองถือได้ว่าเป็นหัวใจสำคัญสำหรับนักประดิษฐ์ นักนวัตกรรมที่ดี เนื่องจากการแก้ไขปัญหานั้นถือเป็นการเรียนรู้ที่ดีที่สุด เพราะนอกเหนือจากว่าจะต้องเสาะแสวงหาความรู้เพื่อตอบสนองต่อปัญหาเหล่านั้นแล้ว ยังได้รับประสบการณ์เพื่อใช้เป็นแนวทางในการแก้ไขปัญหาอื่นๆ ในโอกาสต่อๆ ไปได้

และในท้ายสุดนี้ ทางผู้เขียนคงต้องขอกราบขอบพระคุณไปยังบรรดาพี่ๆ น้องๆ สมาชิกในชมรม Chiang Mai Maker Club ที่ให้ความกรุณาต้อนรับอย่างเป็นมิตร รวมถึงให้การถ่ายทอดความรู้ ประสบการณ์ ทัศนคติ ต่างๆ ในการดำเนินงาน ซึ่งผู้เขียนเองคงต้องขออนุญาตที่จะแวะเวียนเข้าไปเพื่อเยี่ยมชม แลกเปลี่ยนความรู้อีก และจะได้นำสิ่งเหล่านั้นมาถ่ายทอดส่งต่อไปยังท่านผู้อ่านอีกครั้ง ในโอกาสต่อๆ ไป

สวัสดีครับ