ในอดีตเวลาต้องการจะผลิตสินค้าที่จำเป็นจะต้องขึ้นรูปแบบ อาจจะเอาวัสดุอะไรมาอย่างนึงที่ง่ายต่อการตัดแต่ง แล้วเอามาตัด เอามาเหลา มาแกะออกจนเป็นรูปทรง ซึ่งส่วนที่เสียไปก็จะเสียเปล่า น้อยมากที่จะนำมาทำให้เกิดคุณค่าต่อได้ ส่วนมากก็จะทิ้งไปโดยเปล่าประโยชน์ จึงได้มีการคิดว่าจะทำอย่างไรถึงจะสามารถลดความสิ้นเปลื้องโดยไม่จำเป็นเช่นนี้ลงได้ และด้วยแนวคิดดังกล่าวนี้ ได้ถูกคิดขึ้นตั้งแต่ปีค.ศ. 1984 โดยบริษัท 3D Systems Corporation และได้พัฒนาต่อเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน สำหรับประโยชน์ของ 3D Printing หลัก ๆ คือการลดความความสินเปลือง สร้างโมเดล และพัฒนาต่อได้จริง ซึ่งเมื่อเทียบกับรูปแบบการสร้างวัตถุหรือสินค้ารูปทรงแบบอื่น ซึ่งนับเป็นวิธีที่ประหยัดและคุ้มค่าต่อวัตถุดิบที่ใช้ในขั้นตอนการผลิต Production เป็นอย่างมาก
What is 3D printing?
การผลิตชิ้นงานสามมิตินี้ เริ่มต้นด้วยการออกแบบเสมือนจริงของชิ้นวัสดุที่คุณต้องการสร้าง โดยการออกแบบเสมือนจริงจะทำโดยใช้โปรแกรม CAD (Computer Aided Design), ใช้โปรแกรมสร้างแบบจำลองสามมิติ (สำหรับการสร้างวัตถุชิ้นใหม่ทั้งหมด) หรือใช้เครื่องสแกนสามมิติ (สำหรับการคัดลอกวัตถุที่มีอยู่แล้ว) สแกนเนอร์นี้จะทำสำเนาดิจิทัลสามมิติ และส่งเข้าสู่โปรแกรมสร้างแบบจำลองสามมิติ
การเตรียมไฟล์ดิจิทัลที่สร้างขึ้นโดยโปรแกรมสร้างแบบจำลองสามมิตินั้น โปรแกรมจะแบ่งชิ้นงานเป็นชั้น ๆ จำนวนหลายร้อยถึงหลายพันชั้น เมื่อไฟล์ที่เตรียมพร้อมนี้ได้ถูกนำขึ้นสู่เครื่องพิมพ์สามมิติ เครื่องพิมพ์จะสร้างวัตถุชั้นต่อชั้น โดยเครื่องพิมพ์สามมิตินี้จะอ่านชั้นทุกชั้น (ในรูปแบบภาพสองมิติ) และดำเนินการสร้างชั้นวัตถุแต่ละชั้นโดยไม่ทำให้เห็นช่องว่างของแต่ละชั้น จนสำเร็จออกมาเป็นวัตถุสามมิติในที่สุด
ในช่วงแรก ๆ นั้น 3D Printing เริ่มจากความสามารถของคอมพิวเตอร์ที่สามารถสั่งให้ใช้กับวัสดุอย่าง พอลิเมอร์เหลว (Liquid Polymer) ได้ โดยใช้วิธีการเลเซอร์ยิงแสงเข้าไปที่ของเหลวให้เกิดการแข็งตัว ทำเป็นชั้น ๆ (Layer) ซึ่งเรียกว่า Stereolithography (SLA) เป็นเทคโนโลยีการทำ Rapid Prototype แบบแรก และต่อมาได้พัฒนาเป็นการทำวัตถุสามมิติแบบใช้พลาสติก โดยการหลอม และฉีดพลาสติกลงไปแบบเป็น layer เหมือนกัน แต่ได้เพิ่มเติมสารเติมแต่ง (Additive) จำพวก สเตบิไลเซอร์ (Stabilizers) เพื่อช่วยให้พลาสติกมีความอยู่ตัว ทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศ ไม่เสื่อมสลายง่าย และทนทานต่อความร้อน หรือสารฟิลเลอร์ (Fillers) ที่เข้ามาช่วยเพิ่มปริมาณพลาสติกให้มากขึ้น เช่น ทำให้พลาสติกทึบแสงขึ้น มีความแข็งและความทนทานมากขึ้น ทำให้ต้นทุนการผลิตถูกลง รวมไปถึงอาจจะมีสารหล่อลื่น (Lubricants) ที่ช่วยลดความฝืดในเครื่องจักร ทำให้ทำการผสมง่ายขึ้น ซึ่งเป็นไปได้ทั้งสารหล่อลื่นภายนอก (External Lubricants) เป็นสารที่เติมลงไปเพื่อลดความฝืดระหว่างผิวของพลาสติกกับผิวของโลหะหรือวัสดุที่ใช้ทำเครื่องจักรและแม่พิมพ์ หรือสารหล่อลื่นภายใน (lnternaI Lubricant) ซึ่งเป็นสารที่ช่วยลดความฝืดภายในเนื้อพลาสติก กล่าวคือ เป็นตัวช่วยลดความฝืดระหว่างโมเลกุลของพอลิเมอร์ แล้วแต่ความต้องการของผู้ที่ออกแบบนั่นเอง
ส่วนอีกวิธีที่เริ่มเห็นกันมากขึ้น นั่นคือการใช้วิธีการพิมพ์แบบใช้หัวฉีด หรือ Fused deposition modeling (FDM) ด้วยการใช้เส้นใยพลาสติกหรือลวดโลหะ และส่งผ่านวัสดุนี้ไปยังหัวฉีดที่สามารถเปิด-ปิดการไหลได้ หัวฉีดนี้จะมีความร้อนเพียงพอที่จะหลอมละลายวัสดุ และเคลื่อนย้ายได้ทั้งทิศทางแนวนอนและแนวตั้ง โดยกลไกการควบคุมตัวเลขที่ควบคุมโดยตรงจากโปรแกรม Computer-aided manufacturing (CAM) วัตถุจะถูกผลิตขึ้น โดยที่หัวฉีดจะพ่นวัตถุดิบที่ละลายออกมาเป็นชั้น ๆ และวัตถุที่ถูกพ่นออกมาจากหัวฉีดนั้นจะแข็งตัวทันที และวิธีการสุดท้ายคือการพิมพ์โดยยิงลำแสงอัลตราไวโอเลต หรือ Stereolithography (SLA) โดยเทคโนโลยี SLA เทคโนโลยีนี้ใช้วัสดุของเหลวแบบเรซิน (liquid ultraviolet curable photopolymer) และใช้แสงเลเซอร์อัลตราไวโอเลตในการสร้างชั้นของวัตถุทีละชั้น ในแต่ละชั้น แสงเลเซอร์จะแทรกเข้าไปยังภาพตัดขวางของต้นแบบบนพื้นผิวของเรซินเหลว เมื่อสัมผัสกับแสงเลเซอร์ เรซินจะแข็งตัว และผนึกเข้ากับชั้นวัสดุด้านล่างนั่นเอง
Customized to Meet the Demand
ในรอบ 2-3 ปีที่ผ่านมา เราได้เห็นการนำเอา 3D Printing ตั้งแต่กลุ่มอาหาร การแพทย์ แฟชั่น ยานยนต์ การบิน และอวกาศ ไปจนถึงวงการก่อสร้าง และอุตสหกรรมออกแบบสินค้า ฯลฯ ที่ต้องการสร้างความได้เปรียบทางการแข่งขัน รวมไปถึงการออกแบบสินค้าที่อยู่ในแนวคิดให้ออกมาเป็นรูปแบบของชิ้นงานจริงที่ไม่ต้องรอให้ร่างแบบเสร็จ แล้วหาผู้ผลิตที่สามารถขึ้นโครงร่างได้ ซึ่งกระบวนการกว่าจะได้ชิ้นงานนั้นอาจจะล่าช้ามากจนเกินกว่าที่จะสร้างโอกาสในการแข่งขัน รวมถึงเสียเวลาในการแก้ไขในกรณีเกิดข้อผิดพลาด
คำถามคือ แล้วเราจะสามารถสร้างประโยชน์ให้แก่ธุรกิจจากเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ (3D Printing) ได้จริงหรือ อย่างที่กล่าวไว้ข้างต้น หากเรามองถึงโอกาสจากการผลิตชิ้นงานในความคิดให้ออกเป็นรูปเป็นร่างได้ โดยใช้เวลาเพียงไม่นาน แถมย่นระยะเวลาในขั้นตอนการผลิตไปได้ นั่นย่อมหมายถึงโอกาสที่จะก้าวเป็นผู้นำในตลาดได้นั่นเอง ดังนั้น หากถือว่า 3D Printing เป็นเทคโนโลยีที่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับบริษัทที่เป็นนักพัฒนา ก็คงไม่ผิดนัก เพราะช่วยให้ผู้ผลิตสามารถสั่งผลิตสินค้าผ่านระบบออนไลน์เพื่อให้ถูกใจความต้องการได้โดยเฉพาะ (Customization) สามารถเลือกหรือปรับรูปแบบของผลิตภัณฑ์ได้อย่างอิสระ และได้รับสินค้าเพียงช่วงข้ามคืน ซึ่งเรื่องดังกล่าวนี้ไม่เป็นเพียงเรื่องเพ้อฝันอีกต่อไปแล้ว เพราะมีหลาย ๆ อุตสาหกรรมที่ได้หยิบเอาเทคโนโลยีนี้ไปใช้แล้ว เช่น มีการทำอาหารด้วย 3D Printing เป็นขนมปังที่มีผักสดรอวันโตอยู่ด้วย ฟังแล้วอาจจะนึกภาพว่าเป็นไปได้จริง ๆ หรือ แต่เป็นไปได้แล้วด้วยเทคโนโลยี 3D Printing นี้ โดยตัวเครื่องจะผสมเมล็ดพันธุ์ สปอร์ และยีสต์ แล้วพิมพ์ลงไปเป็นชั้น ๆ จากนั้นรออีก 5 วันก็โตพอที่จะบริโภคได้แล้ว หรือหากจะผลิตช็อกโกแลตที่เป็นตัวการ์ตูนหรือรูปทรงแปลก ๆ ก็สามารถทำได้อย่างไม่ยากเย็น เราอาจจะส่งสัยว่า แล้วมันจะมีประโยชน์อย่างไรกับการผลิตของท่าน ทำไมจึงต้องสร้างรูปร่างให้วุ่นวาย ก็คงจะต้องมองในแง่มุมหนึ่ง ๆ เช่น การสร้างความแปลกใหม่ที่สามารถสร้างความแตกต่าง และเกิดการจดจำเป็นเอกลักษณ์ได้ในใจผู้บริโภค รวมไปถึงประหยัดเวลา และลดความผิดพลาดที่เกิดขึ้นจากคนได้ ก็จะช่วยประหยัดต้นทุนได้อย่างมหาศาลเลยทีเดียว
ไม่เพียงแต่ในวงการอาหารเท่านั้นที่เราได้เห็นการนำเอา 3D Printing เข้ามาปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิต ในอุตสาหกรรมทางด้านรถยนต์ ก็มีการนำเอา 3D Printing เข้าไปใช้ด้วย โดยเราจะเห็นรถยนต์ต้นแบบที่เกิดจากการใช้เครื่องพิมพ์ 3D ก่อนผลิตออกมาใช้งานได้เลย ทำให้ผู้ออกแบบสามารถคำนวณทางด้านหลักกลศาสตร์ได้โดยไม่ต้องเสียเวลาในการสร้างแบบแม่พิมพ์ แต่ที่ชัดเจนที่สุด และเกิดขึ้นในอุตสาหกรรมทางด้านรถยนต์ ซึ่งเกิดขึ้นแล้วก็คือ ศูยน์พัฒนาอุปกรณ์เสริมของฮอนด้าสำนักงานใหญ่ ที่ได้ใช้ 3D Printing ผลิตอุปกรณ์เสริมรถยนต์แทน จากสมัยก่อนการทำชิ้นงานต้นแบบต้องสร้างจากเครื่อง CNC แต่มักประสบปัญหาในขั้นตอนการผลิต และตัวเครื่องมีราคาสูง ทำให้สามารถปรับเปลี่ยนกระบวนการทำงานได้ง่ายขึ้น รวมถึงประหยัดเวลาและค่าใช้จ่ายได้
ในขณะที่วงการสถาปัตยกรรมก็มีการนำเครื่องพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่ในการสร้างบ้านจำลองขนาด 200 ตารางเมตรขึ้นมาทั้งหลัง โดยใช้เวลาแค่เพียงครึ่งวัน การออกแบบด้วยการใช้คอมพิวเตอร์และซอฟต์แวร์แบบสามมิติ โดยครอบคลุมถึงส่วนประกอบอื่น ๆ ของบ้านด้วย เช่น ฉนวนกันความร้อน ระบบท่อประปา การเดินสายไฟและหน้าต่าง ส่วน ‘หมึก’ ที่ใช้คือซีเมนต์ ใยแก้วชั้นดี เศษสิ่งก่อสร้าง และขยะอุตสาหกรรมที่ถูกรีไซเคิลแล้ว รวมไปถึงเศษหางข้าว เศษวัตถุดิบจากการเกษตร จากนั้นระบบจะพ่นวัตถุดิบชนิดนี้ขึ้นทีละชั้น ๆ ขึ้นไปอย่างสม่ำเสมอ ซึ่งเป็นหลักการเดียวกันกับเครื่องพิมพ์สามมิติทั่วไป ส่วนประกอบเหล่านี้สามารถนำมาประกอบกันได้อย่างลงตัวเมื่อโครงสร้างอยู่ตัว และเข้าที่แล้ว
หรือแม้แต่ในวงการดนตรีก็ได้มีการสร้างเครื่องดนตรีจาก 3D Printing ขึ้นมา ในชื่อว่า Arpeggio ซึ่งเป็นเครื่องดนตรีที่ใช้สร้างเสียงสังเคราะห์ต่าง ๆ เมื่อผสมกับการออกแบบวงจรไฟฟ้า ซอฟต์แวร์ และโครงสร้างจากเครื่องพิมพ์ 3D Printing ก็ทำให้เกิดอุปกรณ์ดนตรีแบบใหม่ ที่สามารถสร้างเสียงได้มากถึง 512 รูปแบบ ออกมาจำหน่ายได้อย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ เรายังได้เห็นการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการพิมพ์แบบสามมิติ เข้าไปเกี่ยวเนื่องแม้กระทั้งในวงการแฟชั่นอีกด้วย เราได้เห็นแล้วว่า วันนี้มีรองเท้าแฟชั่นที่ผลิตขึ้นมาตามความต้องการของผู้ใส่ได้โดยเฉพาะ หรือแม้แต่เสื้อที่ไม่ซ้ำใครและมีเพียงตัวเดียวในโลกก็เกิดขึ้นแล้ว
ในขณะเดียวกัน 3D Printing ได้ถูกนำไปเปิดโอกาสทางการแพทย์ คิดหาวิธีในการซ่อมแซมเนื้อเยื่อมนุษย์ เช่น การพิมพ์อวัยวะมนุษย์เพื่อนำไปใช้ในการเปลี่ยนถ่ายอวัยวะ อย่างที่เห็นในภาพยนต์ไซไฟ (Sci-Fi) ที่ดูเหมือนว่าจะโอเวอร์เกินจริง แต่ก็ไม่ใช่จะเป็นไปไม่ได้ในโลกทุกวันนี้ นักชีววิทยาจากมหาวิทยาลัยออกซ์ฟอร์ดได้ทดลองสร้างเนื้อเยื่อสังเคราะห์ โดยใช้ระบบพิมพ์แบบสามมิติ ซึ่งประกอบขึ้นด้วยสารเคมีชีวภาพที่พิมพ์ออกมาเป็นทรงกลมเล็ก ๆ ขนาด 500 ไมครอน เชื่อมต่อกันจนมีรูปร่างแบนคล้ายเนื้อเยื่อที่เพาะในจานอาหารสังเคราะห์ ภายในมีหยดทรงกลมกลุ่มหนึ่งที่ทำหน้าที่เป็นระบบจำลองเส้นประสาทเทียม จากนั้นจึงกระตุ้นด้วยกระแสไฟฟ้าแทนกระแสประสาท และพบว่าเนื้อเยื่อสังเคราะห์นี้สามารถเคลื่อนไหวต่อแรงกระตุ้นได้ หรือแม้แต่สร้างกระดูกเทียมขึ้นเพื่อทดแทนกระดูกที่เสื่อมสภาพหรือเสียหายจากอุบัติเหตุก็สามารถทำได้แล้ว โดยใช้วิธี CT Scan หรือ MRI scan เมื่อได้ไฟล์สามมิติแล้ว ก็จะนำไปพิมพ์เป็นชิ้นส่วนสามมิติขึ้นมา ซึ่งจะถูกนำไปปลูกถ่ายให้กับผู้ป่วยได้พอดีและสมบูรณ์แบบ กระบวนการนี้เป็นการผสมผสานกันอย่างลงตัวของการผ่าตัด และการใช้วิศวกรรมชีวภาพในการปลูกถ่ายอวัยวะก็ได้ แต่หากมองประโยชน์ทางอ้อม เราก็ได้เห็นการใช้การพิมพ์รูปแบบอวัยวะภายในตัวผู้ป่วยออกมา เพื่อวินิจฉัยได้อย่างแม่นยำในการรักษา ทั้งหมดนี้จะเห็นว่าเทคโนโลยี 3D Printer ได้มีส่วนสำคัญในการเปิดมิติใหม่ทางการแพทย์ได้เช่นกัน
Easy and Economical Needs
เรื่องดังกล่าวไม่ใช่เพียงประโยชน์ที่จะเกิดกับผู้ผลิตเท่านั้น เพราะ 3D Printing เชื่อมโยงไปถึงผู้บริโภคได้อีกด้วย ซึ่งผู้บริโภคเองสามารถมีส่วนร่วมในการเป็นผู้ผลิต และรวมถึงเป็นผู้ออกแบบสินค้าได้เอง พวกเขาสามารถดาวน์โหลดไฟล์ผลิตภัณฑ์ที่เขาชื่นชอบ และปรับเปลี่ยนรูปแบบได้ตามความต้องการ จากนั้นสั่งพิมพ์ผ่านเครื่องพิมพ์สามมิติส่วนตัวที่บ้าน
ลองนึกภาพดูว่า หากเราสามารถออกแบบสิ่งของเองได้ สั่งทำมันขึ้นมาเองได้ง่าย ๆ ที่บ้าน หรือผ่าน 3D Printing service ได้ง่าย ๆ ในราคาคุ้มค่าที่จะจ่าย สภาพของธุรกิจจะเป็นอย่างไร ? เราจะสามารถโฟกัสกับของท้องถิ่นได้มากขึ้น มีส่วนร่วมในการสร้างอุตสาหกรรม และกลับมาในท้องถิ่นมากขึ้น จะเกิดธุรกิจขนาดย่อมขึ้นมาขับเคลื่อนธุรกิจอีกมากมาย และ demand จะเปลี่ยนไป อุตสาหกรรมจะมาโฟกัสกันที่ Localize มากขึ้น เนื่องจากไม่ต้องลงทุนมหาศาลเพื่อที่จะสร้างโรงงานสำหรับการผลิตสินค้า แต่หันมาโฟกัสกับสิ่งที่มันเป็นความต้องการ (Needs) แทน ซึ่งผู้ผลิตอาจะจะไม่ต้องแบกต้นทุ่นค่าใช้จ่ายอะไรเลย เพียงแค่จัดส่งส่วนประกอบที่จะต้องใช้ตามความต้องการของผู้ใช้ที่บ้าน เพียงเท่านั้น ในอนาคตเราอาจจะไปถึงยุคที่อยากกินอะไรก็ดาวน์โหลดมาได้ อยากได้บ้าน ของประดับแบบไหนก็ดาวน์โหลดลงมาแล้วก็ผลิตเองได้ง่าย ๆ เลยก็เป็นได้ ถือว่าเป็นการเพิ่มมูลค่าของบริการด้วยการมอบอำนาจในการควบคุมการผลิต และอาจจะรวมถึงการออกแบบสินค้าด้วยตัวลูกค้าเองอีกด้วย
สำหรับประเทศไทย แม้ว่าเทคโนโลยี 3D Printing ได้ถูกพูดถึงมานานแล้ว แต่เพิ่งเห็นชัดขึ้นเมื่อไม่กี่ปี อาจเพราะความเปลี่ยนแปลงยังคงต้องรอความชัดเจน ทั้งนโยบายรัฐหรือความต้องการของตลาด แต่วันนี้ประเทศไทยมีความชัดเจนมากขึ้นว่าต้องการก้าวสู้การ “เปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมยุคใหม่ด้วยเทคโนโลยี” 3D Printing จึงถูกพูดถึงอีกครั้ง โดยความน่าสนใจของ 3D Printing นั้นไม่เพียงสามารถเข้าไปปรับเปลี่ยนรูปแบบการผลิตไม่ให้ถูกจำกัดแค่การผลิตสินค้าจำนวนมากเพื่อลดต้นทุน แต่ได้เปลี่ยนรูปแบบการผลิตสินค้าไปอย่างสิ้นเชิง โดยมุ่งผลิตสินค้าที่ตรงตามความต้องการเฉพาะของลูกค้ารายบุคคล (Mass-Customisation) เลยทีเดียว
หากเรามองไปถึงเรื่อง Industry 4.0 ที่ประเทศไทยต้องการก้าวไป การใช้เทคโนโลยีดิจิทัลและการสื่อสารเข้ามาปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิต ซึ่งรวมไปถึงเทคโนโลยี 3D printing ก็ถือเป็นอีกหนึ่งในเทคโนโลยีที่จะทำให้ไทยสามารถเติบโตทางเศรษฐกิจได้ จากการสร้างชิ้นส่วนต่าง ๆ ได้เองในโรงงาน ไม่ต้องรอสั่งมาจากที่อื่น และไม่ต้องเก็บสต๊อกของ ขึ้นชิ้นงานเมื่อต้องการจะใช้เท่านั้น เนื่องจาก 3D printer ได้เข้ามาทลายข้อจำกัดหลาย ๆ ข้อของนักออกแบบ นักสร้างสรรค์ ผู้ประกอบการรายย่อย และระบบอุตสาหกรรมในครัวเรือน ในการสร้างสรรค์ผลงานให้ออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้ได้จริงมากขึ้นกว่าเดิม ลดเวลาการพัฒนาต้นแบบและการผลิต ทั้งยังช่วยเปิดโอกาสให้ภาคครัวเรือนที่มีทุนต่ำ สามารถเข้ามามีส่วนแบ่งพื้นที่การตลาดได้อีกด้วย
