บล็อก

ด้วยความก้าวหน้าของเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง การพิมพ์ 3 มิติได้กลายเป็นวิธีการผลิตที่ได้รับความนิยมอย่างมาก และเทคโนโลยีหัวพ่นหมึกก็มีบทบาทสำคัญในงานพิมพ์ 3 มิติด้วยเช่นกัน ตัวอย่างเช่น การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีพิมพ์แว็กซ์แบบเพียโซอิเล็กทริกของ Flashforge ได้สร้างการเปลี่ยนแปลงอย่างลึกซึ้งในอุตสาหกรรมการผลิตเครื่องประดับ ส่งผลให้การออกแบบเครื่องประดับเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ บทความนี้ให้คำอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกในงานพิมพ์ 3 มิติ

1. ภาพรวมของเทคโนโลยีหัวพ่นหมึก

เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกเป็นเทคนิคการพิมพ์ที่ทำให้เกิดการพิมพ์ภาพหรือข้อความโดยการควบคุมการพ่นหยดหมึก องค์ประกอบหลักของเทคโนโลยีหัวพ่นหมึกคือหัวพิมพ์หัวพ่นหมึก ซึ่งแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ หัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบเพียโซอิเล็กทริกและหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบความร้อน

หลักการทำงานของหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบเพียโซอิเล็กทริก:

เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกแบบเพียโซอิเล็กทริกทำงานดังนี้: เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกขนาดเล็กจำนวนมากถูกวางไว้ใกล้กับหัวฉีดของหัวพิมพ์หัวพ่นหมึก เซรามิกเพียโซอิเล็กทริกจะเปลี่ยนรูปเมื่อมีแรงดันไฟฟ้าผ่าน จากนั้นหมึกจะถูกพ่นออกจากหัวฉีด สร้างลวดลายบนพื้นผิวของวัสดุรองรับ ด้วยโครงสร้างหัวพิมพ์ที่ออกแบบมาอย่างดีและการควบคุมแรงดันไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อปรับขนาดและการใช้หยดหมึก สามารถบรรลุความแม่นยำและคุณภาพการพิมพ์สูงได้

ผู้ผลิตหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบเพียโซอิเล็กทริกที่มีชื่อเสียง: Epson, Kyocera, Konica, Fuji เป็นต้น

หลักการทำงานของหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบความร้อน:

เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกแบบความร้อนทำงานดังนี้: ใช้ตัวต้านทานฟิล์มบางเพื่อให้ความร้อนหมึกทันทีในปริมาณน้อยกว่า 5μL ให้มีอุณหภูมิสูงกว่า 300°C ในบริเวณที่พ่นหมึก กระบวนการนี้สร้างฟองอากาศขนาดเล็กจำนวนมากที่รวบรวมและขยายตัวเป็นฟองอากาศขนาดใหญ่ในเวลาที่รวดเร็วมาก (น้อยกว่า 10μs) บังคับให้หยดหมึกถูกพ่นออกจากหัวฉีด หลังจากฟองอากาศขยายตัวต่อไปอีกไม่กี่ไมโครวินาที ฟองอากาศจะหายไปกลับเข้าสู่ตัวต้านทาน เมื่อฟองอากาศหายไป หมึกในหัวฉีดจะถูกดูดกลับ จากนั้นเนื่องจากแรงดูดที่เกิดจากแรงตึงผิวของหมึก หมึกใหม่จะถูกดึงเข้ามาเติมในบริเวณพ่นหมึกสำหรับรอบการพิมพ์ถัดไป

ผู้ผลิตหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบความร้อนที่มีชื่อเสียง: Canon, HP เป็นต้น

2. ภาพรวมของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกในงานพิมพ์ 3 มิติ

การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกในงานพิมพ์ 3 มิติมีต้นกำเนิดย้อนกลับไปที่เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ (3DP) (การพิมพ์ 3 มิติแบบผงและหัวพ่นหมึก) ที่พัฒนาโดยสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในสหรัฐอเมริกาในปี 1993 แตกต่างจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบ FDM (เช่น MakerBot และ RepRap) ที่สร้างวัตถุโดยใช้เส้นพลาสติกหลอมละลาย เทคโนโลยี 3DP ทำงานเหมือนเครื่องพิมพ์ 2 มิติบนโต๊ะในอดีต กระบวนการของมันคล้ายกับเทคโนโลยีการเผาผงด้วยเลเซอร์แบบเลือกสรร (SLS) แต่แทนที่จะใช้เลเซอร์ในการเผาวัสดุ มันใช้หัวพิมพ์หัวพ่นหมึกพ่นกาวเหลวลงบนผงยิปซัม พ่นทีละชั้น จากนั้นทาแผ่นผงยิปซัมบาง ๆ ทำซ้ำกระบวนการนี้จนวัตถุ 3 มิติสมบูรณ์

ต่อมาได้มีการพัฒนาเทคโนโลยีต่าง ๆ บนพื้นฐานเทคนิคนี้ รวมถึงการพิมพ์ 3 มิติสีเต็มรูปแบบด้วยผงยิปซัมและการพิมพ์ 3 มิติด้วยผงทราย ด้านล่างนี้เป็นสรุปของผู้ผลิตเครื่องพิมพ์ 3 มิติบางรายที่ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึก:

3. ข้อดีของการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกในงานพิมพ์ 3 มิติ

หัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบเพียโซอิเล็กทริกระดับอุตสาหกรรมโดยทั่วไปมีความกว้างตั้งแต่ 10 มม. ถึง 120 มม. โดยจำนวนรูหัวฉีดอยู่ระหว่าง 256 ถึง 2,048 ความถี่ของหัวพิมพ์อยู่ระหว่างประมาณ 1,000Hz ถึง 200,000Hz และขนาดหยดหมึกอยู่ที่ประมาณ 2PL ถึง 80PL ความละเอียดสามารถอยู่ในช่วง 36dpi ถึง 1,200dpi หัวพิมพ์หัวพ่นหมึกแบบความร้อนโดยทั่วไปมีความกว้างตั้งแต่ 24 มม. ถึง 300 มม. โดยจำนวนรูหัวฉีดอยู่ระหว่าง 300 ถึง 30,000

จากพารามิเตอร์ของหัวพิมพ์หัวพ่นหมึก สามารถเห็นได้ว่าการพิมพ์ด้วยหัวพ่นหมึกมีความละเอียดสูง ผลผลิตสูง ความเร็วตอบสนองสูง และสามารถพิมพ์ด้วยวัสดุหลายชนิด เครื่องพิมพ์ 3 มิติที่ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกสามารถพิมพ์วัตถุ 3 มิติได้อย่างรวดเร็วและมีความละเอียดสูง ตัวอย่างเช่น เครื่องพิมพ์แว็กซ์ 3 มิติของ Flashforge สามารถผลิตแบบแว็กซ์คุณภาพสูงสำหรับเครื่องประดับด้วยความแม่นยำ 50μm นอกจากนี้ หัวพิมพ์หัวพ่นหมึกยังช่วยให้การประกอบง่ายและรวดเร็ว ทำให้สามารถพิมพ์วัตถุขนาดใหญ่ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติได้ เช่น Voxeljet และ GE กำลังพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติแบบพ่นกาวผงทรายที่มีขนาดการสร้าง 8m*4m*2m

4. ความท้าทายในการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีหัวพ่นหมึกในงานพิมพ์ 3 มิติ

เนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนของหัวพิมพ์หัวพ่นหมึกและเส้นผ่านศูนย์กลางของรูหัวฉีดที่เล็กมาก (โดยทั่วไปประมาณ 20μm ถึง 40μm) จึงมีข้อกำหนดสูงสำหรับแรงตึงผิวของหมึก ความหนืด และขนาดอนุภาค หากหมึกมีคุณภาพไม่ดี อาจเกิดปัญหาเช่น หมึกขาดช่วง จุดกระจาย และหัวฉีดอุดตัน เมื่อหมึกกระทบพื้นผิววัสดุรองรับหรือผงด้วยความเร็ว 5-10m/s อาจเกิดปรากฏการณ์การแพร่กระจาย การซึมผ่าน และแม้แต่การกระเซ็น การตั้งค่าพารามิเตอร์ที่ไม่เหมาะสมสามารถส่งผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพการพิมพ์ ดังนั้น เพื่อความสำเร็จในเทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติด้วยหัวพ่นหมึก ทีมวิจัยและพัฒนาต้องมีความเข้าใจอย่างลึกซึ้งในหลักการพิมพ์หัวพ่นหมึกและมีความรู้ครอบคลุมเกี่ยวกับวัสดุและหมึก