การพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สําหรับซีเมนต์กระดูกชนิดเซ็ตตัวได้เองเพื่อใช้ผลิตเซรามิกทางการแพทย์ (มนวิภา อาวิพันธุ์, 2562)

รายงานวจิ ัยฉบับสมบูรณ์ เรอื่ ง การพัฒนาเครอ่ื งพิมพ์ 3 มติ ิ สำหรบั ซเี มนต์กระดกู ชนิดเซต็ ตัวได้เอง เพือ่ ใช้ผลติ เซรามิกทางการแพทย์ Development of 3D Printed Bone Cement Ceramics Machine for Medical Application ผศ.มนวิภา อาวพิ นั ธุ์ สาขาวศิ วกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ รายงานวจิ ยั ฉบบั น้ี ได้รบั ทนุ อดุ หนุนจาก แผนบรู ณาการพัฒนาศกั ยภาพ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วจิ ัยและนวตั กรรม มหาวิทยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลล้านนา งบประมาณแผ่นดนิ ปีงบประมาณ 2562

รายงานวจิ ัยฉบับสมบรู ณ์ เรอ่ื ง การพฒั นาเครอื่ งพิมพ์ 3 มติ ิ สำหรับซเี มนตก์ ระดกู ชนิดเซต็ ตัวไดเ้ อง เพ่อื ใช้ผลิตเซรามกิ ทางการแพทย์ Development of 3D Printed Bone Cement Ceramics Machine for Medical Application ผศ.มนวิภา อาวพิ ันธ์ุ สาขาวศิ วกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ รายงานวิจยั ฉบบั น้ี ได้รบั ทุนอดุ หนุนจาก แผนบรู ณาการพัฒนาศักยภาพ วทิ ยาศาสตร์ เทคโนโลยี วจิ ยั และนวตั กรรม มหาวทิ ยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา งบประมาณแผ่นดิน ปีงบประมาณ 2562

(1) หัวข้อวิจัย การพัฒนาเครอ่ื งพมิ พ์ 3 มิติ สำหรบั ซีเมนตก์ ระดกู ชนิดเซ็ตตัวได้เองเพื่อใช้ผลติ ชอ่ื ผู้วจิ ัย เซรามกิ ทางการแพทย์ ผศ.มนวภิ า อาวพิ ันธุ์ (หวั หน้าโครงการ) ผศ.ดร.ภาคภูมิ จารภุ ูมิ (ผู้ร่วมวจิ ัย) ผศ.คำรณ แกว้ ผัด (ผู้รว่ มวจิ ัย) หน่วยงาน สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มทร.ล้านนา ปีงบประมาณ 1,349,600 บาท บทคัดยอ่ โครงการวิจัยนี้เป็นการศึกษาและผลิตเซรามิกทางการแพทย์โดยการสร้างต้นแบบด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติ โดยการนำกระดูกวัวผ่านกระบวนการแคลไซน์ที่อุณหภูมิ 850 องศาเซลเซียส พบว่ามีความสอดคล้องกับ ขอ้ มูลของไฮดรอกซอี ะพาไทต์ตามมาตรฐาน ซ่งึ โครงการมุ่งเน้นถึงการศกึ ษาและสร้างชนิ้ งานจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เพ่ือนำไปใช้ในการสร้างแม่พิมพ์ต้นแบบและทำการวิเคราะห์หาคุณสมบัติทางกายภาพ โดยที่ชิ้นงานที่ นำมาทดสอบนั้นจะทำการผสมระหว่างไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอร์เซ็นต์และแคลเซียมซัลเฟตเฮมิไฮเดรต 70 เปอรเ์ ซน็ ต์จากน้นั จงึ นำไปตรวจสอบคุณสมบัติทางกายภาพ จากผลการตรวจสอบคุณสมบัติพบว่า เมื่อนำชิ้นงานที่ได้ไปเผาผนึกที่อุณหภูมิ 1,100 องศา เซลเซยี สจะมีผลการทดสอบทางกายภาพเปน็ ค่าที่ยอมรับได้ โดยมีค่าเฉลี่ยการหดตัวดังนี้ แผ่นล็อกกระดูกเชิง กรานแบบตรงจะมีคา่ การหดตัวเฉล่ยี ที่ 12.43 เปอรเ์ ซ็นต์ แผ่นล็อกกระดูกเชิงกรานแบบโคง้ จะมีค่าการหดตัว เฉล่ียที่ 14.45 เปอร์เซน็ ต์ แผน่ ล็อกเทา้ แบบส่ีเหลี่ยมจะมีค่าการหดตวั เฉลีย่ ท่ี 17.12 เปอรเ์ ซ็นต์ แผ่นล็อกเท้า แบบแอลจะมีค่าการหดตวั เฉล่ยี ที่ 17.43 เปอรเ์ ซ็นต์ ค่านำ้ หนกั ที่สญู เสยี หลงั การเผาผนกึ พบว่ามคี ่าอยรู่ ะหว่าง 16.67 ถึง 18.86 เปอร์เซ็นต์ ค่าความหนาแน่นพบว่ามีค่าอยู่ระหว่าง 2.472 ถึง 2.849 กรัมต่อลูกบาศก์ เซนติเมตร และค่าความพรุนตัวของชิ้นงานมีค่าอยู่ระหว่าง 0.275 ถึง 1.188 สกรูจะมีขนาดมาตรฐานที่ 5.5 มิลลิเมตร พบว่ารูใส่สกรูของชิ้นงานเมื่อเกิดการหดตัวแล้วรูสกรูจะมีขนาด 5.23 มิลลิเมตรซึ่งสามารถใส่สกรู ตามมาตรฐานได้ โดยค่าการทดสอบน้ำหนักที่สูญเสียหลังการเผา ค่าการทดสอบความหนาแน่น และการ ทดสอบหาค่าความพรุนตัวของชิ้นงาน พบว่าค่าการทดสอบที่ได้อาจจะไม่ใช่ค่าที่ดีที่สุดแต่เป็นค่าที่สามารถ ยอมรับได้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ ซึ่งจะมีค่าความคลาดเคลื่อนของแต่ละแบบดังนี้ แผ่นล็อก กระดูกเชิงกรานแบบตรงจะมีค่าที่ ± 0.75 เปอร์เซ็นต์ แผ่นล็อกกระดูกเชิงกรานแบบโค้งจะมีค่าที่ ± 0.35 เปอร์เซ็นต์ แผ่นล็อกเท้าแบบสี่เหลี่ยมจะมีค่าที่ ± 0.72 เปอร์เซ็นต์ แผ่นล็อกเท้าแบบแอลจะมีค่าที่ ± 0.25 เปอรเ์ ซน็ ต์ โดยจะนำค่าทไ่ี ด้มาสร้างผลิตภัณฑ์ทางการแพทยต์ ่อไป

(2) Research Title Development of 3D Printed Bone Cement Ceramics Machine Author for Medical Application Asst.Prof. Monwipa Avipun Faculty Asst.Prof.Dr. Parkpoom Jarupoom Budget Year Asst.Prof. Kumrun Kaewpad Department of Industrial Engineer, Faculty of Engineer 1,349,600 Baht Abstract The purposes of this research were to Study and manufacture of medical ceramics by creating prototypes with 3D printers. By bringing cow bones through the calcification process at 850 degrees Celsius. To be used to create prototype molds and to perform physical properties analysis. Where the specimens are tested to be mixed between 30 percent hydroxyapatite and 70 percent calcium sulfate hemihydrate. Then, the physical properties are examined. From the results of the inspection, it was found that when the work piece was burned at a temperature of 1,100 degrees Celsius, the physical test results were acceptable. With the average contraction as follows The pelvic Straight Locked plate has an average contraction of 12.43 percent. The pelvic Curved Locked plate has an average contraction of 14.45 percent. Rectangular Locked Plate with a cumulative shrinkage value of 17.12 percent. L-Lock Plate has an average contraction of 17.43 percent. The weight loss after sintering was found to be between 16.67 and 18.86 percent. The density was found to be between 2.472 and 2.849 grams per cubic centimeter. And the porosity of the specimen is between 0.275 and 1.188. The screw will have a standard size of 5.5 mm. Found that the screw insert hole of the work piece when shrinking, then the screw hole will be 5.23 mm in size, which can fit the screw according to the standard By the weight loss test after test And testing for specimens of specimens Found that the test values obtained may not be the best value, but are acceptable values for creating medical products. Which will have the error value of each type as follows The pelvic Straight Locked plate has a value of ± 0.75 percent. The curved pelvic locking plate has a value of ± 0.35 percent. The rectangular foot pad has a value of ± 0.72 percent. The L-Lock Plate is ± 0.25. Percentage that will continue to be used to create medical products

(3) กติ ติกรรมประกาศ รายงานการวิจัยเร่ือง การพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มติ ิ สำหรบั ซเี มนตก์ ระดูกชนดิ เซ็ตตวั ได้เองเพ่ือใช้ผลิต เซรามิกทางการแพทย์ได้รับทุนสนับสนุนงานวิจัย ได้รับทุนอุดหนุนจาก แผนบูรณาการพัฒนาศักยภาพ วิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี วิจัยและนวัตกรรม มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา งบประมาณแผ่นดิน ปงี บประมาณ 2562 จึงทำงานไดส้ ำเรจ็ ลุล่วงไปด้วยดี จึงใคร่ขอขอบคุณไว้ ณ ทนี่ ้ีเปน็ อย่างสงู ผู้วิจัยขอกราบขอบพระคุณ ผศ.ดร.วัชรินทร์ สิทธิเจริญ หัวหน้าสาขาวิศวกรรมอุตสาหการ ที่ให้การ สนบั สนุนการทำวิจัย ผู้วิจัยขอกราบขอบพระคุณ ดร.กิจจา ไชยทนุ คณบดีคณะวิศวกรรมศาสตร์ ที่ให้คำชี้แนะและแนว ทางการทำวิจัย ผู้วิจัยขอกราบขอบพระคุณ หลักสูตรวิศวกรรมอุตสาหการ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะ วิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา ที่เอื้อเฟื้อสถานที่การพัฒนาเครื่องพิมพ์ 3 มิติ สำหรบั ซีเมนตก์ ระดกู ชนิดเซ็ตตวั ได้เองเพ่ือใชผ้ ลิตเซรามิกทางการแพทย์ คณะผู้จัดทำขอกราบขอบพระคุณบิดา มารดา ที่ให้การสนับสนุนในด้านกำลังทรัพย์ และกำลังใจ ตลอดเรื่อยมา รวมถึงขอขอบคุณเพื่อน ๆ ทุกคนที่ให้ความช่วยเหลือในด้านต่าง ๆ นอกจากนี้ ยังมีบุคคลท่ี เกี่ยวข้องอีกหลายท่านที่ไม่ได้กล่าวนามของท่านในที่นี้ทั้งหมด ทางคณะผู้จัดทำโครงการขอขอบคุณท่าน ท้ังหลายไว้ ณ โอกาสน้ดี ้วย ผศ.มนวิภา อาวพิ นั ธุ์

สารบญั (4) บทคัดยอ่ ภาษาไทย หน้า บทคัดย่อภาษาองั กฤษ (1) กติ ติกรรมประกาศ (2) สารบัญ (3) สารบัญตาราง (4) สารบญั รูป (6) บทที่ 1 บทนำ (7) 1.1 ความเป็นมาและความสำคญั 1 1.2 วัตถปุ ระสงค์ของการวจิ ัย 5 1.3 ขอบเขตการวจิ ัย 5 1.4 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ 6 บทท่ี 2 แนวคดิ ทฤษฎี เอกสารและงานวิจยั ทีเ่ กย่ี วขอ้ ง 2.1 ความหมายของการพิมพ์ 7 2.2 ววิ ัฒนาการของการพิมพ์ 8 2.3 เทคโนโลยกี ารพิมพแ์ บบ 2 มิติ 12 2.4 การพมิ พ์ 3 มิติ 12 2.5 เคร่อื งพมิ พ์ 3 มติ ิ 14 2.6 วัสดุเซรามิก 19 2.7 วัสดทุ างการแพทย์ 26 2.8 ไฮดรอกซีอะพาไทต์ 28 2.9 กระบวนการผลิตเซรามิก 30 2.10 การตรวจสอบคุณสมบตั ิ 31 2.11 ซลิ ิโคน 33 2.12 เทคนคิ การพิมพ์แบบต่าง ๆ 34 2.13 การหดตวั 37 2.14 งานวจิ ัยทเี่ กี่ยวข้อง 40 บทท่ี 3 วิธดี ำเนินการวจิ ัย 3.1 วัตถดุ ิบทใี่ ชใ้ นการทดลอง 42 3.2 อปุ กรณ์ และเครื่องมือที่ใชใ้ นการทดลอง 42 33.3 ข้ันตอนการทดลอง 43

3.4 วธิ ีการทดลอง (5) 3.5 การทดสอบคณุ สมบตั ิทางกายภาพของเซรามกิ ชวี ภาพ 3.6 การเปรยี บเทยี บความแตกต่างระหว่างชนิ้ งานท่ีทำจากเคร่ืองพิมพ์ 3 มติ ิ 44 51 และชน้ิ งานแบบทวั่ ไป 54 บทท่ี 4 ผลการทดลองและอภิปรายผล 55 4.1 ผลการตรวจสอบคณุ สมบัตทิ างกายภาพ 66 4.2 การสร้างผลิตภัณฑท์ างการแพทย์ 71 4.3 สรุปผลการเผอ่ื ขนาดของระยะการหดตัวหลงั หลอ่ และหลงั การเผา 73 4.4 การวเิ คราะห์ต้นทุนการผลติ บทท่ี 5 สรปุ ผลการวิจัย 77 5.1 สรุปผลการทดลอง 78 5.2 ปญั หาที่พบในโครงการ 78 5.3 ขอ้ เสนอแนะในการใชง้ าน 79 บรรณานุกรม 80 ประวตั ผิ ้วู ิจยั

(6) สารบญั ตาราง ตารางท่ี หนา้ 4.1 ระยะการหดตวั หลังการพิมพ์และหลังการเผาท่อี ุณหภูมิ 1,100 องศาเซยี ลเซียส 72 4.2 ค่าพลังงานไฟฟา้ (ที่มา: อัตราคา่ ไฟฟา้ การไฟฟา้ ส่วนภูมิภาค 2558) 73 สารบัญแผนภมู ิ แผนภูมิที่ หน้า 4.1 ค่านำ้ หนักทสี่ ญู เสยี หลังการเผาผนึกจากการเติมไฮดรอกซีอะพาไทต์ 56 30 เปอรเ์ ซ็นตแ์ ละปนู ปลาสเตอร์ 70 เปอร์เซน็ ต์ 59 4.2 คา่ เปอรเ์ ซ็นต์การหดตวั ในแต่ละจุดของชิน้ งานจากการเติมไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอรเ์ ซ็นต์และแคลเซยี มซัลเฟตเฮมไิ ฮเดรต 70 เปอร์เซน็ ต์ 60 ท่อี ณุ หภูมิ 1,000 องศาเซลเซียส 4.3 คา่ เปอร์เซน็ ตก์ ารหดตวั ในแตล่ ะจุดของช้นิ งานจากการเติมไฮดรอกซีอะพาไทต์ 61 30 เปอรเ์ ซ็นต์และแคลเซยี มซลั เฟตเฮมไิ ฮเดรต 70 เปอรเ์ ซ็นต์ ท่อี ณุ หภมู ิ 1,050 องศาเซลเซยี ส 63 4.4 ค่าเปอร์เซ็นตก์ ารหดตวั ในแต่ละจดุ ของชน้ิ งานจากการเติมไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอร์เซน็ ตแ์ ละแคลเซียมซลั เฟตเฮมิไฮเดรต 70 เปอร์เซน็ ต์ 64 ทอี่ ุณหภมู ิ 1,100 องศาเซลเซยี ส 65 4.5 คา่ เปอรเ์ ซ็นต์การหดตัวในแต่ละจุดของชน้ิ งานจากการเติมไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอรเ์ ซน็ ตแ์ ละแคลเซียมซลั เฟตเฮมิไฮเดรต 70 เปอร์เซน็ ต์ ทอ่ี ุณหภมู ิ 1,150 องศาเซลเซียส 4.6 ค่าความหนาแน่นจากการเตมิ ไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอร์เซน็ ต์ และแคลเซียมซัลเฟตเฮมไิ ฮเดรต 70 เปอร์เซ็นต์ 4.7 ค่าความพรนุ ตัวจากการเตมิ ไฮดรอกซีอะพาไทต์ 30 เปอร์เซ็นต์ และแคลเซยี มซัลเฟตเฮมิไฮเดรต 70 เปอรเ์ ซ็นต์

(7) สารบญั รูป รปู ท่ี หน้า 2.1 กระบวนการพมิ พส์ ามมติ ิ เรม่ิ จากสร้างแบบจำลองในคอมพวิ เตอร์ 13 2.2 เคร่อื งเคร่อื งพมิ พ์แบบ 2 มิตแิ ละเครือ่ งพิมพ์แบบ 3 มิติ 15 2.3 การพิมพแ์ บบ 2 มิตแิ ละการพมิ พ์แบบ 3 มิติ 15 2.4 ไฟล์ของการพิมพ์ 3 มติ แิ ละช้ินงานหลังการพมิ พ์ 3 มติ ิ 16 2.5 ระบบฉดี เสน้ พลาสติก 16 2.6 ระบบถาดเรซิน่ 17 2.7 ระบบผงยิปซ่มั และสอี ิงค์เจท็ 18 2.8 ระบบหลอมผงพลาสติก, ผงโลหะ, เซรามิก 18 2.9 ผลิตภัณฑเ์ ซรามิก 19 2.10 ความแขง็ ในระดบั ตา่ ง ๆ แบบโมห์สเกล 21 2.11 ดนิ ขาว 23 2.12 เฟลด์สปาร์ 23 2.13 ดิกไคต์ 24 2.14 ผงไฮดรอกซีอะพาไทต์ 29 2.15 เครอื่ งสแกนแบบ 3 มิติ 34 2.16 ตง้ั ค่าและสัง่ พมิ พ์ดว้ ยเครือ่ งพมิ พ์ทใี่ ช้เทคนิคและวัสดุท่เี หมาะสมกับชนิ้ งาน 35 2.17 การขน้ึ รูปชน้ิ งานด้วยเคร่ืองพมิ พ์ 3 มติ ิ 35 2.18 การพมิ พ์ดว้ ยรงั สอี ลั ตราไวโอเลต 36 2.19 การพิมพ์ด้วยแสงเลเซอร์ 36 2.20 การพมิ พด์ ้วยการซ้อนแผ่นวสั ดุ 37 3.1 การเผาแคลไซนข์ องไฮดรอกซีอะพาไทต์ 44 3.2 ช้ินงานทอี่ อกแบบด้วยโปรแกรม โซลิดเวิรค์ 45 3.3 แบบช้ินงานทีน่ ำมาออกแบบด้วยโปรแกรมเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติ 45 3.4 การพมิ พช์ ้นิ งานด้วยเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติ 46 3.5 ชิ้นงานทีท่ ำจากเครอื่ งพมิ พ์ 3 มติ ิ 46 3.6 แม่พิมพท์ ไ่ี ด้จากการหลอ่ ซลิ ีโคน 47 3.7 แม่พมิ พ์ท่ีผ่านการหล่อดว้ ยไฮดรอกซีอะพาไทต์ทีผ่ สมกับแคลเซยี มซัลเฟตเฮมิไฮเดรต 47 3.8 ปริมาตรของชนิ้ งานก่อนการเผาผนกึ 48 3.9 ความยาวของแม่พมิ พ์ 48 3.10 ความยาวของช้ินงานหลงั การหลอ่ 48

(8) สารบญั รปู (ตอ่ ) รูปที่ หน้า 3.11 ช้ินงานทดสอบหลอ่ ด้วยไฮดรอกซีอะพาไทตท์ ีผ่ สมกบั แคลเซยี มซัลเฟตเฮมิไฮเดรต 49 3.12 จดุ ที่ใช้ในการทดสอบแผ่นลอ็ กเท้าแบบสี่เหล่ยี ม 49 3.13 จุดทใ่ี ช้ในการทดสอบแผน่ ลอ็ กเท้าแบบแอล 49 3.14 จดุ ทใ่ี ช้ในการทดสอบแผน่ ล็อกกระดูกเชิงกรานแบบตรง 49 3.15 จุดที่ใชใ้ นการทดสอบแผ่นลอ็ กกระดกู เชงิ กรานแบบโคง้ 50 3.16 ช้นิ งานทผ่ี า่ นการเผาผนกึ จากเตาไฟฟา้ แลว้ 50 3.17 ชนิ้ งานทดสอบกอ่ นการเผา 50 3.18 ช้ินงานทดสอบหลังการเผา 51 3.19 ทดสอบคุณสมบตั ินำ้ หนกั ทสี่ ญู หายหลงั การเผาของชน้ิ งาน 52 3.20 ขนาดความยาวของแมพ่ มิ พ์ 52 3.21 ความยาวของช้นิ งานหลงั การหลอ่ เสร็จ 53 3.22 การตม้ ชน้ิ ทดสอบโดยใช้เครอื่ ง ฮอทเพลท ในการให้ความรอ้ น 54 4.1 แบบชิ้นงานแสดงแต่ละจดุ ของแผ่นลอ็ กกระดกู เชิงกรานแบบตรง 57 4.2 แบบชนิ้ งานแสดงแต่ละจดุ ของแผ่นลอ็ กกระดูกเชิงกรานแบบโคง้ 57 4.3 แบบชิ้นงานแสดงแต่ละจดุ ของแผ่นลอ็ กเทา้ แบบสเี่ หลี่ยม 58 4.4 แบบชิ้นงานแสดงแตล่ ะจดุ ของแผน่ ล็อกเทา้ แบบแอล 58 4.5 ตัวอย่างจุดทเ่ี กดิ การเปลีย่ นแปลงของชิน้ งานท่อี ณุ หภูมิ 1,000 องศาเซลเซยี ส 59 4.6 ตวั อยา่ งจุดที่เกิดการเปลยี่ นแปลงของช้นิ งานทีอ่ ุณหภูมิ 1,050 องศาเซลเซยี ส 61 4.7 ตัวอย่างจุดทเี่ กดิ การเปลยี่ นแปลงของชิ้นงานท่อี ณุ หภูมิ 1,100 องศาเซลเซยี ส 62 4.8 ตวั อย่างจุดที่เกดิ การเปลย่ี นแปลงของชิน้ งานท่ีอุณหภูมิ 1,100 องศาเซลเซียส 62 4.9 ตัวอย่างจดุ ที่เกดิ การเปลย่ี นแปลงของชน้ิ งานที่อณุ หภมู ิ 1,150 องศาเซลเซยี ส 63 4.10 แผ่นลอ็ กกระดูกเชิงกรานแบบตรงท่เี พ่ิมขนาดโดยเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติ 67 4.11 แผ่นล็อกกระดกู เชงิ กรานแบบโค้งที่เพิ่มขนาดโดยเครอ่ื งพิมพ์ 3 มติ ิ 68 4.12 แผ่นลอ็ กเท้าแบบแอลทเ่ี พ่มิ ขนาดโดยเครือ่ งพิมพ์ 3 มติ ิ 68 4.13 แผน่ ลอ็ กเทา้ แบบสี่เหลีย่ มทเ่ี พม่ิ ขนาดโดยเครือ่ งพิมพ์ 3 มิติ 69 4.14 (ก) แมพ่ มิ พข์ องช้ินงานแบบหลอ่ (ข) แม่พมิ พข์ องชิ้นงานแบบหล่อทีเ่ พม่ิ ขนาด 70 4.15 การขึ้นรูปผลติ ภณั ฑด์ ว้ ยแมพ่ มิ พ์ 70 4.16 ผลิตภัณฑห์ ลังการเผาผนกึ 71

บทที่ 1 บทนำ 1.1 ความเป็นมาและความสำคญั ในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์ได้มีความตื่นตัวที่จะคิดค้น และพัฒนาวัสดุ ชีวภาพ (Biomaterial) เพื่อนำมาประยุกต์ใช้ทางด้านการแพทย์กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งวัสดุชีวภาพเหล่านี้ ได้ ช่วยยกระดับอุตสาหกรรมการดูแลสุขภาพสมัยใหม่ (modern health care) และคณุ ภาพชวี ติ ของมนุษย์ให้ดี ขึ้น ทั้งในด้านของการรักษา การกายภาพบำบัด รวมถึงการทดแทนส่วนหนึ่งส่วนใดของร่างกายเพื่อให้มนุษย์ สามารถเคลื่อนไหว และดำรงชีวิตอยไู่ ด้อย่างปกตทิ สี่ ุด เนอ่ื งมาจากวสั ดุเหลา่ นส้ี ามารถนำไปใช้กับร่างกายของ สิ่งมีชีวิตโดยปราศจากการขับออกจากส่วนที่มีการเสริมลงไป หรือการแทรกซ้อนของโรค และการเกิดความ เสียหายในระบบกล้ามเนื้อกระดูก อีกทั้งยังมีความเข้ากันได้ดีกับร่างกาย (biocompatibility) จึงทำให้ สามารถนำวัสดุชีวภาพมาใช้งานสำหรับฝังในร่างกายได้อย่างปลอดภัย และนำมาใช้งานในหลายภาคส่วน ด้วยกันอาทิเช่น ทางการแพทย์ได้นำมาทำเป็นกระดูกเทียมทดแทนกระดูกเดิมที่แตกหักเสียหาย ทางทันตก รรมไดน้ ำมาเปน็ ฟนั ปลอมเพอื่ ทดแทนฟันแทท้ ่ีเสยี ไป รวมถึงเพ่อื ความสวยงามในการใชง้ านเปน็ ต้น จากประวัติของการนำโลหะมาใช้ฝังในร่างกายมนุษย์ เพื่อทำหน้าที่เป็นอวัยวะเทียมหรือเพ่ือ จุดประสงค์ในการรักษาบางอย่างนั้น ย่อมต้องการความรู้ต่าง ๆ ที่ได้ทำการศึกษามาเป็นระยะเวลายาวนาน ดงั น้ันจงึ ต้องเรยี นรเู้ กย่ี วกับการนำวัสดุมาใช้กับร่างกายมนุษย์อย่างถี่ถ้วนก่อนนำไปใชฝ้ ่งั ในร่างการมนุษย์ การ พัฒนาวัสดุชวี ภาพ (Biomaterials) เพื่อนำมาประยุกตใ์ ช้ทางดา้ นการแพทยจ์ ึงได้เร่ิมต้นขนึ้ เม่ือประมาณ 50 ปี ที่ผ่านมาโดยเริ่มจากการนิยาม หรือการจำกัดความหมายของคำว่า วัสดุชีวภาพ (Biomaterials) ซึ่งได้ถูก จำกัดความโดยโดย Clemson Advisory Board ในการประชุมวัสดุชีวภาพนานาชาติครั้งที่ 6 วันที่ 20 - 24 เมษายน ค.ศ. 1974 ว่า “A biomaterial is a systemically, Pharmacologically inert substance designed for implantation within or incorporation with living system” ซึ่งมีความหมายว่า เป็นวัสดุ ที่มีความเฉื่อยต่อเนื้อเยื่อของร่างกายทั่วไป รวมทั้งความเฉื่อยทางเภสัชวิทยาด้วย หมายคว ามว่าต้องไม่มี คุณสมบตั เิ ป็นยาเม่อื นำวัสดุน้ันไปสว่ นใดส่วนหนึ่งของรา่ งกายวัสดุชีวภาพนี้รวมถึงวัสดุทใี่ ชใ้ นทางทันตกรรม เปา้ หมายของการใช้วัสดชุ ีวภาพ คอื การทำใหเ้ นอ้ื เย่ือและอวยั วะต่าง ๆ ของร่างกายทำหน้าทไี่ ด้อย่าง ปกติ คอื มสี มบตั ิต่างของวัสดุชีวภาพทฝี่ ังในร่างกายจะต้องมีสมบตั เิ ชิงกล และกายภาพทใ่ี กลเ้ คียงกับส่ิงท่ีวัสดุ ชีวภาพไปทดแทน จึงมีความสำคัญมากทีต่ ้องเข้าใจความสัมพนั ธ์ระหวา่ งคุณสมบตั ิ หน้าที่ และโครงสร้างของ วัสดุทางชวี วิทยา วัสดุทีฝ่ ังไวใ้ นร่างกาย และปฏิกิริยาทีเ่ กิดข้ึนระหว่างวัสดุกับเน้ือเย่ือร่างกาย และสิ่งสำคญั ที่ ต้องการทำศึกษาเกี่ยวกับวัสดุชีวภาพ คือ สมบัติเชิงกลของเนื้อเยื่อ ความเข้ากั นได้ของเนื้อเย่ือ (Biocompatibility) และปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างคุณสมบัติทั้งสอง โดยทั่วไปการศึกษานี้เรียกว่า ชีวเชิงกล (Biomechanics) เพื่อที่จะนำไปใช้ออกแบบของวัสดุทสี่ อดใส่เขา้ ไปในรา่ งกาย

2 การประยุกต์ชีวเชิงกลให้เข้ากับร่างกายเป็นสิ่งสำคัญในการผลิตวั สดุชีวภาพที่ใช้สำหรับทดแทน ชิ้นส่วนต่าง ๆ ในร่างการที่สูญเสียไป วัสดุชีวภาพต้องมีสมรรถภาพของวัสดุที่ฝังในร่างกายและต้องมีความ เชอื่ ถอื ได้ เช่น ปัจจัยท่ีสำคัญ 5 ประการท่ีเก่ียวข้องกบั การยึดตดิ ของหวั กระดูกต้นขาดว้ ยวสั ดชุ วี ภาพ คือ การ แตกหัก การสึกหรอ การหลวม การหลุดของโลหะ และการตดิ เชอื้ โรคหลังจากการฝ่ังวสั ดุชวี ภาพ ความสำเร็จ ของวัสดชุ วี ภาพทีใ่ ชฝ้ งั ในร่างกายมนุษย์นั้นข้ึนอยู่กับปจั จัย 3 ประการ คอื 1) คณุ สมบัตแิ ละความเข้ากันได้กับ เนื้อเยอ่ื ของวสั ดุท่ีฝังเข้าไป 2) ความทนทานของเนื้อเยื่อต่อวัสดุทฝ่ี ังเข้าไปในผู้ท่ีทำการฝงั วัสดุนั้นและ 3) การ ติดตามการเปลี่ยนแปลงของวสั ดุนั้น ดังนั้นความต้องการคุณสมบัติของการใส่แผ่นโลหะหรือเซรามิกชีวภาพท่ี ใส่ในรา่ งการมนุษย์ และเพ่ือติดตามการเปลยี่ นแปลงของวสั ดทุ ใี่ สใ่ นรา่ งกาย ประกอบไปด้วย 1) การยอมรับแผ่นโลหะโดยเนื้อเยื่อนั้น ๆ ซึ่งหมายถึงความเข้ากันได้ของเนื้อเยื่อ (Biocompatibility) 2) ต้องไม่มีพษิ และไมก่ ่อใหเ้ กดิ มะเรง็ 3) มีความเฉอ่ื ยทางเคมี และมีความทนทาน 4) มคี วามแขง็ แรงเชงิ กลเพียงพอ 5) มชี ว่ งการทำงานพอ ก่อนที่จะเกิดการล้า 6) มีการออกแบบทางวิศวกรรมที่แข็งแรง 7) มีน้ำหนกั และความหนาแน่นท่เี หมาะสม 8) มีราคาคอ่ นข้างถกู สามารถสร้างไดง้ ่าย และมีจำนวนมาก เซรามิกไฮดรอกซีอะพาไทต์ (Hydroxyapatite, HA; Ca10(PO4)6(OH)2) เป็นเซรามิกชีวภาพในกลุ่ม แคลเซียมฟอสเฟต (Calcium Phosphate Based Materials) มีส่วนประกอบคล้ายแร่ที่เป็นส่วนประกอบ ของกระดูกมนุษย์ ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นสารที่สกัดได้จาก 3 แหล่ง คือ 1) จากสารเคมี เช่น แคลเซียมไน เตรต และแอมโมเนียมฟอสเฟต เป็นต้น 2) จากปะการังโดยนำมาผ่านกระบวนการเปลี่ยนเป็นสารไฮดรอก ซีอะพาไทต์แต่ปะการังมีปริมาณน้อย และเป็นปัญหาด้านสิ่งแวดล้อม จึงไม่นิยมนำมาใช้ และ 3) จากกระดูก สัตว์ เช่น วัวควาย ช้าง ปลา สุกร รวมทั้งจากมนุษย์โดยมากนิยมใช้กระดูกวัวและควายมากกว่าเนื่องจากมี ปริมาณมาก และเป็นสัตว์ที่มนุษย์ใช้ประโยชน์อยู่แล้วทัง้ การใช้แรงงานและการบริโภค อีกทั้งไฮดรอกซีอะพา ไทต์ มีความเหมาะสมในการนำไปเป็นวัสดุที่ใช้งานในร่ายกายของสิ่งมีชีวิต (Biomaterials) ทั้งในด้านทันตก รรมและศัลยกรรมกระดูก (Orthopedic) ด้วยคุณสมบัติของแคลเซียมฟอสเฟต ช่วยให้กระดูกสามารถ เจริญเติบโตภายในได้ และสามารถเชอ่ื มต่อกับกระดูกรอบ ๆได้ดี และยงั ไมเ่ ปน็ อนั ตรายใดๆ ตอ่ รา่ งกายมนุษย์ อยา่ งไรก็ตามแมว้ ่าเซรามิก ไฮดรอกซีอะพาไทตจ์ ะเข้ากับร่างกายมนุษย์ไดเ้ ปน็ อย่างดี แต่มีข้อจำกัดอยู่ซึ่งก็คือ สมบัติทางกลของเซรามิกไฮดรอกซอี ะพาไทต์ค่อนข้างต่ำ จงึ ต้องมีการทำการวิจยั อยา่ งต่อเนอ่ื ง เพ่อื หาทางเพิ่ม คุณสมบตั ทิ างกลใหก้ ับเซรามกิ ชวี ภาพชนิดนี้ แต่จากคุณสมบัติ และความสามารถของเซรามิกชีวภาพ ทั้งในด้านของความเข้ากันได้ดีกับร่างกาย การทดแทนส่วนหนึ่งส่วนใดที่หายไปของร่างกาย รวมทั้งยังสามารถเพิ่มความสวยงามได้อีก จึงทำให้มีความ ตอ้ งการใช้วสั ดุชีวภาพเพิ่มมากในปริมาณมาก ซง่ึ พบวา่ เซรามกิ ชีวภาพสว่ นมากเปน็ ผลิตภณั ฑ์ท่ีตอ้ งนำเข้าจาก

3 ต่างประเทศแทบทั้งสิ้น ส่งผลให้ราคาของผลิตภัณฑ์เซรามิกชีวภาพ มีราคาต้นทุนที่สูง อีกทั้งหากต้องการ รูปร่างที่ซับซ้อน และเที่ยงตรงแล้วนั้น ราคาต้นทุนการผลิตก็ต้องสูงตามไปด้วย ดังนั้นแนวทางที่ สามารถ เปน็ ไปในการลดต้นทนุ ลดการสูญเสีย รวมถงึ ลดความเสย่ี งในการรักษาให้น้อยลง คือการศึกษา และผลิตวัสดุ เซรามิกชีวภาพขึน้ มาเองในประเทศโดยคำนึงถึงสมบัติที่จำเปน็ พื้นฐานในแต่ละการใช้งาน โดยเฉพาะอย่างยงิ่ คุณสมบัติทางด้านความแข็งแรง ซึ่งสามารถลดทั้งในส่วนของต้นทุน และความเสี่ยงในการรักษาให้น้อยลงได้ จงึ น่าจะสง่ ผลให้ประชาชนผู้มีรายได้นอ้ ยท่วั ไปสามารถเข้าถึง และใชง้ านวสั ดุเซรามิกชีวภาพได้มากข้ึนเพื่อเป็น การพัฒนาคุณภาพชีวิตของประชากรให้สูงขึ้นตามไปด้วยนอกจากน้ันแลว้ การพัฒนาวัสดุเซรามิกชีวภาพชนดิ ใหม่ยังเป็นงานที่ท้าทายในปัจจุบัน ดังนั้นจึงเป็นแนวทางที่ดีในการศึกษาวิจัยพัฒนาเซรามิกชีวภาพ ที่มี ศักยภาพในการนำมาใชเ้ ปน็ วสั ดทุ างการแพทย์ อีกปัญหาหนึง่ ซง่ึ มีความสำคญั มากในการใช้งานวัสดุเซรามิกชีวภาพ ไดแ้ ก่การขึน้ รปู ชน้ิ งานผลิตภัณฑ์ ให้มีความแมน่ ยำและมีขนั้ ตอนการข้ึนรปู ท่นี ้อยท่ีสดุ และเวลาในการขึ้นรูปสั่นทส่ี ดุ ซ่งึ ปจั จุบันทีมงานวิจัยของ มหาวทิ ยาลยั เทคโนโลยรี าชมงคลลา้ นนา ไดม้ ีการศึกษาและพฒั นาวัสดุเซรามิกชีวภาพ มาตั้งแตป่ ี พ.ศ. 2550 จนประสบความสำเร็จสามารถผลิตวัสดุเซรามิกชีวภาพ จากการรับทุนวิจัยกลุ่มเรื่องเทคโนโลยีอุตสาหกรรม ด้านวัสดุนาโน จากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติมาอย่างต่อเนื่อง ติดต่อกันตั้งแต่ปี พ.ศ.2555 จนถึง ปัจจุบัน ผลงานการพัฒนาวัสดุเซรามิกชีวภาพเพื่อประยุกต์เป็นวัสดุทางการแพทย์ดังกล่าวเคยได้รับรางวัล นวัตกรรมจากสภาวิจัยแหง่ ชาติ ประจำปี 2557 นอกจากน้ยี งั มีรางวัลเหรียญทองจากงานประกวดส่ิงประดิษฐ์ ในงาน SIIF2014 ณ กรุงโซล ประเทศเกาหลีใต้ และสทิ ธิบัตรการประดิษฐ์เร่ือง “การประดษิ ฐ์เซรามิกชีวภาพ ด้วยเทคนิคการผสมแบบสองขั้นตอนเพื่อใช้เป็นกระดูกเทียมที่มีคุณสมบัติทางแม่เหล็ก” และสิทธิบัตรการ ประดิษฐ์เรื่อง “การประดิษฐ์เซรามิกชีวภาพไฮดรอกซีอะพาไทต์ผสมแม่เหล็กเพื่อใช้เป็นกระดูกเทียมที่มี คุณสมบัติทางแม่เหล็ก” และบทความวิชาการที่ตีพิมพ์ในวารสารวิชาการระดับนานาชาติอีกจำนวนมากกว่า 10 ฉบับ ที่การันตีความสามารถของผลงานวิจัยการพัฒนาวัสดุเซรามิกชีวภาพเพื่อประยุกต์เป็นวัสดุทาง การแพทย์ที่พัฒนาโดยคณะผู้วิจัย ที่สามารถผลิตวัสดุเซรามิกชีวภาพที่มีต้นทุนการผลิตที่ต่ำ ใช้องค์ความรู้ท่ี พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยไทยอย่างแท้จริง โดยสามารถพัฒนาซีเมนต์กระดูกชนิดเซ็ตตัวได้เองเพื่อใช้ผลิตเซรามิก ทางการแพทย์ไดส้ ำเร็จ ดงั นน้ั โครงการวิจยั นี้จึงได้ทำการศึกษาและออกแบบ รวมถึงพัฒนาตน้ แบบเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติ ที่สามารถขึ้นรูปกระดูกเทียมด้วยซีเมนต์กระดูกชนิดเซ็ตตัวเองได้เพื่อประโยชน์ทางด้านการลดเพื่อลด ขั้นตอนของการผลิตกระดูกเทียมเพื่อใช้ในทางการแพทย์ ศึกษากลไกการแน่นตัวของผลิตภัณฑ์ให้สามารถ แสดงสมบัติทางกลที่ดีขึ้นผ่านทางเทคนิควิศวกรรมโครงสร้างจุลภาค เป็นหลัก โดยในโครงการวิจัยนี้จะเน้น การศึกษาโครงสร้างจุลภาคและสมบัติทางกลของไฮดรอกซีอะพาไทต์เซรามิก โดยการใช้วัตถุดิบ ภายในประเทศไทยเป็นหลัก โดยการควบคุมกระบวนการเผา เลือกใช้ชนิด (เฟส) ขนาดอนุภาค หรือรูปแบบ (สนั ฐาน) รว่ มกบั การใช้เทคโนโลยนี าโนคอมโพสิตเข้ามาประยุกต์เพ่ือพัฒนาสมบัตเิ ชิงกลของเซรามิก และผลิต ต้นแบบกระดูกเทียมเซรามิกที่มีไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองค์ประกอบหลักด้วยเทคนิคเครื่องพิมพ์สามมิติเพื่อ ประยุกตใ์ ช้ตอ่ ยอดทางคลินิก ในการทดสอบประสทิ ธิภาพความปลอดภยั ทางด้านการใชง้ านจริงทางการแพทย์

4 โดยร่วมมือวิจัยกับทีมงานสัตวแพทย์ และแพทย์ทางศัลยกรรมกระดูกที่เชี่ยวชาญ ผู้ซึ่งมีความต้องการในการ นำผลิตภัณฑ์ตน้ แบบไปใชง้ านจริง ในช่วงหลายปีท่ีผา่ นมาได้มีการศึกษาและค้นควา้ เก่ียวกบั วสั ดุทางการแพทย์จากเซรามิกชีวภาพอย่าง กว้างขวาง การศึกษาเหล่านี้นำไปสู่การค้นพบวัสดุเซรามิกที่มีสมบัติทางเคมีที่มีความเป็นไปได้ในการนำมาใช้ เป็นวัสดุทางการแพทย์ เพื่อใช้เป็นแนวทางในการผลิตอวัยวะเทียม ดังนั้นวัสดุเซรามิกชีวภาพจึงเข้ามามี บทบาทสำคญั ในทางการแพทย์และได้นำมาใช้ในการศึกษางานวิจัยและพฒั นา แต่ยงั ไม่สามารถนำมาใช้ได้จริง เน่ืองจากเซรามิกส่วนใหญ่จะเกิดการหดตัวหลังการเผา และยังขาดคุณสมบัติในด้านต่าง ๆ ดังนั้นจึงมีการ พัฒนาและหาวัสดุเซรามิกชีวภาพทีม่ ีคุณสมบัติใกล้เคียงกับอวัยวะมนษุ ย์มากที่สุด โดยอาศัยกระบวนการต่าง ๆ เพอ่ื ใหไ้ ด้วสั ดทุ างการแพทย์ท่ีมีคุณสมบัตติ รงตามความต้องการตอ่ การใช้งาน ไฮดรอกซีอะพาไทต์จัดเป็นวัสดุทางการแพทย์ชนิดหนึ่ง ที่นักวิทยาศาสตร์ให้ความสนใจเป็นอย่างย่ิง เพราะมีคุณสมบตั ิเด่นทีห่ ลากหลายและจดั เป็นวัสดุเซรามิกชวี ภาพท่ีนิยมนำมาใช้ในทางการแพทย์เน่ืองจากมี ส่วนประกอบคล้ายกับแร่ธาตุในกระดูกของมนุษย์ แต่การนำไฮดรอกซีอะพาไทต์มาขึ้นรูปเพื่อสร้างวัสดุทาง การแพทย์ เมื่อถึงขั้นตอนในการเผาผลึก ไฮดรอกซีอะพาไทต์จะเกิดการหดตัวเนื่องจากเกิดการเปลี่ยนแปลง คุณสมบัติ หลังจากการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงทำให้ชิ้นงานเกิดการผิดรูป จึงได้มีการสร้างชิ้นงานโดยการนำ ชนิ้ งานมาขน้ึ รูป ให้มขี นาดและรปู รา่ งทีใ่ หญข่ ึ้นกวา่ ต้นแบบจากนั้น จึงนำมาทำแมพ่ ิมพ์และทำการหล่อช้ินงาน ต้นแบบท่ีมีความซับซ้อน และมีขนาดที่เล็กจะทำให้ใช้เวลานานในการตกแต่ง เพื่อให้ได้ขนาดและรูปร่างที่ ต้องการทำใหส้ น้ิ เปลืองทั้งวัสดุและเวลาในการสรา้ งเปน็ อยา่ งมาก จากปัญหาข้างต้นทางผู้จัดทำจึงได้เห็นความสำคัญของการสร้างชิ้นงานต้นแบบที่จะนำไปสร้าง แม่พิมพ์ ผู้จัดทำจึงสนใจที่จะนำเทคโนโลยีเครื่องพิมพ์ 3 มิติโดยจะใช้เครื่องพิมพ์3 มิติรุ่น เอเน็ต เอแปด เครื่องพิมพ์ 3 มิติ พลูซ่า ไอสาม ดีไอวาย และเครื่องพิมพ์ 3 มิติ รุ่น ดาวินชี่ หนึ่งจุดศูนย์เอ มาใช้ในการสร้าง โมเดลเพื่อใช้ในการปรับขนาดให้พอดีกับการหดตัวของชิ้นงาน โดยผู้จัดทำจะนำชิ้นงานต้นแบบมาสร้างแบบ พิมพแ์ ละนำสารไฮดรอกซีอะพาไทต์ มาทำการขึ้นรปู จากนั้นนำช้ินงานมาเผาผนึกท่ีอุณหภมู ิ 1,000 ถึง 1,200 องศาเซลเซียส และนำชิ้นงานไปทำการทดสอบตามมาตรฐาน American Society for Testing and Materials (ASTM) เพื่อนำค่าที่ได้ไปทำการวิเคราะห์ข้อมูลแล้วนำค่าที่ได้มาทำการคำนวณโดยจะนำมาใช้ใน การเปรียบเทียบคุณสมบัติในด้านต่าง ๆ ของช้ินงานที่ทำมาจากเซรามิกชีวภาพ เพื่อที่จะนำมาประยุกต์ใช้ใน การผลติ วสั ดุทางการแพทย์ตอ่ ไป

5 1.2 วตั ถปุ ระสงคข์ องการวิจัย 1 เพอ่ื พฒั นาวสั ดุซีเมนต์กระดูกเซรามิกท่ีมีไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองค์ประกอบหลักให้มีคุณสมบัติทาง กล และทางกายภาพให้เหมาะสมกบั การใช้งานทางการแพทย์ และสตั วแพทย์ 2 เพื่อพัฒนาและสร้างต้นแบบเครื่องพิมพ์เซรามิกสามมิติในขั้นตอนการขึ้นรูปวั สดุเซรามิกเพื่อ ประยกุ ต์ใช้ทางการแพทย์ และสตั วแพทย์ 3 เพ่ือผลิตต้นแบบกระดูกเทียมเซรามกิ สำหรับประยุกตใ์ ช้ทางการแพทย์ และสัตวแพทย์ 4 เพื่อทดสอบคุณสมบัติทางกายภาพ และสมบัติทางกลพื้นฐานของกระดูกเทียมเซรามิกที่ผลิตได้จาก งานวิจัย 5 ศึกษาความเป็นไปได้ในการใช้งาน และสรา้ งองคค์ วามร้ใู หมซ่ ่งึ เปน็ ของคนไทย 6 เพ่ือสง่ เสริมการใชป้ ระโยชนจ์ ากวตั ถุดบิ ภายในประเทศเพ่ือทดแทนการนำเข้าจากต่างประเทศ 1.3 ขอบเขตการวจิ ัย ในงานวิจัยนี้เป็นการพัฒนาวัสดุเซรามิกที่มีไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองค์ประกอบหลัก ศึกษาถึง อิทธิพลต่างๆ มีต่อการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ และทางกลของวัสดุเซรามิก พัฒนาและสร้างต้นแบบ เครื่องพิมพ์เซรามิกสามมิติเพื่อใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ต้นแบบกระดูกเทียม ซึ่งจะช่วยลดขั้นตอน และ ระยะเวลาในการผลิตกระดูกเทียม อีกทั้งยังสามารถนำไปใช้ประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ และสัตวแพทย์ได้เป็น อย่างดี 1. พฒั นาคณุ สมบัติทางกายภาพ และทางกลของวสั ดุเซรามิกทม่ี ีไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็นองคป์ ระกอบ หลัก โดยการเติมอนภุ าคเซอร์โคเนยี และซิลิกา้ เพือ่ ให้มีคุณสมบตั ิเหมาะสมในการนำไปใช้งาน ทางการแพทย์ และสตั วแพทย์ 2. ศึกษากลไกการแน่นตัวของผลติ ภัณฑ์ให้สามารถแสดงสมบตั ทิ างกลท่ีดขี นึ้ ผา่ นทางเทคนิควิศวกรรม โครงสรา้ งจลุ ภาค ดว้ ยกลอ้ งจุลทรรศอิเล็กตรอนแบบส่องกราด (Scanning Electron Microscopy; SEM) 3. ศกึ ษาเฟสองค์ประกอบของวสั ดเุ ซรามิกที่ทำการพฒั นาเพอ่ื วเิ คราะหถ์ ึงโครงสรา้ งสัญฐานของเซรามิ กด้วยเทคนิคเอ็กซเรย์ XRD และ XRF 4. ศึกษากลไกการแน่นตัวของเซรามิกด้วยเทคนิคทางความร้อนที่อุณหภูมิ 1,200-1,500 องศา เซลเซียส ทงั้ ในบรรยากาศปกติ และในสญุ ญากาศ 5. พัฒนาและสรา้ งตน้ แบบเครอ่ื งพิมพ์เซรามกิ สามมติ ิ โดยสามารถฉีดของเหลวเซรามกิ ได้ซง่ึ ใช้ โปรแกรมทางคอมพิวเตอรม์ าชว่ ยในการออกแบบ 6. ศึกษาและสรา้ งต้นแบบกระดกู เทยี มเซรามิก ด้วยเครื่องพมิ พเ์ ซรามิกสามมติ ิ 7. ทดสอบคุณสมบตั ทิ างกายภาพ และคุณสมบัติทางกลที่จำเปน็ พนื้ ฐานสำหรบั การใชง้ านเปน็ กระดูก เทียมจากตน้ แบบกระดกู เทยี มเซรามกิ ท่ีไดจ้ ากงานวจิ ยั

6 8. ศกึ ษาและสรา้ งตน้ แบบกระดูกเทยี ม โดยใชส้ ว่ นของกรดูกท่ไี ดจ้ ากงานวิจัย ร่วมกบั แพทย์ และสตั ว แพทย์ท่เี ช่ยี วชาญ ผูซ้ ง่ึ มคี วามตอ้ งการในการนำผลิตภัณฑ์ตน้ แบบไปใชง้ านจริง 9. ศกึ ษาต้นทนุ จดุ คมุ้ ทนุ และระยะเวลา ในการผลติ กระดูกเทยี ม เพอ่ื นำไปใช้งานทางการแพทย์ และ สัตวแพทย์ 1.4 ประโยชน์ทค่ี าดว่าจะได้รบั 1. ลดตน้ ทนุ การผลิตวัสดุ และเคร่อื งมือทางการแพทยอ์ ย่างไดผ้ ล 2. สามารถผลิตผลติ ภัณฑว์ สั ดุทางการแพทยท์ ี่มศี กั ยภาพ

บทที่ 2 แนวคดิ ทฤษฎี เอกสารและงานวิจัยทเ่ี กี่ยวขอ้ ง 2.1 ความหมายของการพิมพ์ คำว่า “พิมพ”์ หมายความถึงการผลติ ขอ้ ความและภาพโดยใช้ตวั พิมพ์ แม่พมิ พ์หรอื แบบพมิ พซ์ ่ึงถูกทา หรือฉาบด้วยหมึกแล้วกดทับลงบนวัสดุที่ต้องการพิมพ์ เช่นกระดาษ ผ้า ตามความหมายในพจนานุกรมฉบับ ราชบณั ฑติ สถานพ.ศ. 2542 คอื การใชเ้ ครือ่ งจักรกดตัวหนังสือหรือภาพให้ตดิ ลงบนวัตถุ เชน่ กระดาษผา้ และ การทำให้เป็นตวั หนงั สือหรือรปู รอยอย่างใด ๆ โดยการกดหรอื การใช้พมิ พ์หนิ เครื่องกลวิธีเคมีหรือวิธีอื่นใดอัน อาจให้เกิดเปน็ สิง่ พมิ พ์ข้นึ มาหลายสำเนา ส่วนคำวา่ “การพมิ พ์” หมายความถงึ การผลิตสำเนาขอ้ ความและภาพลงบนวสั ดุท่ตี ้องการพมิ พ์ เช่น กระดาษ ผ้า ตามความหมายในพระราชบัญญตั ิการพิมพ์ พ.ศ. 2484 คือ การทำให้เป็นตัวหนังสือหรือรูปรอย อยา่ งใด ๆ โดยการกดหรือการใช้พิมพห์ ิน เครอื่ งกล วธิ เี คมี หรอื วธิ ีอน่ื ใดให้เกิดเป็นส่ือพิมพ์ขึ้นหลายสำเนาคำ วา่ \"การพมิ พ์\" มผี ู้ให้คำจำกดั ความไว้หลายทศั นะ คือ ลิชชีน่ี ( 2516 : 182 ) ได้แสดงความหมายของการพิมพ์ไว้ว่า \"เป็นวิธีการใช้แรงกดให้หมึกติด เป็น ข้อความหรือภาพ บนพื้นผิวของสิ่งที่ต้องการพิมพ์\" ซ่ึงความหมายของการพิมพ์ในทัศนะนี้จะเน้นเฉพาะการ พมิ พท์ ต่ี ้องอาศัยแรงกดเท่าน้นั แต่ในกระบวนการพิมพป์ ัจจุบันบางระบบไม่จำเปน็ ต้องอาศยั แรงกดเลยก็ได้ มิลลี ( 2517 : 190 ) ได้ให้ความหมายของการพิมพ์อย่างกว้าง ๆ ว่า \"หมายถึงกรรมวิธีใด ๆ ในการ จำลองภาพ หรือสำเนาภาพ หรือหนังสือจากต้นฉบับในลักษณะสองมิติแบนราบทั้งนี้รวมถึงการพิมพ์ผ้า การ พมิ พก์ ระดาษปิดฝาผนังและการอัดรูป\" กำธร สถิรกุล ( 2515 : 177) กล่าวว่า \"การพิมพ์ คือ การจำลองต้นฉบับอันหนึ่งจะเป็นภาพหรือ ตัวหนังสือก็ตาม ออกเป็นจำนวนมาก ๆ เหมือนกันบนวัสดุที่เปน็ พื้นแบนหรอื ใกล้เคียงกับพื้นแบน ด้วยการใช้ เครื่องมอื กล\" พระราชบัญญัติการพิมพ์ พุทธศักราช 2484 ซึ่งใช้อยู่ในปัจจุบันได้ใหค้ ำจำกัดความของคำว่า \"พิมพ์\" ไว้ว่า \"ทำให้เป็นตัวหนังสือหรือรูปรอยใด ๆ โดยการกดหรือการใช้พิมพ์หินเครื่องกลวิธีเคมี หรือวิธีอื่นใดอัน อาจใหเ้ กดิ เป็นสงิ่ พิมพ์ข้นึ หลายสำเนา\" จากความหมายของการพิมพ์ที่ยกมาทั้งหมดนี้จะเห็นได้ว่าขอบข่ายของงานพิมพ์เป็นประดิษฐ์การซ่ึง มุ่งหมายที่จำลองภาพต้นฉบับ ได้แก่ ภาพวาด ภาพถ่าย ตัวอักษร ให้เกิดเป็นชิ้นงานที่มีลักษณะ เหมือนภาพ ต้นฉบับ ในปริมาณมาก ๆ บนพื้นผิวของวัสดุหลาย ๆ ชนิดซึ่งจะพบการพิมพ์ที่ปรากฏในอุปกรณ์ในการ ดำรงชีวติ (ทองเตมิ เสมรสุต, 2517 : 54) ไดแ้ ก่ บรรจุภัณฑ์ ชนดิ ตา่ ง ๆ ไมว่ ่าจะเป็นบหุ ร่ี ยาสีฟันกระดาษเช็ด มอื กาแฟ นม ฯลฯ เคร่อื งน่งุ หม่ และใช้สอยทั้งผ้าและพลาสติกท่ีปรากฏลวดลายจากการพิมพ์ เครอ่ื งใชใ้ นบ้าน ที่พิมพ์โดยวัตถุนานาชนิดทั้งเหล็กและสารผสม เช่น หน้าปัดมาตรวัดความเร็วของรถยนต์อุปกรณ์ วิทยุและ โทรทัศน์จนถงึ การพิมพ์เพ่ือเปน็ สอ่ื แจง้ ขา่ วสาร ความรู้ ความบนั เทิง การโฆษณาและประชาสัมพันธ์

8 สรปุ ความหมายการพมิ พ์ น้ันเป็นการจำลองตน้ ฉบบั อนั หนงึ่ ต้นฉบับน้จี ะเปน็ ภาพหรือเปน็ ตวั หนังสือก็ ตามการพิมพ์ไม่ได้เป็นการสร้างต้นฉบับ แต่เป็นการจำลองต้นฉบับออกมาการถ่ายรูปเป็นการสร้างต้นฉบับ ไมใ่ ชก่ ารพิมพ์ แต่การอดั รูปเป็นการจำลองตน้ ฉบบั เป็นการพมิ พ์การจำลองน้ีจะต้องเป็นการจำลองจำนวนมาก ๆ ไม่ใช่การเขียนลอกแบบภาพออกมาทีละภาพซึ่งไม่เป็นการพิมพ์ภาพแต่ละแผ่นที่จำลองออกมาต้องเหมือน ๆ กัน การจำลองนั้นจะต้องจำลองบนวัตถุที่เป็นพื้นแบนหรือใกล้เคียงกับพื้นแบน แม้การพิมพ์บนขวดบน หลอดยาสฟี ันทีแ่ มเ้ ปน็ รปู แลว้ จะไม่มีลักษณะแบนทีเดียว แต่พน้ื ผิวทพี่ มิ พ์เรยี บแบนไม่ขรุขระ 2.2 ววิ ฒั นาการของการพิมพ์ วิวัฒนาการการพิมพ์เริ่มจากยุคโบราณเมื่อมนุษย์รู้จักการสื่อสารกันด้วยการวาดภาพ การเขียน สญั ลักษณ์เปน็ รูป ซงึ่ ต่อมาไดพ้ ัฒนาเป็นตวั อักษรภาพ แลว้ จึงเปน็ ตวั อกั ษรการพิมพ์ไดเ้ ริ่มตน้ ขน้ึ ในประเทศจีน ได้มีการสร้างแม่พิมพ์โดยแกะสลักตัวอักษรหรือภาพลงบนท่อนไม้ ก้อนหิน งาช้าง หรือกระดูกสัตว์แล้วนำ แม่พิมพ์ที่ได้ไปกดลงดินเหนียว ขี้ผึ้ง หรือครั่งปรากฏเป็นตัวอักษรหรือภาพตามแม่พิมพ์ เมื่อมีการคิดค้นทำ กระดาษขึน้ การพิมพ์ก็ได้พฒั นาขึน้ ตามลำดบั 2.2.1 ววิ ฒั นาการการพมิ พพ์ ื้นนนู ประมาณปี ค.ศ. 170 ชาวจนี ไดม้ กี ารคัดลอกตำราและรูปโดยแกะสลักตัวอกั ษรและรปู บนแผ่นหินให้ สว่ นท่เี ปน็ ตวั อกั ษรหรือลายเสน้ นูนขน้ึ แล้วนำเอากระดาษมาทาบ ใช้ถา่ นมาถจู นเกดิ ภาพตวั อักษรบนกระดาษ ประมาณปี ค.ศ. 400 ชาวจีนช่ือ ไหวต่ ัง ได้คดิ ค้นทำหมึกได้สำเร็จ จงึ มีการนำตราประทับซึ่งทำโดยการนำเอา ก้อนไม้หรือก้อนหินมาแกะทำเป็นแม่พิมพ์ จุ่มหมึกแล้วประทับบนกระดาษ และวัสดุอื่นๆ จากการทำตรา ประทับเล็ก ๆ ได้มีการทำแม่พิมพท์ ี่ใหญ่ขึ้นมีข้อความและภาพมากขึน้ สามารถนำแม่พิมพ์ดังกลา่ วมาจุม่ หมึก ทำสำเนาบนวัสดุใช้พิมพ์ตา่ ง ๆ ได้เป็นจำนวนมาก ๆ การพิมพ์ลักษณะนี้เรียกว่าการพิมพ์บล็อกไม้ ต่อมาในปี ค.ศ. 1040 มีชาวจนี ชอ่ื ไป่เช็ง ได้คดิ ค้นแกะตวั อกั ษรบนแท่งดินเหนยี วเปน็ ตัว ๆ ทำใหแ้ ข็งโดยการผงึ่ แดดแล้ว นำไปเผา เมื่อต้องการใช้ก็นำแท่งดินเหนียวที่มีตัวอักษรที่เกี่ยวข้องมาเรียงเป็นข้อความที่ต้องการ แล้วใช้เป็น แม่พิมพ์สำหรับพิมพ์ ในปี ค.ศ. 1400 ชาวเกาหลีได้คิดค้นประดิษฐ์ตัวพิมพ์ทำจากโลหะผสมระหว่างทองแดง กบั ดีบกุ ได้สำเร็จ ทำให้ตัวพิมพ์มีความแข็งแรงมากขน้ึ ทางด้านยโุ รป ในปี ค.ศ. 1455 นายโยฮัน กเู ตนเบิร์ก ได้ ประดิษฐ์ตัวพิมพ์โลหะผสมได้สำเร็จเช่นกัน นายกูเตนเบิร์กยังได้พัฒนาเครื่องพิมพ์ หมึกพิมพ์ กระดาษที่ใช้ พิมพ์และกรรมวิธีในการพิมพ์ให้ดีขึ้นเรื่อย ๆ จึงได้รับการยกย่องเป็น “บิดาแห่งการพิมพ์” การพิมพ์พื้นนูนท่ี เรียกเล็ตเตอร์เพรสส์ จึงเป็นที่นิยมกันมากขึ้นมีการตั้งโรงพิมพ์ขึ้นตามเมืองใหญ่ ๆ และเผยแพร่สู่ประเทศ อเมรกิ า เนื่องจากการเรยี งพมิ พ์ด้วยมือต้องใช้แรงงานและใช้เวลามาก จงึ มกี ารคิดค้นใช้เคร่ืองเรียงตัวอักษรซึ่ง ใช้ความร้อนหลอ่ ตัวพิมพ์จึงเรียก “ตัวพิมพ์แบบร้อน” ที่มีชื่อเสียงคือ เครื่องเรียงไลโนไทป์ซึ่งจะทำการเรียงที ละบรรทัด นิยมใช้ในงานทำแม่พิมพ์หนังสือพิมพ์และเครื่องเรียงโมโนไทป์ ซึ่งเป็นเคร่ืองที่เรียงออกมาเป็นตัว ต่อกันเป็นบรรทัด นิยมใช้ในงานทำแม่พิมพ์หนังสือ ใน ค.ศ. 1898 ได้มีการประดิษฐ์เครื่องเรียงพิมพ์ด้วยแสง ขึ้นใช้สร้างตัวพิมพ์แบบ “ตัวพิมพ์แบบเย็น” นอกจากนี้ยังมีการพัฒนาแม่พิมพ์พื้นนูนแบบแผ่นด้วยการใช้วิธี ฉายแสง โดยใชน้ ้ำยาไวแสงฉาบลงบนแผ่นโลหะทใ่ี ช้เป็นแมพ่ ิมพท์ ำให้การทำแม่พมิ พ์สะดวกขน้ึ

9 เครื่องจักรที่ใช้พิมพ์แบบพื้นนูนในยุคแรก ๆ อาศัยแรงงานในการทำงานเป็นหลักเป็นเครื่องแบบง่าย ๆ ไม่ซบั ซอ้ น ต่อมาไดม้ ีการพัฒนาเคร่ืองพิมพ์ให้ดีขึ้นเร่ือย ๆ ในปี ค.ศ. 1799 ไดม้ ีนกั ประดษิ ฐ์ชอ่ื นายวลิ เลียม นิโคลสันได้ประดิษฐ์เครื่องพิมพ์ที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำในการทำงานได้สำเร็จ ในช่วงแรกเครื่องพิมพ์มีลักษณะ เป็นการป้อนกระดาษแบบแผ่น เมื่อมีความต้องการงานพิมพ์ให้รวดเร็วขึ้น จึงได้มีการคิดค้นประดิษฐ์ เครื่องพิมพ์ที่ป้อนกระดาษแบบเป็นม้วนได้สำเร็จ ต่อมาได้มีการทำแม่พิมพ์ผิวที่นูนเป็นยางธรรมชาติและใช้สี ย้อมอะนิลีนเป็นหมึกในการพิมพ์จึง เรียกชื่อว่า การพิมพ์อะนิลีน เมื่อสีอะลินินถูกห้ามใช้เนื่องจากมีพิษจึง เลือกใช้หมึกชนิดอื่นและตั้งชื่อการพิมพ์แบบนี้ใหม่ว่า เฟล็กโซกราฟีระบบเฟล็กโซกราฟีมีการพัฒนาในเวลา ต่อมามีการใชย้ างสงั เคราะห์แทนยางธรรมชาติ ใชห้ มกึ แหง้ เร็วและนำลูกกล้ิงแอนิล็อกซ์มาช่วยในการจ่ายหมึก ไปยงั แมพ่ ิมพ์ ซ่งึ เปน็ ส่วนสำคัญของระบบเฟลก็ โซกราฟที ใ่ี ชม้ าจนปัจจบุ ัน 2.2.2 วิวัฒนาการการพมิ พ์พนื้ ลึก ลกั ษณะการพิมพ์พืน้ ลึกจะต่างกับการพิมพ์พ้ืนนนู ตรงท่ีส่วนท่ีเป็นภาพ ทีต่ อ้ งการให้ปรากฏหมึกพิมพ์ จะเป็นร่องลึกลงไปในแม่พิมพ์เพื่อขังหมึกไว้ส่งผ่านให้วัสดุใช้พิมพ์ต่อไป ชาวจีนเป็นผู้ริเริ่มการพิมพ์ด้วย กรรมวิธีนี้ โดยแกะท่อนไม้เปน็ รอ่ งลกึ และใชเ้ ปน็ แม่พมิ พต์ ้ังแตค่ ริสต์ศตวรรษท่ี 1 ตอ่ มาชาวอิตาลชี อ่ื มาโช ฟินิ เกอรา ได้ใช้แผน่ ทองแดงเป็นแม่พิมพ์แทนท่อนไม้แบบของชาวจนี ในยุคนนั้ ไดม้ ีการใช้พมิ พ์ภาพเหตุการณ์ต่าง ๆ ในประวัติศาสตร์และภาพทางศาสนา โดยมีการเรียกกรรมวิธีการพิมพ์นี้ว่า การพิมพ์อินทาโย ในช่วงแรก การทำแม่พิมพ์ใช้วิธีแกะสลักบนแผ่นโลหะ ต่อมาได้ใช้วิธีการเคลือบแผ่นโลหะด้วยสารที่ทนการกัดกร่อนของ กรด โดยใช้เหล็กขูดสารเคลือบบริเวณส่วนที่ต้องการสร้างภาพแล้วใช้กรดกัดจนเกิดเป็นร่องลึกตามบริเวณท่ี ถกู ขูด จากนน้ั ก็มกี ารพัฒนาโดยการกัดแมพ่ ิมพ์โลหะหลุมเล็ก ๆ กระจายตามความเข้มที่ต้องการลงหมึกทำให้ เกดิ ได้ภาพที่มีมิตขิ น้ึ ในปี ค.ศ. 1844 นายวิลเลียม เฮนรี ฟอกซ์ ทาลบอท ได้นำเทคนคิ การสร้างภาพผา่ นแผ่นสกรนี กระจก มาทำแม่พมิ พ์โลหะและเรียกกรรมวธิ นี ้วี ่า โฟโตกราวัวร์ การพฒั นาระบบกราวัวร์มีอย่างต่อเนื่อง และสามารถ ประดิษฐ์เครื่องกราวัวร์ป้อนกระดาษแบบม้วนด้วยความเร็วสูง ซึ่งเรียกว่า โรโตกราวัวร์ ในปี ค.ศ. 1880 และ ต่อมาก็ได้มีการประดิษฐ์เครื่องกราวัวร์แบบป้อนแผ่นขึ้นในปี ค.ศ. 1913 การพิมพ์กราวัวร์ยังคงมีใช้อยู่จน ปัจจุบนั น้ี เหมาะสำหรบั การพิมพง์ านทม่ี ีปริมาณสูง ยังมีการพิมพ์พื้นลึกอีกประเภทหนึ่งคือการพิมพ์แพด แม่พิมพ์แพดเป็นแม่พิมพ์แบบพ้ืนลึกทำจาก โลหะหรือพอลิเมอร์ หลักการพิมพ์ของการพิมพ์ลักษณะนี้คอื เมื่อแม่พิมพ์รับหมึกก็จะถ่ายหมึกให้ตวั กลาง ซึ่ง ทำจากยางซิลโิ คนที่ถกู เรียกว่าแพด โดยที่แพดจะถ่ายโอนหมึกให้กับวัสดใุ ช้พิมพ์อกี ทอดหนึ่ง ก่อนหน้าปี ค.ศ. 1956 มีการใช้เจละตินทำเป็นแพดการพิมพ์ยังใช้เครื่องพิมพ์มืออยู่ งานส่วนใหญ่ใช้พิมพ์หน้าปัดนาฬิกาจาน เซรามิก ในปี ค.ศ. 1965 ชาวเยอรมันชื่อ นายวิลเฟรด ฟิลลิปป์ ได้ประดิษฐ์เครื่องพิมพ์แพดขึ้นสำหรับพิมพ์ นาฬิกา มีชื่อเรยี กว่าเครื่องพิมพ์แทมโปและในปี ค.ศ. 1968 นายฟิลลิปป์ยงั ได้ใช้ซิลิโคนมาทำเป็นแพดแทนเจ ละตนิ ทำให้งานพิมพ์มคี ณุ ภาพดขี ึ้นและยงั เป็นวสั ดุท่ีใชใ้ นโรงพิมพห์ ลาย ๆ แห่งมาจนถึงปัจจุบัน

10 2.2.3 วิวฒั นาการการพมิ พพ์ ้นื ราบ การพิมพ์พื้นราบเกิดภายหลังการพิมพ์เล็ทเตอร์เพรสส์และการพิมพ์อินทาโย ในปี ค.ศ. 1798 นาย อะลัว เชเนเฟเดอร์ ชาวโบฮีเมียนได้มีการประดิษฐ์เครื่องพิมพ์หิน ซึ่งเป็นการพิมพ์พื้นราบ โดยทำภาพที่ ต้องการรับหมึกบนแม่พิมพ์หินให้เป็นไข แล้วใช้น้ำผสมกาวกระถินลูบบนแม่พิมพ์หินดังกล่าว น้ำที่ผสมกาว กระถินจะไม่เกาะบริเวณไขและเมื่อคลึงหมึกลงบนแม่พิมพ์หมึก มีคุณสมบัติเป็นน้ำมันจะไม่เกาะติดบริเวณที่ เป็นน้ำ แต่จะไปเกาะติดบริเวณที่เป็นไขซึ่งเป็นบริเวณที่เป็นภาพ เมื่อนำแผ่นกระดาษมาทาบบนแม่พิมพ์ก็จะ เกิดภาพบนกระดาษนั้น ให้ภาพที่คมชัดสวยงามกว่าระบบการพิมพ์อื่นในยุคนั้นในปี ค.ศ. 1905 ชาวอเมริกัน ชื่อนายไอรา วอชิงตัน รูเบล ได้ค้นพบวิธีทำให้ภาพคมชัดขึ้นโดยบังเอิญ กล่าวคือแทนที่จะให้กระดาษรบั หมึก โดยตรงจากแม่พิมพ์ ก็ให้ผ้ายางเป็นผู้กดทับและรับหมึกจากแม่พิมพ์ก่อน แล้วผ้ายางจึงกดทับถ่ายหมึกที่เป็น ภาพพิมพไ์ ปยงั กระดาษอีกที เนื่องจากผ้ายางมีความนม่ิ การสง่ ถา่ ยหมึกจึงสมบูรณภ์ าพจึงคมชดั สวยงามยิ่งข้ึน การพิมพ์ที่มีการถ่ายทอดภาพพิมพ์สองครั้งน้ี ถูกเรียกว่าการพิมพ์ออฟเซ็ท การพิมพ์ระบบออฟเซ็ทมีการ พัฒนาในหลายดา้ นมกี ารใช้แม่พิมพ์เป็นแผ่นโลหะ เคลือบสารไวแสงลงบนแมพ่ ิมพ์ปรบั ปรุง การสร้างภาพบน แม่พิมพ์ท่มี ีความละเอียดสูงขน้ึ มกี ารคิดค้นการพมิ พ์ออฟเซ็ทแบบไรน้ ้ำ โดยใชแ้ ม่พมิ พ์ที่คลือบดว้ ยซิลิโคน ซ่ึง ไม่ถูกกับน้ำมนั และส่วนท่ีเป็นภาพนั้นซิลิโคนจะถูกกัดออกไป อีกท้ังมกี ารพฒั นาเครื่องพิมพ์ให้พิมพ์งานเร็วขึ้น แม่นยำขึ้น คุณภาพงานพิมพ์ดีขึ้นพิมพ์สอดสีได้ในการพิมพ์เที่ยวเดียว มีทั้งเครื่องพิมพ์แบบป้อนแผ่นและ เครอื่ งพมิ พ์แบบป้อนม้วน เน่ืองจากคณุ ภาพงานพิมพท์ ี่ดีและมีความคล่องตวั สูงการพิมพร์ ะบบออฟเซ็ทจึงเป็น ทน่ี ยิ มและใช้กนั อย่างแพรห่ ลายและกวา้ งขวางตามโรงพมิ พ์ต่าง ๆ จนถึงปจั จุบัน 2.2.4 ววิ ัฒนาการการพิมพพ์ ืน้ ฉลุ การพิมพ์พื้นฉลมุ ีมาตัง้ แต่ยุคโบราณ โดยทำแม่พมิ พ์แบบง่าย ๆ ด้วยการตัดเจาะกระดาษหรือวัสดุอืน่ เป็นชอ่ งตามลกั ษณะของรปู ที่ต้องการ ทาบแมพ่ มิ พล์ งบนสิง่ ทตี่ ้องการพิมพ์แลว้ ใช้หมึกพน่ หรอื ปาดบนแม่พิมพ์ ก็จะได้ภาพดังกล่าวการพิมพ์แบบนี้ว่า การพิมพ์สเตนซิลในยุคแรก ๆ มีการพิมพ์ตัวอักษรเครื่องหมายหรือ สญั ลกั ษณต์ ่าง ๆ ด้วยวธิ ดี ังกล่าว ประเทศจนี ได้ใชก้ รรมวิธีนี้พมิ พ์ภาพบนผา้ ตัง้ แตค่ ริสตศ์ ตวรรษท่ี 6 การพิมพ์ แบบนี้มักมีปัญหาคือ แม่พิมพ์ซึ่งทำจากกระดาษหรือวัสดุอื่นในสมัยน้ันไม่ค่อยแข็งแรงจึงพิมพ์ชิ้นงานได้น้อย และลวดลายของภาพหรือตัวอักษรจะมีบางส่วนขาดตอนไป เนื่องจากการตัดแม่พิมพ์ต้องเหลือส่วนของเนื้อ แม่พมิ พ์ สำหรับยึดติดกันไม่หลดุ ลุ่ยทำให้งานพิมพด์ ูไมส่ วยงาม ต่อมามีการใช้แผน่ โลหะทำเป็นแม่พิมพ์เพื่อให้ แม่พิมพ์แขง็ แรงขน้ึ แต่เป็นการสร้างความลำบากในการทำแม่พมิ พ์และใชเ้ วลาในการทำ ต่อมามีการพัฒนาให้กระดาษทนทานขึ้นและมีผู้นำกระดาษไปเคลือบไข แล้วใช้โลหะปลายแหลมทิ่ม ด้วยมือลงบนกระดาษไขเป็นรูเล็ก ๆ เรียงกันให้เป็นภาพขึ้น ถึงแม้จะทำให้ได้งานที่ดีขึ้นแต่เป็นงานที่ใช้ฝีมือ และเวลาในการทำในปี ค.ศ. 1876 นายโทมัส เอดิสัน ได้ประดิษฐ์เครื่องพิมพ์ที่ใช้หลักการดังกล่าวได้สำเร็จ เรียกว่าเครื่องพิมพ์โรเนียวหรือเครื่องทำสำเนาแบบสเตนซิล และยังประดิษฐ์ปากกาสเตนซิลใช้แทนโลหะ ปลายแหลม ต่อมามีพัฒนาวิธีการสร้างภาพบนกระดาษไข โดยใช้วิธีการฉายแสงซึ่งก็ใช้ได้จนถึงปัจจุบัน ย้อนกลับไปในคริสต์ศตวรรษที่ 17 ชาวญี่ปุ่น ได้ใช้เส้นผมของคนและกาวมาทำแม่พิมพ์แบบฉลุขึ้น ทำให้ได้

11 งานทีล่ ะเอียดกวา่ การตัดกระดาษ เรยี กกรรมวิธกี ารพิมพน์ ้วี ่า การพิมพแ์ ฮร์สแตนซลิ และต่อมาได้มีการใช้ เส้น ไหมซึ่งแข็งแรงกว่ามาใช้ทำแม่พิมพ์ แทนเส้นผม จึงมีชื่อเรียกกรรมวิธีน้ีวา่ การพิมพ์ซิลค์สกรีน การพิมพ์ซิลค์ สกรีนไดแ้ พร่เข้าไปในยโุ รปและเปน็ ที่นิยม ทัง้ ในฝรงั่ เศสและอังกฤษแล้วถูกเผยแพร่ไปยังทวีปอเมริกา ในปลาย คริสตศ์ ตวรรษท่ี 19 ชาวอเมริกนั ชือ่ นายชาลส์ เนลสนั โจนส์ ได้ประดษิ ฐเ์ ครื่องพมิ พส์ กรีนข้ึนสำเร็จ ทำให้การ พิมพ์สกรีนผลิตงานรวดเร็วขึ้น การพิมพ์ซิลค์สกรีนได้รับการพัฒนาอย่างต่อเนื่องและมีการใชอ้ ย่างกว้างขวาง เนื่องจากต้นทุนต่ำและทำงานง่าย ในปัจจุบันมีการใช้ผ้าใยสังเคราะห์แทนผ้าไหมในการทำแม่พิมพ์และใช้ สารไวแสงเคลือบ กอ่ นท่ีจะนำภาพต้นแบบมาใชใ้ นการทาบกับผ้าเพือ่ ใหไ้ ด้ภาพตามทต่ี ้องการ 2.2.5 ววิ ฒั นาการการพิมพ์ดิจิตอล ในอีกด้านหนึ่งได้มีพัฒนาการด้านคอมพิวเตอร์และอุปกรณ์ที่เกี่ยว เนื่องหลังจากที่มีการประดิษฐ์ คอมพิวเตอร์ตัวแรกคือ อีนิเอค อีเอ็นไอเอซี ในปีค.ศ. 1945 เครื่องพิมพ์ที่ต่อพ่วงกับคอมพิวเตอร์ในยุคแรก ๆ ใช้พิมพ์เฉพาะตัวอักษรโดยไม่ได้เน้นความสวยงาม ประมาณปีค.ศ. 1979 ได้มีการบริษัทหลายบริษัทจำหน่าย เครื่องคอมพวิ เตอร์ขนาดเล็กเรียกว่า ไมโครคอมพวิ เตอร์ อปุ กรณต์ อ่ พว่ งกับคอมพิวเตอร์ก็มีการพัฒนาตามมา ด้วย เครื่องพิมพ์ต่อพ่วงกับคอมพิวเตอร์หรือปริ้นเตอร์ได้มีการพัฒนาเช่นกัน ได้มีการประดิษฐ์คิดค้นเครื่อง ปร้ินเตอร์โดยใช้หลักการพิมพ์แบบต่าง ๆ เชน่ การพมิ พแ์ บบถ่ายโอนความร้อน ซึง่ ใชห้ ลกั การถ่ายความร้อนจากหัวพิมพ์ไปยังฟลิ ์มท่ีเคลือบด้วยหมึก พิมพ์ ทำให้หมึกพิมพ์หลุดไปเกาะติดกับวัสดุใช้พิมพ์จนเกิดเป็นภาพ การพิมพ์แบบพ่นหมึกหรือแบบอิงค์เจ็ท ซึ่งใช้หลักการพ่นหยดหมึกเล็ก ๆ จากหัวพ่นไปสร้างเป็นภาพบนวัสดุใช้พิมพ์การพิมพ์ แบบไฟฟ้าสถิตย์ ซึ่งใช้ หลักการควบคุมลำแสงสร้างภาพเป็นประจุไฟฟ้าบนกระบอกโลหะ แล้วให้ผงหมึกไปเกาะบนกระบอกโลหะ ตามบริเวณท่ีมีประจุอยู่เกิดเป็นภาพ ที่ถูกถ่ายทอดไปเกาะติดบนวัสดุใช้พิมพ์อีกทีหนึ่ง เครื่องพิมพ์แบบไฟฟ้า สถติ ยท์ ี่ใช้ลำแสงเป็นแสงเลเซอรจ์ ะเรียกว่า เคร่อื งพิมพเ์ ลเซอร์ ปริ้นเตอร์ที่ใช้หลักการตามที่กล่าวมานี้ต่างได้รับการพัฒนา ให้มีคุณภาพดีขึ้นเรื่อย ๆ และสามารถ พิมพส์ อดสไี ดภ้ าพที่มีสีสนั ใกล้เคียงตน้ ฉบับ แต่มีขอ้ เสยี คอื ไดผ้ ลผลติ ตำ่ เม่ือเทยี บกับเคร่ืองพิมพ์ระบบออฟเซ็ท จนในปี 1993 ได้มกี ารจำหน่ายปริ้นเตอรท์ ี่มคี วามเรว็ สูงชือ่ อี-ปร้นิ 1000 ซึ่งได้รบั การพฒั นาจนถึงปัจจุบนั โดย ใช้ชื่อ เอชพีอินดิโก ส่วนบริษัทหลาย ๆ แห่งเช่น รีลอค แคนนอน, มินอลต้า ต่างได้ออกเครื่องปริ้นเตอร์ ความเร็วสูงโดยใช้หลักการของ เครื่องถ่ายเอกสารสีแบบเลเซอร์ นอกจากนี้ยังมีระบบการพิมพ์อีกแบบหนึ่งท่ี ใช้เครื่องพิมพ์ออฟเซ็ท มาดัดแปลงโดยสร้างแม่พิมพ์บนโมลเพลทจากข้อมูลในคอมพิวเตอร์ก่อนทำการพิมพ์ การพัฒนาการพิมพ์ดิจิตอลยังคงดำเนินต่อไปทั้งด้านคุณภาพที่ดีขึ้นความเร็วในการพิมพ์ที่สูงขึ้นค่าใช้จ่ายต่อ แผน่ พมิ พท์ ถี่ กู ลง

12 2.3 เทคโนโลยีการพิมพแ์ บบ 2 มติ ิ ในปัจจบุ ันมีเทคโนโลยกี ารพิมพ์ท่ีถูกใช้อยา่ งแพร่พลายมีอยู่มากมาย หลายรปู แบบน้ันทั้งหมดเป็นการ พิมพ์แบบ 2 มิติ 1) เทคโนโลยกี ารพิมพแ์ บบออฟเซท็ เป็นการพิมพ์พ้ืนราบที่ใชห้ ลักการนำ้ กับน้ำมันไม่รวมตวั กัน ตัวอยา่ งงานพมิ พ์ออฟเซ็ท เช่น พิมพ์แผ่น พบั พมิ พใ์ บปลิว พิมพ์หนังสอื พมิ พว์ ารสาร พมิ พน์ ติ ยสาร พิมพ์โบรชวั ร์ พิมพแ์ คตตาลอ็ ก บรรจุภณั ฑก์ ระดาษ งานพิมพใ์ ช้ในสำนักงาน ฯลฯ 2) เทคโนโลยกี ารพมิ พแ์ บบเลตเตอร์เพรสส์ เป็นการพิมพ์พื้นนูนที่ใช้แม่พิมพ์ทำจากโลหะผสมหรือพอลิเมอร์อย่างหนา กัดผิวจนเหลือส่วนที่เป็น ภาพนูน สำหรับรับหมึกพิมพ์แล้วถ่ายทอดลงบนวสั ดุที่ใช้พิมพ์โดยใช้วิธีกดทับ ตัวอย่างงานพิมพ์ประเภทนี้คือ นามบตั ร แบบฟอรม์ ฉลาก ป้ายและงานพิมพอ์ นื่ ๆ ทไ่ี มต่ อ้ งการความละเอยี ด 3) เทคโนโลยกี ารพมิ พ์แบบ (ซลิ ค์) สกรนี เป็นการพิมพ์พื้นฉลุที่ใช้หลักการพิมพ์ โดยให้หมึกซึมทะลุผ่านผ้าที่ขึงตึงไว้และให้ทะลุผ่านเฉพาะ บริเวณที่เป็นภาพ สามารถพิมพ์งานสอดสีได้ ตัวอย่างงานพิมพ์ประเภทนี้คือนามบัตร บรรจุภัณฑ์ต่าง ๆ ป้าย กระดาษ พลาสตกิ โลหะ ป้ายโฆษณา เสือ้ ผนื ผ้า ถุงพลาสตกิ ขวด จานชาม ช้นิ ส่วนอปุ กรณต์ ่าง ๆ 4 เทคโนโลยกี ารพิมพแ์ บบดิจิตอล เป็นการพิมพ์ที่ใช้เครื่องพิมพ์หรือปริ้นเตอร์ต่อพ่วงกับเครื่องคอมพิวเตอร์ สามารถสั่งพิมพ์ได้โดยตรง จากเครื่องคอมพิวเตอร์ เครื่องพิมพ์หรือปริ้นเตอร์ตัวอย่างงานพิมพ์ประเภทนี้คือ งานพิมพ์ที่มีปริมาณไม่มาก เชน่ นามบัตร แผน่ พบั ใบปลวิ หนงั สอื งานพิมพ์ทมี่ ีการเปลีย่ นภาพหรือข้อความ เช่น ไดเร็คเมล์งานพิมพ์ป้าย โฆษณาขนาดใหญใ่ ชเ้ คร่อื งอ้งิ คเ์ จท็ ขนาดใหญ่ 5) การพมิ พ์กราวัวร์ เป็นการพิมพ์พื้นลึกที่ใช้แม่พิมพ์ที่เป็นร่องลึก สำหรับบริเวณที่เป็นภาพเพื่อเก็บหมึกแล้วไว้ปล่อยลง บนผิวของชิ้นงานพิมพ์ คุณภาพของงานพิมพ์ประเภทนี้อยู่ในเกณฑ์ที่ดี แม่พิมพ์แบบนี้มักเป็นลูกกล้ิง ทรงกระบอก ทำดว้ ยโลหะใชว้ ิธกี ัดผวิ ทรงกระบอกเป็นหลุมตามบรเิ วณท่ีเปน็ ภาพ จงึ ทำยากและใชเ้ วลา อีกท้ัง มีคา่ ใชจ้ ่ายสูงจงึ เหมาะกับงานยาว ๆ งานพมิ พ์ประเภทนีค้ ือ งานพมิ พป์ ระเภทซองพลาสติกใส่อาหารและขนม รวมไปถึงงานพมิ พบ์ นพลาสตกิ ต่าง ๆ 2.4 การพิมพ์ 3 มิติ เมื่อพูดถึงการพิมพ์มักจะนึกถึงการพิมพ์ ลงบนกระดาษหรือการพิมพ์แบบ 2 มิติ แต่การพิมพ์ 3 มิติ นั้นเป็นการสร้างวัตถุ 3 มิติจากไฟล์ 3 มิติ ด้วยโปรแกรมแคด บนคอมพิวเตอร์ซึ่งมีความกว้าง ยาว ลึก สามารถจับต้องและนำไปใช้งานได้จริง เครอื่ งพมิ พ์ 3 มติ ิ มชี อ่ื เรียกอีกอย่างคือ การผลติ แบบเติมมีรากมาจาก คำว่า ‘เติม’ ซึ่งคือการขึ้นรูปชิ้นงาน โดยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้น ๆ จนได้ออกมาเป็นวัตถุที่ต้องการ กระบวนการผลติ ชนดิ นีไ้ ด้ฉีกแนวจากวธิ กี ารแบบเดมิ ๆ ทีเ่ รียกว่า การผลิตแบบหักลบ

13 เครื่องพมิ พ์ 3 มิติ มีอย่หู ลายประเภทด้วยกันท้ังเครื่องที่ข้ึนรูปช้ินงานจากวัสดุพลาสติกโลหะ เซรามิค ต้งั แต่ขนาดเลก็ กว่าฝา่ มอื ไปจนถึงขนาดเท่าบ้านทั้งหลงั แต่ทกุ ประเภทมหี ลักการทำงานเหมือนกันกค็ ือการวาง ชั้น ของวตั ถุซอ้ นกนั หลาย ๆ ช้นั จนกลายเปน็ ช้ินงานท่ตี ้องการ เทคโนโลยี เครอื่ งพิมพ์ 3 มติ ิ ทแ่ี พร่หลายที่สุด คือ เอฟดีเอ็ม ซึ่งใช้วิธีละลายเส้นพลาสติกและฉีดพลาสติกขึ้นรูปเป็นวัตถุที่เราต้องการผลิตทีละชั้น วั สดุที่ สามารถพมิ พ์ไดม้ ีอยู่หลายชนดิ ข้นึ อยกู่ บั ชนดิ ของเคร่ืองพิมพ์ รปู ที่ 2.1 กระบวนการพิมพส์ ามมติ ิ เริม่ จากสร้างแบบจำลองในคอมพวิ เตอร์ 2.4.1 ข้อดีและขอ้ เสียของ เครอื่ งพมิ พ์ 3 มิติ การพิมพ์ 3 มิติ เป็นเทคโนโลยีการผลิตที่มีการพัฒนาอยู่ตลอดเวลา มีความแตกต่างจากวิธีผลิต แบบเดิม ๆ อย่างชัดเจน ในส่วนนี้เราจะรวบรวมทั้งข้อดีและข้อเสียของการพิมพ์ 3 มิติ เมื่อเทียบกับ กระบวนการผลิตแบบเกา่ 1) สรา้ งชิน้ งานที่มีความซับซ้อนได้ เนื่องจากการพิมพ์ 3 มิติทำงานโดยเติมเนื้อวัสดุชิ้นงานทีละชั้น จึงสามารถสรา้ งชิ้นสว่ นทล่ี ะเอยี ดซบั ซ้อนไดซ้ ึ่งในหลายกรณี ไม่สามารถสร้างไดด้ ว้ ยกระบวนการผลิตแบบเดิม ๆ นอกจากน้ี การสรา้ งชิน้ งานทีซ่ ับซ้อนยงั มีตน้ ทนุ ไมต่ า่ งกบั การสร้างชน้ิ งานที่มีรปู ทรงเรยี บงา่ ยด้วย 2) ปรบั เปล่ยี นผลิตภณั ฑ์ให้เขา้ กับความต้องการของแต่ละคน การปรบั เปลีย่ นช้ินงานพมิ พ์ 3 มติ ทิ ำ ได้ง่ายดายและรวดเร็วเพียงปรับแต่งไฟล์ แบบ 3 มิติก็สามารถสร้างชิ้นงานที่เข้ากับขนาดและความต้องการ เฉพาะบุคคลได้ สามารถสร้างชิ้นงานที่กำหนดเองทำได้โดยไม่ต้องปรับเปลี่ยนกระบวนการผลิตและไม่มี ค่าใช้จ่ายเพิม่ เติม 3) ไม่จำเปน็ ต้องใชแ้ ม่พิมพห์ รือเคร่ืองจักรราคาแพง การผลติ แบบดั้งเดิมเช่นการหล่อโลหะหรือฉีด พลาสติก มักใช้แม่พิมพ์เพื่อขึ้นรูปชิ้นงานซึ่งการทำแม่พิมพ์มีค่าใช้จ่ายสูงมาก ผู้ผลิตสินค้าจำเป็นต้ องผลิต ออกมาจำนวนมาก ๆ เพือ่ หารเฉลีย่ ต้นทุนการผลิตต่อช้ิน ใหอ้ ยใู่ นระดบั ต่ำเคร่ืองพมิ พ์ 3 มติ สิ ามารถลดต้นทุน การผลติ ไดม้ หาศาล 4) พัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ได้รวดเร็วและง่ายดาย ธุรกิจขนาดเล็กสามารถใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้าง ชิ้นงานต้นแบบ สำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ได้อย่างรวดเร็วผลิตชิ้นงานในจำนวนน้อย เพื่อใช้ทดสอบไอเดียหรือ ผลิตภัณฑ์ใหม่ ๆ สามารถเก็บข้อมูลตลาดและพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้ โดยมีความเสี่ยงต่ำ เนื่องจากไม่ต้องลงทุน กับการทำแมพ่ ิมพห์ รอื จ้างโรงงานผลิตชิ้นงานในราคาแพง

14 5) ลดปริมาณของเสียจากการผลิต การผลิตแบบดั้งเดิมมักใช้วิธีตัดเจาะสกัดวัสดุออกไปเพื่อสร้าง รูปทรงของชิ้นงาน ทำให้เกดิ ขยะของเสยี เป็นจำนวนมากการพิมพ์ 3 มิติผลติ ช่วยลดปริมาณของเสีย เน่อื งจาก เป็นการเติมเนอื้ วัสดุเพ่ือขึน้ รูปชิ้นงานจึงใชว้ ัตถุดบิ ในปรมิ าณทจ่ี ำเปน็ เทา่ น้นั ชนิ้ งานทีพ่ มิ พ์จากเคร่ืองพิมพ์ 3 มติ ิ หลายชิน้ ยงั สามารถนำไปรีไซเคลิ ได้อีกดว้ ย 6) ไม่เหมาะกับการผลิตแบบจำนวนมาก การพิมพ์ชิ้นงานด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติมักใช้เวลานาน ชน้ิ งานเลก็ ๆ อาจใชเ้ วลาหลายชัว่ โมงตอ่ ชนิ้ และวตั ถดุ ิบท่ีใชก้ บั เคร่ืองพิมพ์ 3 มิตกิ ม็ รี าคาแพงกว่าวัตถุดิบชนิด อื่น ๆ ด้วย ทำให้การผลิตชิ้นงานเป็นจำนวนมากเช่น 1,000 ชิ้น ขึ้นไปมีต้นทุนโดยรวมสูงกว่าการผลิตแบบ ดั้งเดิม อย่างไรก็ตามในอนาคตเมื่อราคาของเครื่องพิมพ์ 3 มิติและวัตถุดิบถูกลง อาจจะได้เห็นการผลิตแบบ ผลติ จำนวนมากดว้ ยเคร่อื งพมิ พ์ 3 มิตมิ ากขน้ึ กเ็ ปน็ ได้ 7) มีวัสดุให้เลอื กใช้น้อยกวา่ ถึงแม้ทุกวันนี้จะมีวัสดุสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ พัฒนาออกมามากข้ึน หลกั ๆ ยังเป็นพลาสติกและโลหะแตก่ ย็ งั ถอื ว่านอ้ ยเม่ือเทียบกบั วัสดุท่ีคุ้นเคยและใชง้ านทกุ วนั จะยงั มีข้อจำกัด ในด้านคุณภาพพื้นผิวและสีของช้ินงานด้วย ในอนาคตเราคงได้เห็นนวัตกรรมทางวัสดุมากขึ้นเรื่อย ๆ ทุกวันนี้ มีเครื่องพิมพ์ที่สามารถพิมพ์ได้ด้วยวัสดุหลากหลายเช่น ไม้ เหล็ก เซรามิกหรือแม้แต่อาหารเช่นน้ำตาล หรือชอ็ คโกแล็ต 8) ความแข็งแรงของชิ้นงานด้อยกว่าชิ้นงานที่พิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติ มักมีความแข็งแรงน้อย กว่าชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่องจักรแบบดั้งเดิม เนื่องจากสร้างชิ้นงานทีละช้ัน ทำให้ทนต่อแรงดึง แรงบิด แรง กระแทกได้นอ้ ยกว่าในหลายกรณีจงึ ยงั ไม่สามารถนำช้ินงานไปใชง้ านจรงิ ได้ 9) ความแม่นยำ ความละเอียดของชิ้นงานต่ำกว่า เครื่องพิมพ์ 3 มิติ ทั่วไปยังไม่สามารถเทียบชั้น เครื่องจักรอุตสาหกรรมในด้านความละเอียดได้ โดยทั่วไปแล้วจะมีค่าความคลาดเคลื่อน 20ถึง100 ไมครอน ประมาณความหนาของกระดาษซึ่งเพียงพอกับความต้องการของผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่ แต่อาจไม่เหมาะกับ ชนิ้ งานท่ีตอ้ งการความละเอยี ดสงู มาก เช่นชิ้นสว่ นหรืออุปกรณอ์ เิ ลค็ โทรนคิ จากข้อดีและข้อเสียของการพิมพ์ 3 มิติ สามารถสรุปได้ว่าการพิมพ์ 3 มิติเป็นกระบวนการผลิตที่มี ลักษณะพิเศษ สามารถสร้างชิ้นงานที่ซับซ้อนด้วยวัสดุที่หลากหลาย ช่วยลดต้นทุนและเวลาในการออกแบบ ผลติ ภณั ฑไ์ ดอ้ ย่างมาก 2.5 เครอื่ งพมิ พ์ 3 มิติ 3ดี ปริ้นเตอร์ หรือที่คนไทยเรียกเครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นมีใช้กันมาเกือบ 30 ปีแล้ว แต่ใช้กันในวงจำกัด ในบริษัทขนาดใหญ่หรือในห้องทดลองขนาดใหญ่ ๆ เท่านั้น เพิ่งจะได้รับความนิยมในผ้ใู ช้ จำนวนมากและมีราคาลดลง เมื่อประมาณปี 2009 เครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นสามารถสร้างชิ้นงานที่เป็นวัตถุจับ ต้องได้ มีความกว้าง ลึก สูง ไม่เหมือนเครื่องพิมพ์แบบ 2 มิติที่ใช้โดยทั่วไปที่พิมพ์หมึกสีลงบนกระดาษ เช่น หากพมิ พ์ลูกบอลลงบนการกระดาษจะได้กระดาษที่มรี ูปลูกบอลอยู่ แตห่ ากพิมพจ์ ากเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติจะได้ลูก บอลทรงกลมมากลิ้งบนพื้นได้เครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นสามารถสร้างชิ้นงานที่เป็นวัตถุจับต้องได้ มีความกว้าง ลึก สูง ไม่เหมือนเครื่องพิมพ์แบบ 2 มิติ ที่ใช้โดยทั่วไปที่พิมพ์หมึกสีลงบนกระดาษ เช่นหากเราพิมพ์ลูกบอลลงบน

15 การกระดาษ จะได้กระดาษที่มีรูปลูกบอลอยู่ แต่หากพิมพ์จากเครื่องพิมพ์ 3 มิติจะได้ลูกบอลทรงกลมมากลิ้ง บนพื้นได้ โดยที่ เครื่องพิมพ์ 3 มิติคือเครื่องจักรที่ใช้กระบวนการเติมเนื้อวัสดุ เพื่อทำให้เกิดเป็นรูปร่างท่ี สามารถจับต้องได้ตามที่ต้องการ โดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งการเติมเนื้อหรือพิมพ์วัสดุลงไปน้ัน เรียกว่า กระบวนการเติม ซง่ึ การพิมพ์น้นั จะคอ่ ยเปน็ ไปทลี ะชน้ั หรอื ทีละชนั้ เพื่อสร้างชิ้นงานข้นึ มา เครื่องพิมพ์ 3 มิติ คือเครื่องจักรที่ใช้กระบวนการเติมเนื้อวัสดุเพื่อทำให้เกิดเป็นรูปร่างที่สามารถจับ ต้องได้ตามที่ต้องการโดยอาศัยข้อมูลในรูปแบบดิจิตอล ซึ่งการเติมเนื้อหรือพิมพ์วัสดุลง ไปนั้นเรียกว่า กระบวนการเตมิ ซึ่งการพิมพ์น้ันจะคอ่ ยเปน็ ไปทีละช้ันหรอื ทลี ะชัน้ เช่น ถา้ ตอ้ งการสร้างตึกหรือบา้ น กต็ ้องเริ่ม สรา้ งจากฐานกอ่ น ซง่ึ เป็นหลกั การเดียวกบั การพิมพ์งานของเครื่องปรน้ิ 3 มติ ิ รปู ท่ี 2.2 เคร่ืองเคร่ืองพมิ พ์แบบ 2 มิตแิ ละเคร่อื งพมิ พ์แบบ 3 มติ ิ รปู ที่ 2.3 การพิมพ์แบบ 2 มิตแิ ละการพิมพ์แบบ 3 มติ ิ 2.5.1 หลักการทำงาน เครอื่ งพมิ พ์ 3 มติ ิ เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เกือบทุกเครื่องนั้นใช้หลักการเดียวกัน คือพิมพ์ 2 มิติแต่ชั้นในแนวระนาบกับพื้น โลก X,Y ก่อนส่วนที่พิมพ์ก็คือภาพตัดขวางของวัตถุนั้น ๆ เองพอพิมพ์เสร็จในสองมิติแล้วเครื่องจะเลื่อนฐาน พิมพ์ไปพิมพ์ชั้นถัดไปพิมพ์ไปเรื่อย ๆ หลายร้อยหลายพันชั้นจนออกมาเป็นรูปร่าง การเลื่อนขึ้นหรือลงโดย เล่ือนในแนวแกน Z ของฐานพิมพ์ นี่เองทำให้เกิดมิตทิ ี่ 3 หมึกที่ใช้ของ เครื่องพิมพ์ 3 มิติแตกต่างกันออกบาง ชนิดพิมพ์โดยฉีดเส้นพลาสติกออกมากบางชนิดพ่นน้ำเรซิ่นออกมา แล้วฐานแสงให้เรซิ่นแข็งในแต่ละชั้นบาง ชนิดฉีดซีเมนต์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิติในการสร้างบ้านหรือเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ทำขนมหรือแม้กระทั่งเต็มเซลล์ ด้วยเคร่ืองพมิ พ์ 3 มิติ กับการพมิ พอ์ วยั วะกม็ ี โดยปกตินั้นเราจะวัดความละเอียดในการพิมพ์ของเครื่องพิมพ์ 3 มิติในหน่วยไมครอนเช่น 100 ไมครอนตอ่ ชน้ั หมายความว่าในแต่ละชั้นนัน้ เครื่องจะพิมพ์ให้มีความสูง 0.1 มลิ ลเิ มตร ดังน้ันหากโมเดลมีความ

16 สูง 10 มิลลิเมตรเครื่องพิมพ์จะพิมพ์ทั้งหมด 100 ชั้น หากพิมพ์ที่ความละเอียด 50 ไมครอน เครื่องจะพิมพ์ ทั้งหมด 200 ชั้น ซึ่งแน่นอนที่ความละเอียด 50 ไมครอน นั้นได้งานละเอียดกว่าและสวยกว่าแน่นอน แต่ใช้ เวลาเพิ่มขึ้นประมาณเท่าตัว ไฟล์ที่ใช้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ นั้นเป็นไฟล์ 3 มิติ แทนที่จะเป็นรูปภาพเหมือนใน เครือ่ งพมิ พบ์ นกระดาษทว่ั ไป ไฟล์ 3 มิติ นอี้ าจสร้างจากโปรแกรม เช่น ออโตแคด, โซลิดเวริ ์ค, 3ดีเอส แมก็ , ซี บยี ารทู , เคโอ, สเกต็ อัพ หรอื แมก้ ระท่งั โฟโตช้ อ๊ ป รุ่นใหมก่ ็มสี ว่ นท่ี ซพั พอทเครือ่ งพิมพ์ 3 มิตแิ ลว้ รปู ที่ 2.4 ไฟล์ของการพมิ พ์ 3 มติ แิ ละชิน้ งานหลงั การพมิ พ์ 3 มิติ 2.5.2 ประเภทเครือ่ งพิมพ์ 3 มติ ิ ประเภทของเคร่อื งพิมพ์ 3 มิติ นัน้ สามารถแบง่ ออกไดต้ ามกระบวนการพมิ พ์และวสั ดทุ ่ีใช้ดังนี้ 1) ระบบฉีดเส้นพลาสติกเอฟดีเอ็ม เป็นเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ที่นิยมใช้กันมากที่สุดในปัจจุบัน มี หลักการทำงานคือ การหลอมเส้นพลาสติกให้กลายเป็นของเหลวแล้วฉีดออกมาเป็นเส้นผ่านหัวฉีด หาก เปรียบเทียบคงเปรยี บเทียบไดก้ ับปืนกาวท่ีใช้กนั ท่ัวไปเคร่ืองพิมพ์ 3 มิติ เอฟฺดีเอ็ม จะวาดเสน้ พลาสติกท่ีถูกฉีด ออกมา เป็นรูปร่างในแนบแกนระนาบ เมื่อเสร็จชั้นหนึ่ง ๆ ก็จะพิมพ์ในช้ันต่อ ๆ ไป เมื่อครบหลายร้อยหรือ หลายพันเลเยอร์ ก็จะไดอ้ อกมาเป็นวตั ถุท่ีเราสงั่ พมิ พ์ ระบบ เป็นระบบท่นี ยิ มท่สี ุดและถูกที่สดุ ใชไ้ ด้กับงานทุก ประเภทชิ้นงานที่พิมพ์สามารถขัด แต่ง เจาะ ได้ สามารถใช้เป็นชิ้นส่วนในเครื่องจักรได้ นำมาใช้ได้จรงิ อีกทั้ง เครื่องยังสามารถใช้วัสดุได้หลากหลายและหาได้ง่ายตามท้องตลาด เครื่องพิมพ์ 3 มิติระบบเอฟดีเอ็ม ไปใช้ พิมพ์ช็อกโกแลต รวมไปถึงวงการแพทย์ก็ได้นำระบบนี้ไปพิมพ์เนื้อเยื่อ สำหรับเป็นโครงในการสร้างอวัยวะ เทียมอีกด้วย แมททีเรยี ล ฟี ลาเมนต์ สปลู ฮีท เอก็ ทูลชนั ่ โมลเทนแมทที เฮด เรยี ล แพลทฟอรม์ โซลิดดิไฟ โมลเดล รูปท่ี 2.5 ระบบฉีดเสน้ พลาสติก

17 2) ระบบถาดเรซิ่นเอสแอลเอ เครื่องระบบนี้จะฉายแสงไปตัวถาดที่ใส่เรซิ่นความไวแสง เมื่อเรซิ่นถูก แสงจะแข็งตัวเฉพาะจดุ ทโี่ ดนแสง จงึ ใช้หลักการแขง็ ตัวของเรซน่ิ นี้ในการทำชิน้ งานให้เกิดรปู ร่างข้ึนมา เม่ือทำ ให้เกดิ รปู รา่ งขึน้ ในชัน้ หนง่ึ ๆ แล้วเครื่องก็จะเรม่ิ ทำใหแ้ ข็งเปน็ รูปร่างในชั้นตอ่ ๆ ไป จนเกินเปน็ ชน้ิ งาน ระบบ เอสแอลเอ มีแหล่งกำเนิดเส้นเป็นเลเซอร์ ดังนั้นจะยิงแสงเลเซอร์ที่ว่านี้ไปที่เรซิ่นโดยวาดเส้น เลเซอรไ์ ปเรอ่ื ย ๆ ถ้าตอ้ งการพมิ พ์ชนิ้ งานใหญ่หน่อยกจ็ ะใช้เวลาวาดนานกว่าชนิ้ งานเล็กสว่ น ดีแอลพี น้นั ใช้โป รเจกเตอร์ ดแี อลพี ฉายภาพภาพท่ีฉายนนั้ จะครอบคลุมท้ังเลเยอรเ์ ลย จดุ นี้เองทำงานให้แตกต่าง ดีแอลพี ใช้ เวลาในการพิมพน์ อ้ ยกว่าแล้วไม่ข้ึนกบั จำนวนช้ินงานบนฐานพิมพ์ การพมิ พ์ระบบถาดเรซน่ิ นี้ เหมาะกับงานชนิ้ เลก็ ๆ ท่ีตอ้ งการความละเอยี ดสงู เครื่องโดยทั่วไปจะพิมพ์ ชิ้นงานได้ชิ้นไม่ใหญ่มากจึงเหมาะกับธุระกิจ เครื่องประดับ เครื่องเพชรพลอย งานหล่อ ชิ้นส่วนเล็กในงาน อุตสาหกรรมออกแบบผลิตภณั ฑ์ งานโมเดลฟกี เกอร์หรือแม้กระท่ังงานพระเครื่อง เลเซอร์ สแกนเนอร์ ซิส บมี เตม็ เลเซอร์ ลิควิด เร ซิสเตม็ ซิน เลเยอร์ ออฟ โซลิดดิไฟ เร ซิน รปู ที่ 2.6 ระบบถาดเรซิ่น 3) ระบบผงยิปซ่ัมและสีอิงค์เจท็ เป็นระบบใชผ้ งยปิ ซ่ัมและผงพลาสติก เป็นตัวกลางในการขึน้ ชิ้นงาน โดยเครื่องจะทำงานคล้ายระบบ อิงค์เจ็ท แต่แทนทจี่ ะพิมพ์ไปบนกระดาษเครอ่ื งจะพมิ พ์ลงไปบนผงยิปซ่ัม โดย จะพิมพ์สีลงไปเหมือนกัน ต่างกันที่ระบบจะฉีด บลินเดอร์หรือกาว ลงไปด้วยในการผสานผงเข้าด้วยกันเป็น รูปร่าง เมื่อสร้างเสร็จในชั้นหนึ่งเครื่องจะเกลี่ยผงยิปซั่มมาทับเป็นชั้นบาง ๆ ในชั้นต่อไป เพื่อเตรียมพร้อมให้ เครื่องพิมพ์สีและบลินเดอร์อีกคร้ัง เครื่องระบบนี้มีจุดเด่นมากคือสามารถพิมพ์สีได้สมจริงเครื่องพิมพ์อิงค์เจท็ โดยทั่วไป จึงเหมาะในกับงานศิลปะโมเดลคนเหมือนจริง หุ่นจำลองหรือชิ้นงานที่ต้องการเห็นสีสมจริงข้อเสีย คือ งานที่ได้มีความเปราะเหมาะปูนพลาสเตอร์คือหล่นแล้วแตก ข้อเสียอีกข้อนึ่งคือคนข้างสกปรกเนื่องจาก เป็นผงทำใหฝ้ ุ่นผงเยอะยากในการทำความสะอาด

18 แมททีเรยี ล ซพั พลาย ปริ้น เฮต็ บิลต์ แพลท ฟอรม์ รูปที่ 2.7 ระบบผงยิปซ่ัมและสีอิงคเ์ จ็ท 4) ระบบหลอมผงพลาสติก, เซรามิก เป็นระบบที่มีหลักการทำงานคล้ายระบบ เอสแอลเอส ต่างกัน ตรงทแี่ ทนทีว่ ่าจะทำใหเ้ รซนิ่ แข็งตัว โดยการฉายเลเซอร์ เอสแอลเอส จะยงิ เลเซอร์ไปโดยตรงบนผงวสั ดุ ความ ร้อนจากเลเซอร์นั้นเองทำให้ผงวัสดุหลอมละลายเปน็ เน้ือเดียวกัน กระบวนการเริ่มจากถาดที่ใส่ผงวัสดเุ ชน่ ผง ทองเหลือง เครื่องจะเริ่มยิงเลเซอร์ความเข้มข้นสูงไปยังผงทองเหลืองในถาด เมื่อยิงไปยังตำแหน่งใดผง ทองเหลืองจะหลวมรวม เป็นรูปร่างที่ตำแหน่งนั้น ๆ พอพิมพ์เสร็จในเลเยอร์หนึ่ง ๆ แล้ว เครื่องจะเกลี่ยผง ทองเหลืองบาง ๆ มาทับในชั้นต่อไป เพื่อเริ่มกระบวนการยิงเลเซอร์เพื่อหลอมละลายใหม่ทำไปซ้ำไปเรื่อย ๆ หลายร้อย หลายพันชัน้ จนเกิดมาเป็นวัตถุที่ต้องการ ระบบนี้มีข้อดีอย่างมากคือ ได้งานออกมาเป็นโลหะหรือพลาสติกพิเศษ โดยใช้ผงของวัสดุนั้นไปเลย แต่ข้อเสียสำคัญคอื เครื่องมีราคาสูงหากเทียบกับระบบอื่นเนื่องจากระบบและกระบวนการในการผลิตชิ้นงาน แตล่ ะครงั้ น้นั ค่อนขา้ งยากกว่าระบบอน่ื เลเซอร์ บิลด์ แพลท พาว ฟอรม์ เดอร์ รปู ท่ี 2.8 ระบบหลอมผงพลาสตกิ , ผงโลหะ, เซรามิก

19 2.6 วสั ดุเซรามกิ มรี ากศัพทม์ าจากภาษากรีก มคี วามหมายวา่ ส่ิงที่ถูกเผาและคำจำกดั ความของ เซรามิก คอื วสั ดุท่ีเกิด จากการรวมกันของสารอนินทรยี ์ที่อุณหภูมสิ ูง ในอดีตวัสดุเซรามิกที่มีการนำมาใช้งานมากท่ีสุดเซรามิกดัง้ เดิม ทำมาจากวัสดุหลัก คือ ดินเหนียว แล้วนำไปเผาจึงทำให้ได้ผลิตภัณฑ์เซรามิก เช่น ถ้วยชาม หม้อ ไห เครื่อง เคลือบดินเผา อิฐ กระเบื้องเคลือบ และแก้ว เป็นต้น ตั้งแต่ปี ค.ศ.1950 ได้มีความเจริญก้าวหน้าใน กระบวนการผลติ วัสดเุ ซรามิก จนมคี วามเขา้ ใจในลักษณะพ้นื ฐานและกลไกที่ควบคุมคุณสมบัติของเซรามิก ทำ ให้มีการพัฒนาวัสดุเซรามิกประเภทใหม่ ๆ มากมาย วัสดุเซรามิกจึงมีความหมายท่ีกว้างขวางขึ้นรวมถึงวัสดุ เซรามิกที่มีคุณสมบัติพิเศษ วัสดุเหลา่ น้ีถูกนำไปใช้งานต่าง ๆ เช่น ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ ฉนวนไฟฟ้า วัสดุขดั เจียร เคร่ืองสขุ ภณั ฑ์ และชิน้ ส่วนในรา่ งกายมนุษย์ เปน็ ต้น รูปท่ี 2.9 ผลติ ภัณฑ์เซรามิก วัสดุเซรามิกเป็นวัสดุอนินทรีย์ที่มีองค์ประกอบทางเคมีที่ซับซ้อนและประกอบไปด้วยธาตุโลหะและ อโลหะรวมกัน เช่น อะลูมินา เป็นวัสดุเซรามิกที่มีอะตอมของอะลูมิเนียม ซึ่งเป็นโลหะรวมกับอะตอมของ ออกซิเจนที่เป็นอโลหะ วัสดุเซรามิกจะมีคุณสมบัติทางกลและทางเคมีที่กว้างขวางมาก ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับการ รวมตัวของธาตุต่าง ๆ ที่มาผสมกัน เนื่องจากวัสดุเซรามิกมีการยึดเหนี่ยวของอะตอมแบบไอออนิกและโคเว เลนต์ จึงทำให้มีความแข็ง เปราะ จุดหลอมตัวสูงมาก และนำไฟฟ้ากับความร้อนต่ำ ทนการกัดกร่อนของ สารเคมีดี มีความต้านทานแรงอัดสูง จากคุณสมบัติดังกล่าวทำให้วัสดุเซรามิกถูกนำมาใช้ในงานวิศวกรรม ทางด้านวัสดุทนไฟในอุตสาหกรรมหลอมโลหะ การอบชุบ การเคลือบผิวแข็งเครื่องบิน และใช้เป็นวัสดุขัดถู วสั ดุคมตดั เป็นตน้ วัสดุเซรามิกอาจจำแนกออกเป็น 2 ประเภท คือ เซรามิกธรรมดาเกิดจากการนำดินซึ่งเป็นวัตถุดิบ ธรรมชาติมาผ่านกระบวนการปั้น หล่อ และเผาทำให้ให้ผลิตภัณฑ์สุกตัว มีความแข็งแรงขึ้น เซรามิกในงาน วศิ วกรรมหรอื เซรามิกสมัยใหม่ถูกออกแบบและพัฒนาขนึ้ เพ่ือใช้งานเชงิ วิศวกรรม มีคุณสมบัติแขง็ แรง ทนแรง กระแทกได้ดีกว่าเซรามิกธรรมดา ทนความร้อน แต่ต้องใช้เทคโนโลยีข้ันสูงเข้ามาช่วยในกระบวนการผลติ และ วตั ถุดบิ ทีใ่ ช้ตอ้ งมีความบริสทุ ธ์ิสูง

20 2.6.1 วัสดุเซรามกิ ธรรมดา วัสดุเซรามิกธรรมดา ได้แก่ ถ้วย จานชาม สุขภัณฑ์ กระเบื้องปูพื้นและบุผนัง กระเบื้องหลังคา วัสดุ ทนไฟ อิฐกอ่ สร้าง กระถางตน้ ไม้ กระจก แกว้ ปนู ซเี มนต์ และยปิ ซ่มั เปน็ ตน้ ซึ่งทำมาจากวัสดหุ ลัก คือ ดินดำ ดินขาว ดินแดง ทราย หนิ ปนู หินผุควอตซ์ และแรอ่ ื่น ๆ โดยวสั ดุเซรามิกแบบด้งั เดมิ จะมีการแบ่งชนิดของเนื้อ ดิน ได้แก่ 1) เครื่องลายคราม เป็นผลิตภณั ฑท์ ีต่ อ้ งเผาท่ีอณุ หภูมสิ งู มากกวา่ 1,250 องศาเซลเซยี ส มีความแขง็ แรงสูงมาก มกี ารดดู ซึมนำ้ ตำ่ เชน่ กระเบือ้ งแกรนิต 2) ภาชนะหิน เป็นผลิตภัณฑ์ท่ีใช้อุณหภูมิในการเผาช่วงปานกลาง อุณหภูมิอยู่ในช่วงที่1,150ถึง1,200 องศา เซลเซียส ซง่ึ มกี ารดูดซมึ น้ำอยใู่ นช่วง 3ถงึ 5 เปอร์เซ็นต์ เชน่ กระเบือ้ งปูพื้น 3) โบนไชน่าเป็นผลิตภัณฑ์ที่มีส่วนผสมของเถ้ากระดูก ทำให้ผลิตภัณฑ์เกิดความโปร่งแสง ความแข็งแรงปาน กลาง การดูดซมึ นำ้ คอ่ นข้างตำ่ 4) เครอ่ื งเคลือบดนิ เผาเป็นผลิตภัณฑท์ ่ีใช้อุณหภูมิในการเผาไมส่ ูงมากอยู่ในช่วงท่ี 900ถึง1,100องศาเซลเซียส มคี วามแข็งแรงต่ำการดดู ซึมน้ำสูงอยใู่ นช่วง 10ถงึ 20 เปอรเ์ ซน็ ต์ เช่น กระเบอ้ื งบุผนังและกระเบ้ืองหลังคา เป็น ตน้ 2.6.2 วัสดุเซรามกิ สมยั ใหม่ วัสดุเซรามิกที่ต้องใช้วัตถุดิบผ่านกระบวนการมาแล้วเพื่อให้มีความบริสุทธิ์สูงได้รับการควบคุมองค์ประกอบ ทางเคมแี ละโครงสร้างจลุ ภาคอยา่ งแม่นยำ วสั ดุเซรามิกสมัยใหมแ่ บง่ ไดเ้ ปน็ 3 กลุม่ ไดแ้ ก่ 1) เซรามกิ สำหรับงานโครงสร้างเป็นกลุ่มทตี่ ้องการคุณสมบัตทิ างกลทด่ี ีอุณหภูมสิ ูง ทนต่อการสึกหรอ ทนตอ่ การกัดกรอ่ นไดด้ ี และทนต่อการเปล่ียนแปลงอณุ หภูมอิ ยา่ งฉับพลนั ได้ 2) อิเล็กโทรเซรามิกเป็นกลุ่มที่ต้องการคุณสมบัติทางไฟฟ้า อิเล็กทรอนิกส์ แม่เหล็ก แสงเป็นหลักมี มากมายและครอบคลุมคุณสมบตั ดิ ้านต่าง ๆ เชน่ ไฟฟ้า แม่เหล็ก แสง และความร้อน 3) เซรามิกสำหรับงานทางดา้ นการแพทย์ พวกกระดูกเทียม ฟันปลอม ข้อต่อกระดูกเทียมเชน่ วัสดุท่ี เรียกว่าไฮดรอกซีอะพาไทต์ทำมาจากกระดูกวัว ที่ผ่านการเผาแบบแคลไซน์เพื่อทำการกำจัดสารอนินทรีย์ ภายในและนำมาข้ึนรูปเป็นชิ้นกระดูกและนำไปเผาผนึกแบบซินเตอร์อีกครง้ั 2.6.3 คณุ สมบัตทิ างกายภาพของวสั ดุเซรามิก วสั ดุเซรามกิ โดยทวั่ ไปแล้วจะมีความแข็งแรงสูง ซึง่ ในการวดั คา่ ความแข็งโดยใชห้ นว่ ยของโมห์สเกล โดยการจัด อันดับวัสดุที่แข็งที่สุด คือ เพชรมีค่าในสเกล 10 ของท่ีอ่อนที่สุด เช่น ผงแป้งมีค่าความแข็งเท่ากับสเกล 1 อะ พาไทต์มีค่าความแข็งเท่ากับสเกล 5 ควอทซ์มีค่าความแข็งเท่ากับสเกล 8 เซรามิกและอะลูมินามีค่าความแข็ง เท่ากับสเกล 9 คุณสมบัติทางด้านอื่นของวสั ดุเซรามิก ได้แก่ มีจุดหลอมเหลวท่ีสูง เนื่องจากมีการทำพันธะกนั แบบไอออนิก มีค่าการนำไฟฟ้าและความร้อนที่ต่างอีกทั้งยังสามารถทนต่อแรงเฉือนได้ดีและด้วยเหตุผล เดียวกันน้ีก็ทำให้เซรามิกค่อนข้างที่จะเปราะและยากในการทำที่อุณหภูมิห้อง นอกจากนั้นแล้วยังไวต่อการ

21 แตกรา้ ว คือ วสั ดทุ ม่ี รี อยแตกรา้ วหรอื มีรพู รุนน้ันส่งผลให้ความแข็งแรงของวัสดลุ ดลงดว้ ย คา่ ความแข็งแรงและ จำนวนปริมาณของรอยแตกร้าวหรือรูพรุนมีความสัมพันธ์กัน และจุดศูนย์กลางของความเค้นที่เกิดตามรูและ รอยแตกนั้นเป็นสาเหตใุ หญ่ทที่ ำให้เกิดความเสียหายตอ่ การนำไปใช้งาน รปู ท่ี 2.10 ความแข็งในระดับตา่ ง ๆ แบบโมห์สเกล 2.6.4 ความเหนยี วของวัสดุเซรามิก เนือ่ งจากพนั ธะท่เี กดิ ขน้ึ ภายในโครงสร้างของเซรามิกเปน็ พนั ธะแบบไอออนิกและโคเวเลนต์ดงั น้ันวัสดุ เซรามกิ จะมีความเหนียวที่ต่ำ มงี านวิจัยมากมายที่พยายามคน้ คว้า เพ่ือปรับปรุงความเหนียวของเซรามิก เช่น การทำอัดด้วยความร้อนและเติมสารเคมีบางชนิด เพื่อให้เกิดพันธะขึ้นการทดสอบความต้านทานต่อการ ขยายตัวของรอยแตก กับวัสดุเซรามิกเพื่อหาค่าความแข็งและความเหนียว สามารถกระทำได้เช่นเดียวกับท่ี กระทำในโลหะ โดยการทดสอบการดัดงอแบบสี่จุด เมื่อมีรอยบากบนชิ้นตัวอย่าง ในปัจจุบันนี้นักวิจัยได้ พยายามพัฒนาวัสดุเซรามิก ให้มีคุณสมบัติความต้านทานต่อการขยายตัวของรอยแตกสูงขึ้น พบว่าการ เปลี่ยนแปลงโครงสร้างเซอร์โคเนยี มไดออกไซด์และถ้าเติมสารประกอบออกไซด์ที่ทนไฟบางชนิดลงไปก็จะทำ ใหไ้ ดว้ ัสดุเซรามกิ ทมี่ คี ณุ สมบัติดังกลา่ ว 2.6.5 ความแขง็ ของวัสดุเซรามกิ เนื่องจากเซรามิกมีความแข็งมากทำให้สามารถ นำเอาวัสดุเซรามิกมาใช้เป็นวัสดุสำหรับขัดสีเพื่อตัด บด และขัดถู วัสดุอื่นทม่ี คี วามแข็งน้อยกว่าเซรามิกเหล่านี้ ไดแ้ ก่ อลมู เิ นียมออกไซด์และซลิ ิคอนคาร์ไบด์ เซรา มิกที่ใช้เปน็ วัสดุสำหรบั ขดั สีจะต้องมีอนภุ าคที่แขง็ มีปริมาณรูพรุนที่พอเหมาะเพื่อให้อากาศและของเหลวไหล ผ่านโครงสร้างได้ อลูมิเนียมออกไซด์มักจะมคี วามเหนียวที่สูงกว่าซลิ คิ อนคาร์ไบด์ ดังนั้นซิลิคอนคาร์ไบด์จึงถกู ใช้มากกว่าในขณะเดียวกันเมื่อผสมเซอร์โคเนียมไดออกไซด์ลงไปอลูมิเนียมออกไซด์ ทำให้ได้วัสดุขัดสีมีความ แขง็ แรง และความคมมากยงิ่ ข้ึนนอกจากน้ียังมเี ซรามิกทีใ่ ชส้ ำหรบั ขดั สที ่ีสำคัญอีกชนิดหนง่ึ คือ โบรอนไนไตรด์ ซง่ึ มีความแข็งเกอื บเท่ากบั เพชรแตท่ นความรอ้ นไดด้ ีกว่าเพชร 2.6.6 การขน้ึ รูปผลติ ภณั ฑ์เซรามิก เซรามกิ เปน็ ผลิตภัณฑอ์ ย่างหน่งึ ท่ีพบเหน็ ไดท้ ่ัวไปในชวี ิตประจำวัน เช่น ถว้ ยชาม กระเบ้อื ง สขุ ภณั ฑ์ หรือแม้กระทั่งชิ้นส่วนของอุปกรณ์เครื่องใช้ชนิดต่าง ๆ ผลิตภัณฑ์เซรามิกเหล่าน้ีมีรูปร่างลักษณะแตกต่างกัน ไม่ว่าผลิตภัณฑท์ ่มี รี ูปรา่ งแตกตา่ งกนั เช่นน้ี จะมวี ธิ ีการขนึ้ รูปทแ่ี ตกต่างกัน การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์

22 เซรามิกมีอยู่หลายวิธี ซึ่งแต่ละวิธีมีข้อแตกต่างกัน ทั้งในการเตรียมเนื้อดินปั้นและอุปกรณ์เครื่องมือเครื่องใช้ รวมถึงรปู ลักษณะของผลิตภัณฑท์ สี่ ามารถขึน้ รปู ไดโ้ ดยทวั่ ไปแล้ว สามารถแบง่ ออกไดเ้ ปน็ 3 กลุม่ ใหญ่ ๆ คอื 1) การขึ้นรูปโดยอาศัยความเหนียว เป็นวิธีการขึ้นรูปที่เก่าแก่ที่สุด การเตรียมเนื้อดินปั้นจะกระทำ โดยการผสมดินกบั วัตถุดบิ อืน่ ๆ และนวดให้เข้ากนั ดี หรืออาจผสมในรูปของน้ำดินแล้วนำไปกรองให้เป็นแผน่ จากนั้นจงึ นำไปขึน้ รปู ซ่ึงอาจแบง่ ไดเ้ ป็นอกี หลายวิธีย่อย ๆ เช่น ก) การปัน้ ดว้ ยมือ เปน็ วิธขี ึน้ รปู ท่ีอิสระท่ีสุด ผูป้ ้ันจะใชม้ ือและอุปกรณ์ต่าง ๆ เข้าช่วยในการ ปั้นดินให้เป็นรูปร่างตามต้องการ วิธนี ้ีสามารถปัน้ ผลติ ภัณฑ์ไดท้ ุกรูปรา่ งแต่มีขนาดไม่แน่นอนและต้องอาศัยใช้ เวลาและความชำนาญของผู้ป้ันมาก จงึ มกั ใช้กับงานศิลปะหรืองานหัตถกรรมพ้ืนบ้านที่ไมต่ ้องการกำลังผลิตสูง นัก ข) จิกเกอริ่ง เป็นวิธีที่ใช้ในอุตสาหกรรม โดยนำแผ่นเนื้อดินมาวางบนแบบปูนปลาสเ ตอร์ แล้วใชใ้ บมีดกดรีดให้เนอ้ื ดินได้รปู รา่ งตามต้องการ ใชก้ บั ผลิตภณั ฑ์ที่มีรูปกลมและแบน ค) การรีด วิธีนี้จะนำดินมาผ่านเข้าเครื่องรีดให้ออกมาเป็นแท่งยาว ๆ ซึ่งมีรูปหน้าตัดตามท่ี ออกแบบไว้ มักใชก้ บั ผลติ ภณั ฑท์ ่ีมรี ปู เป็นแทง่ ยาว ๆ เช่น ท่อ เป็นตน้ 2) การเทแบบ วิธีนจี้ ะเตรียมเนือ้ ดนิ ป้ันให้อย่ใู นรูปนำ้ ดนิ ข้น ๆ ท่ไี หลตวั ได้ดี จากนั้นจึงเทลงในแบบ ปูนปลาสเตอร์ ปูนจะดูดน้ำและทำให้เนื้อดินเกาะติดกับผนังแบบ ได้เป็นผลิตภัณฑ์ตามต้องการ วิธีนี้สามารถ ขนึ้ รปู ผลิตภัณฑไ์ ด้หลากหลายรูปทรง แตต่ อ้ งใชน้ ำ้ ในการขึ้นรูปมาก ทำให้การหดตวั หลงั อบแหง้ สูง ซ่ึงอาจเกิด การแตกหรือบดิ เบ้ียวได้ง่าย ตวั อย่างของผลิตภณั ฑท์ ี่ขึน้ รูปดว้ ยวธิ ีน้ี ได้แก่ เชน่ สุขภณั ฑ์ ถว้ ยชาม ของท่ีระลึก ประเภทต่าง ๆ เป็นต้น 3) การอัด วิธีนี้จะเตรียมเนื้อดินปั้นให้อยู่ในรูปของผงกลมๆ ที่ไหลตัวได้ดี จากนั้นจึงนำไปอัด ด้วย เครอื่ งอดั แรงดันสูงเพื่อให้เกาะติดกันเป็นแผ่น วิธีนี้จะใชน้ ้ำในการข้นึ รูปน้อยทีส่ ดุ ทำให้ผลิตภัณฑ์หลังอบแห้ง มกี ารหดตัวน้อยกวา่ วธิ อี ื่น ๆ แต่รปู ทรงผลติ ภัณฑท์ สี่ ามารถข้ึนรูปได้จำกดั 2.6.7 การเตรยี มวตั ถุดบิ วตั ถดุ ิบอาจแบ่งเปน็ วัตถดุ ิบหลัก เช่น ดิน เฟลดส์ ปาร์ ควอตซแ์ ละวตั ถุดิบอ่นื ๆ เพอื่ ทำให้ผลติ ภัณฑ์ มีคุณภาพสูงข้นึ เชน่ ดกิ ไคต์ โดโลไมต์ เป็นตน้ 1) ดิน เป็นวัตถุดิบสำคัญที่ใช้ในการผลิตเซรามิกหลายประเภท โดยเฉพาะที่ใช้เป็นภาชนะรองรับ อาหาร เครื่องสุขภัณฑ์ กระเบื้อง องค์ประกอบที่สำคัญของดิน คือ SiO2, Al2O3, Fe2O3 CaO MgO K2O และ Na2O ซึ่งดนิ จากทต่ี า่ งกนั จะมีองค์ประกอบในสัดส่วนที่ต่างกนั แบ่งดินตามลกั ษณะทางกายภาพ จะแบง่ ได้ดงั นี้ ก. ดินขาว เป็นวัตถุดิบที่สำคัญ ดินขาวบริสุทธิ์ มีสูตรเคมีเป็น Al2O3 (2SiO2.2H2O) ใน ประเทศไทยพบดินขาวในลักษณะที่เปน็ สีขาวหรือสอี ่อนทั้งในสภาพทีย่ ังไม่ได้เผาและหลงั เผา ข. ดินเหนียว มีสีขาวคล้ำจนถึงดำสนิท เนื้อละเอียด เหนียวและแข็งแรงทนทานกว่าดินขาว พบมากที่ ลำปาง เชียงใหม่ ปราจีนบุรี สุราษฎร์ธานีเมื่อนำดินเหนียวผสมกบั ดนิ ขาว จะทำให้เนื้อดินแน่นและ เนยี นมากขึ้น สะดวกในการขน้ึ รูปและทำเป็นผลิตภัณฑ์

23 รปู ท่ี 2.11 ดินขาว 2) เฟลด์สปาร์ (หินฟันม้า) แร่ประกอบหินอัคนีชนิดหนึ่ง เป็นสารประกอบซิลิเกตของ โพแทสเซียมโซเดียมและแคลเซียม มีหลายสี โดยมากมักมีสีขาวขุ่นคล้ายฟันม้า เป็นสารประกอบอะลูมิโนซิลิ เกตของธาตุหมู่ I และ II ส่วนใหญ่มีองค์ประกอบคงที่ ทำหน้าที่ช่วยให้เกิดการหลอมเหลวที่อุณหภูมิต่ำ ส่งเสรมิ ใหเ้ กิดการเปลย่ี นแปลงเป็นเน้ือแกว้ ทำให้เกิดความโปร่งใสผสมในเน้ือดินโซดาเฟลด์สปาร์จะมี Na ใน ปริมาณมาก จะใช้เป็นส่วนประกอบในน้ำเคลือบและใช้ โพแทชเฟลด์สปาร์ มี K ในปริมาณมาก จะใช้เป็น ส่วนผสมในเน้ือดินป้ัน รูปที่ 2.12 เฟลด์สปาร์ 3) ควอตซ์ (หินเข้ยี วหนุมาน) องคป์ ระกอบคือ ซลิ กิ า ส่วนมากใสไมม่ ีสี ถา้ มสี ิ่งเจือปนจะใหส้ ีต่าง ๆ ทำหน้าที่เปน็ โครงสร้างของผลิตภณั ฑเ์ ซรามกิ ช่วยใหเ้ กิดความแขง็ แรงไม่โคง้ งอ ทำให้ผลติ ภัณฑห์ ดตวั น้อย 4) แรโ่ ดโลไมต์ แรห่ รือหนิ ตะกอนท่ีประกอบดว้ ย CaMg2(CO3) เป็นส่วนใหญ่ ลกั ษณะคล้ายหินปูน ผสมเล็กน้อยในเนื้อดิน ลดจุดหลอมเหลวของวัตถุดิบและผสมในน้ำเคลือบ มีกำเนิดเช่นเดียวกับแคลไซต์ พบ ในหินปูนโดโลมิติกหรือในหินอ่อนโดโลมิติก โดโลไมต์ที่พบมีมวลขนาดใหญ่ นั้น เข้าใจกันว่าเป็นการกำเนิด แบบทุติยภูมิ ซึ่งเกิดจากหินปูนที่มีอยู่เดิมถูกแทนที่ด้วยธาตุแมกนีเซียม หรือมักเกิดเป็นเพื่อนแร่ในสายตะกั่ว หรือสังกะสซี ึ่งตัดผ่านหินปูน สารประกอบออกไซด์ BeO Al2O3 ผสมในผลติ ภัณฑ์ทท่ี นไฟสูง Sio2 B2O3 ผสมเพ่ือทำให้ผลิตภณั ฑ์เป็นเนอ้ื แก้ว SnO2 ZnO ใช้เคลือบเพื่อทำใหท้ ึบแสง

24 5) ดิกไคต์ ดกิ ไคต์ เป็นแรด่ ินชนิดหนึ่งในกล่มุ เคโอลิไนต์ ซงึ่ มอี งค์ประกอบทางเคมเี หมือนกัน แต่มี โครงสรา้ งผลึกตา่ งกัน พบเปน็ หนิ แข็ง มสี ไี ด้ตงั้ แตเ่ ทาอ่อน น้ำตาลอ่อน ไปจนถึงสีเขียวตองอ่อน การกำเนิดดิก ไคต์เกิดจากการที่น้ำแร่ร้อนและแก๊สซึมผ่านรอยแตกของหินเดิม โดยที่เป็นหินชื่อไรโอไลต์และทัฟฟ์ แล้ว เปลยี่ นสภาพ แรป่ ระกอบหินเดมิ ใหเ้ ปน็ แรด่ กิ ไคต์ หรือเกดิ จากการทีน่ ้ำแรไ่ หลเขา้ ไปบรรจุในรอยแตกที่มีอยู่ใน หิน การแพร่กระจายของแร่จึงสัมพันธ์กับแนวโครงสร้างธรณีวิทยาของบริเวณองค์ประกอบเหมือนดิน มี โครงสร้างผลึกต่างกันอะลูมินาร้อยละ 28 ถึง 32 โดยมวล จะเป็นหินแข็ง นำมาแกะสลักเป็นรูปต่างๆ ไว้ ประดับตกแต่งอะลูมินาร้อยละ 11 ถึง 28 โดยมวล ใช้ทำวสั ดุทนไฟ ทำกระเบื้องปูพื้น อะลูมินาร้อยละต่ำกวา่ ข้างต้น ใชท้ ำปูนซเี มนต์ขาว รูปท่ี 2.13 ดิกไคต์ วัตถุดิบทุกชนิดที่ใช้ผลิตเซรามิก จะต้องทำให้บริสุทธิ์และบดให้มีความละเอียดตามต้องการ จากน้ันจึงน้ำมาผสมกบั นำ้ และสารอ่นื ๆ ทำให้เน้อื ดินอยู่ในสภาพทีเ่ หมาะสม 2.6.8 กระบวนการผลติ เซรามกิ 1) การเตรียมวตั ถุดิบ วัตถดุ บิ ในการทำผลติ ภณั ฑเ์ ซรามิกไดแ้ ก่ แรด่ ินชนดิ ต่าง ๆ เช่นดนิ เหนยี ว ดนิ ขาว ดนิ สโตนแวรแ์ ละส่วนผสมต่าง ๆ นำมาเข้าสู่ระบบการบดและขนาดของอนุภาค ตอ่ จากนน้ั จงึ นำน้ำดินไป รีดน้ำออกหรอื กรองอดั นำ้ ดนิ เพือ่ ใหไ้ ดด้ นิ ทสี่ ามารถนำไปใช้งานหรอื นำไปขึ้นรูปต่อไป 2.6.9 การเทแบบ มี 2 ลกั ษณะคือ วิธีนี้จะเตรียมเนื้อดินปั้นให้อยู่ในรูปน้ำดินข้น ๆ ที่ไหลตัวได้ดี จากนั้นจึงเทลงในแบบปูนปลาสเตอร์ ปูนจะดดู น้ำและทำให้เนื้อดนิ เกาะติดกับผนงั แบบ ได้เปน็ ผลิตภัณฑต์ ามต้องการ วธิ นี ี้สามารถขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ ไดห้ ลากหลายรูปทรง แตต่ อ้ งใชน้ ้ำในการขน้ึ รูปมาก ทำใหก้ ารหดตัวหลังอบแห้งสูง ซ่ึงอาจเกิดการแตกหรือบิด เบี้ยวได้ง่าย

25 1) การเทแบบโดยให้น้ำดินแข็งตัวอยู่ในแบบ เรียก การหล่อแบบแข็ง ซึ่งเหมาะกับการเทแบบ ผลติ ภณั ฑ์ทีม่ คี วามหนาและรปู รา่ งแปลก ๆ 2) การเทแบบโดยมีการเทน้ำดินที่เหลือทิ้ง เรียก น้ำหล่อแบบท่อระบาย ซึ่งเหมาะกับผลิตภัณฑ์ท่ี ต้องการผนังบางและตอ้ งการความหนาสมำ่ เสมอ 2.6.10 การอดั วิธีนี้จะเตรียมเน้ือดินปั้นให้อยูใ่ นรูปของผงกลม ๆ จากนั้นจึงนำไปอัด ด้วยเครื่องอัดแรงดันสูงเพื่อให้ เกาะติดกันเปน็ แผ่น วธิ ีนจ้ี ะใชน้ ้ำในการขึ้นรปู น้อยทีส่ ดุ ทำใหผ้ ลิตภณั ฑ์หลงั อบแหง้ มกี ารหดตวั น้อยกวา่ วิธอี ื่น ๆ 1) การขึ้นรูปโดยใช้แรงอัด การขึ้นรูปโดยวิธีการนี้ใช้แพร่หลายในการผลิตผลิตภัณฑ์เซรามิกชนิด พิเศษ แรงอัดจะอัดลงบนแบบ ซึ่งมีผงเนื้อดินปั้นแห้ง ๆ หรือความชื้นเล็กน้อยอยู่ภายในแบบ แบบที่ใช้เป็น โลหะแข็ง การข้ึนรปู โดย วิธนี ี้มหี ลายสง่ิ หลายอย่างท่ีจะต้องคำนึงถงึ ขนาดและรูปร่างและการกระจายตัวของ อนภุ าคของเนือ้ ดนิ ปั้น 2) การขึ้นรปู โดยวิธกี ารอดั เนอื้ ดนิ ปนั้ แหง้ ๆ ใชก้ ับการข้นึ รูปผลิตภณั ฑ์เซรามิก ที่ใช้ในงานประยุกต์ทั้ง ทางดา้ นอเิ ล็กทรอนิกส์และไฟฟ้า เปน็ วิธกี ารอัด ผงกลม ๆ ของเนือ้ ดินป้นั แห้งภาชนะในแบบโลหะด้วยแรงอัด ท่ีสูง ความช้นื ภายในผงเนือ้ ดินป้นั ไมเ่ กนิ ร้อยละ 4 ผงเนื้อดินปั้นกลม ๆ เคลอ่ื นท่ีไดอ้ ิสระแต่มคี วามเหนียวไม่ดี เทา่ ท่ีควรแต่เม่ือถกู แรงอัดจะอัดตัวกนั ได้หนาแน่นดี 3) การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์โดยการหลอมเหลวแล้วเทลงแบบ การขึ้นรูปวิธีนี้จะใช้ในการทำให้ผลิตภัณฑ์ วัสดุทนไฟมคี วามหนาแน่นสงู ทนทานต่อการกดั กร่อนของข้ีถลงุ โดยหลอมเนื้อผลติ ภัณฑด์ ้วยเตาไฟฟา้ แลว้ เท ลงในแบบโลหะหรอื แบบทราย 2.6.11 การเผาและการเคลือบเซรามิก 1) การเผา การเผาผลิตภัณฑ์เซรามิกครั้งแรกเรียกว่าเผาดิบ โดยเพิ่มอุณหภูมิของเตาเผาให้สูงขึ้น อยา่ งชา้ ๆ เพื่อให้ผลติ ภณั ฑ์คงรูปไม่แตกชำรดุ ผลติ ภัณฑ์ เซรามกิ ที่ผ่านการเผาดิบแลว้ บางชนิดนำไปใช้ได้โดย ไม่ต้อง เคลือบ เช่น กระถางต้นไม้ อิฐ ไส้เครื่องกรองน้ำแต่ผลิตภัณฑ์ส่วนใหญ่จะต้องเคลือบผิวเพื่อ ให้เกิด ความ สวยงาม มีความคงทนและป้องกันการเกดิ รอยขดี ขว่ นบนผวิ 2) การเคลือบ คือชั้นของแก้วบาง ๆ ที่หลอมละลายติดอยู่กับผิวดินซึ่งขึ้นรูปเป็นภาชนะทรงต่าง ๆ สารทใี่ ช้ เคลอื บ ผลิตภัณฑ์เซรามกิ เรียกวา่ นำ้ เคลือบ ซ่งึ เปน็ สารผสมระหวา่ งซลิ ิเกตกับสารช่วยหลอมละลาย วัตถุดิบที่เป็นน้ำยาเคลือบถูกบดจนละเอียดมากกว่าดินหลายเท่า ก่อนนำมาเคลือบบนดินเผา เป็นชั้นหนา 1 ถึง 1.5 มม. เมื่อเคลือบแล้วต้องทิ้งให้ผลิตภัณฑ์แห้ง เช็ดก้นผลิตภัณฑ์ให้สะอาดก่อนเข้าเตาเผา ผลิตภัณฑ์ที่ เคลือบแล้ว โดนเผาผ่านความร้อนอุณหภูมิสูง วัตถุดิบท่ีเป็นแก้วในเคลือบเมื่อถึงจุดหลอมละลาย ชั้นของ เคลือบจะกลายเป็นแก้วมันวาวติดอยู่กับผิวดินเคลือบช่วยให้การล้างภาชนะสะดวก เนื่องจากเคลือบมีสมบัติ

26 ลื่นมือ สามารถทำความสะอาดง่ายกว่าผิวดินที่มีลักษณะค่อนข้างหยาบ เคลือบมีคุณสมบัติเป็นแก้วไม่ดูดซึม น้ำและยังเพ่มิ ความแข็งแรง 2.6.12 การข้ึนรูปผลติ ภณั ฑ์โดยการหลอมเหลวแลว้ เทลงแบบ การขึน้ รปู วิธีนจ้ี ะใช้ในการทำใหผ้ ลติ ภณั ฑ์วสั ดทุ นไฟมีความหนาแน่นสงู และทนทาน ตอ่ การกัดกร่อน ของขี้ถลุง โดยหลอมเนื้อผลิตภัณฑด์ ้วยเตาไฟฟ้า แล้วเทลงในแบบโลหะหรือ แบบทราย แต่จะเกิดชอ่ งวา่ งขน้ึ ในระหวา่ งปล่อยใหผ้ ลิตภณั ฑ์เยน็ ตัวลง 2.7 วัสดุทางการแพทย์ โดยมีการนำวัสดุต่าง ๆ เพื่อนำมาใช้ทดแทนอวัยวะในร่างกาย ที่ไม่สามารถทำหน้าที่ได้หรือเกิดการ สูญเสียไป เช่น เหล็กใช้ทำเป็นลวดทีใ่ นการยึดกระดูกท่ีหักและเปน็ โลหะชนิดแรกท่ีใช้ ทองคำใช้เพื่อซ่อมแซม ภาวะเพดานโหว่ แพลตตนิ ัมเน่อื งจากทำใหเ้ กิดการระคายเคืองได้น้อยท่ีสดุ เงิน นเิ กลิ ก็ไดถ้ กู นำมาใช้ในฐานะท่ี เป็นโลหะสำหรับเคลือบโลหะทีใ่ ช้ฝังในร่างกาย นอกจากนี้แมกเซยี มยังทำหน้าที่เป็นตัวกระตุน้ ในการเร่งสร้าง กระดูก ซึ่งต่อมายังมีการใช้โพลิเมอร์และเซรามิกในการทำอวัยวะเทียมหรือเพื่อจุดประสงค์ในการรักษา บางอยา่ ง ซึง่ การพัฒนาวสั ดุโพลเิ มอร์และเซรามิกกำลังได้รับความสนใจในปัจจบุ นั 2.7.1 คำจำกดั ความและความหมาย คำที่จำเปน็ ต้องทราบน้ันมีอยู่ 2 คำ ซึ่งตอ้ งแยกความหมายใหช้ ดั เจนคือคำวา่ วัสดุทางการแพทย์ และ วัสดชุ ีวภาพ คำวา่ วัสดุทางการแพทย์นั้นมคี วามหมายวา่ เปน็ วัสดอุ ยา่ งหนึง่ อยา่ งใดที่นำเข้าไปฝงั อยู่ในร่างกาย เพื่อทำหน้าที่เป็นอวัยวะเทียมหรือเพื่อการรักษาบางอย่างหรือเรียกได้ว่าเป็น “วัสดุชีวภาพ” ส่วนคำว่า วัสดุ ชีวภาพ เป็นวัสดุที่เป็นเนื้อเยื่อของร่างกาย เรียกว่า “วัสดุทางชีววิทยา” วัสดุชีวภาพได้ถูกจำกัดความหมาย โดย คณะกรรมการที่ปรึกษา ในการประชุมวัสดุชีวภาพนานาชาติครั้งท่ี 6 เป็นวัสดุที่มีความเฉื่อยต่อเนื้อเยื้อ ของร่างกายทั่วไป รวมทั้งความเฉื่อยทางเภสัชวิทยาด้วย หมายความว่าต้องไม่มีคุณสมบัติเป็นยา เมื่อนำวัสดุ นั้นฝังเข้าไปในร่างกายหรือให้วัสดุนั้นไปสัมผัสเป็นส่วนใดส่วนหนึ่งของร่างกาย วัสดุชีวภาพนี้รวมถึงวัสดุที่ใช้ ในทางทนั ตกรรม เพราะวสั ดุดงั กล่าวน้ีย่อมต้องสัมผัสเนื้อเย่ือรา่ งกาย โดยมโี อกาสสมั ผสั หรอื ซึมเข้าไปในเลือด ได้ เนื่องจากว่าเป้าหมายของการใช้วัสดุชีวภาพ คือ การทำให้เนื้อเยื่อตามธรรมชาติและอวัยวะต่าง ๆ ของ ร่างกายทำหน้าที่ขึ้นมาได้อย่างปกติ จึงมีความสำคัญมากที่ต้องเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างคุณสมบัติ หน้าที่ และโครงสร้างของวสั ดชุ ีววิทยา ดงั น้นั ต้องศึกษาเรื่องใหญ่ ๆ 3 เร่ืองดว้ ยกัน คอื วัสดทุ างชีววทิ ยา วสั ดุที่ฝงั เข้า ไปในร่างกายและปฏิกิริยาท่ีเกิดขึ้นระหว่างวัสดุกับเนื้อเยื่อร่างกายเรื่องที่สำคัญอีกอย่างหนึ่งที่ต้อง ทำการศึกษา คือ สมบัติเชิงกลและไดนามิกของเนื้อเยื่อและปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างคุณสมบัติทั้งสอง โดยทั่วไปการศึกษานี้เรียกว่า ชีวกลศาสตร์ เพื่อที่จะสามารถนำไปใช้ออกแบบของวัสดุที่สอดใส่เข้าไปใน ร่างกาย

27 สามารถแบ่งวัสดุทางชวี ภาพตามลักษณะการใชง้ านโดยอาศยั พ้ืนฐานหลายอย่าง คือ การนำไปใช้งาน อย่างถาวรหรือชัว่ คราว การนำไปใช้เป็นอวัยวะเทียมของระบบตา่ ง ๆ หรือเพื่อประโยชน์ในด้านการรักษาโรค หรือเพ่ือความสวยงาม ได้แก่ 1) ใช้ฝงั ในร่างกายเพ่ือทำหน้าที่อยา่ งถาวร 2) ใช้ฝงั ถาวรเพือ่ การศลั ยกรรมตกแต่ง 3) ใชใ้ นการทำหน้าทีช่ ่ัวคราวเพื่อการรกั ษาโรค 4) วัสดทุ ่ีใชท้ างทนั ตกรรม 5) ใช้ในการทำหนา้ ทต่ี กแต่ง 2.7.2 วัสดชุ ีวภาพทางการแพทย์ วัสดุยุคแรก ๆ มีคุณลักษณะ คือ ขอให้เป็นแค่เพียงวัสดุที่ใช้แล้วไม่เกิดปฏิกิริยาต่อต้านจากเนื้อเยื่อ ข้างเคียงก็เพียงพอ แต่ปัจจุบันสิ่งที่สำคัญยิ่งยวด คือ ต้องดูถึงปฏิกิริยาผิวสัมผัสระหว่างวัสดุที่ใช้กับอวัยวะ ข้างเคียงที่รองรับ ในอดีตวัสดุที่เคยใช้นั้นขอเพียงให้อยู่คงทนได้นานแค่หลายปีก็พอ แต่ปัจจุบันควรมี จุดมุ่งหมายที่จะสามารถใช้งานได้คงทนถึง 20 ปี ทั้งนี้เพื่อประโยชน์สูงสุดของผู้ป่วย ในยุคก่อนนี้การตรวจ ทดสอบวัสดุที่ใช้ในทางการแพทย์มีไม่มากนัก แต่ในปัจจุบันการที่จะได้มาซึ่งวัสดุใหม่ ๆ ที่ใช้การได้ดีและมี ประสิทธิภาพนัน้ ต้องผ่านการทดสอบท้ังในแง่กลศาสตร์ ในสัตว์ทดลองและการทดสอบในแบบจำลองเหมือน อวัยวะของจริงในมนุษย์ เพื่อให้ได้มาซึ่งความแน่นอนว่าวัสดุนั้นมีพิษต่อร่างกายหรือเข้ากันได้ดีกับเนื้อเยื่อ ข้างเคียงหรือไม่ การศึกษาในห้องทดลองและจากร่างกายของผู้เสียชีวิตใหม่ ๆ ในเรื่องของการเปลี่ยนแปลง ของผิววัสดุที่ใช้หรือการเปลี่ยนแปลงของเนื้อเยื่อระหว่างผิววัสดุและอวัยวะที่รองรับช่วยให้เกิดความเข้าใจ กระจ่างขึ้นเกี่ยวกับการเปลยี่ นแปลงทางดา้ นเคมีและปฏิกริ ิยาของอวัยวะท่ีมีต่อวสั ดทุ ี่ใช้ จุดประสงค์ของการใช้วสั ดุทางการแพทย์ คือ ใช้ทดแทนส่วนอวัยวะหรือทำหน้าท่ีของอวยั วะที่เสยี ไป ในขณะเดียวกันต้องเป็นวิธีที่ปลอดภัย เชื่อถือได้ ประหยัด และไม่เป็นอันตรายต่อร่างกาย การที่จะบรรลุ วัตถุประสงค์ดงั กล่าวไดก้ ็ตอ้ งข้ึนอยู่กับความมน่ั คง ความคงทนถาวรของปฏิกริ ิยาท่ีเกิดข้ึน ระหวา่ งผิววัสดุท่ีใช้ กับอวัยวะที่รับรอง ต้องมีความเช้าใจว่าผิวสัมผัสของเนื้อเยื่อและวัสดุเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ ฉะนั้นต้องมี การศึกษาถึงความเปลี่ยนแปลงทั้งในแง่เคมีและเซลล์ที่เกิดขึ้นเม่ือนำวัสดุไปฝังแทนอวัยวะส่วนนั้น ๆ เช่น จำเป็นต้องเรียนรู้เคมีพื้นผิว การสึกกร่อนของโลหะ ปฏิกิริยาต่อพอลิเมอร์ และพฤติกรรมพื้นผิวของเซรามิก และแก้ว ในปีหนึ่ง ๆ จากตัวเลขที่ปรากฏ การใช้วัสดุทางการแพทย์ในอเมริกาและยุโรปมีรวมกันถึง 4 ถึง5 ลา้ นชิ้น ช้ินส่วนจากวัสดทุ ต่ี า่ งกนั กว่า 40 ชนิดที่กำลงั ใช้อยู่ 2.7.3 ชนิดของวัสดทุ างการแพทย์ วัสดุทางการแพทย์สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 ชนิดใหญ่ ๆ โดยพิจารณาในแง่ของปฏิกิริยาเนื้อเยื่อ โตต้ อบตอ่ การกระตุ้นท่ผี ิวสัมผัส ไดแ้ ก่ 1) ปฏกิ ริ ยิ าผวิ สัมผัสเฉื่อย 2) ปฏกิ ิรยิ าผิวสมั ผสั เฉ่ือยและพื้นผิววัสดุมีรู พรนุ เล็ก ๆ 3) ปฏิกิริยาเคมเี กิดทีผ่ วิ สัมผัสแบบควบคุมได้โดยมรี ายละเอยี ดดังนี้

28 1) ชนิดที่ 1 ปฏิกิริยาผิวสัมผัสเฉื่อย พื้นผิวสัมผัสของวัสดุเรียบ ได้แก่ วัสดุทางการแพทย์ที่ใช้ แพร่หลายในปัจจุบัน วัสดุในกลุ่มสามารถเข้ากันได้ดีกับอวัยวะที่ยึดหรือทดแทนและเนื้อเยื่อข้างเคียง แต่ อย่างไรก็ตามต้องเกิดมีปฏิกิริยาเนื้อเยื่อต่อวัสดุที่ใช้ โดยเกิดเป็นเนื้อเยื่อแผ่นบาง ๆ หนา0.1ถึง10 มิลลิเมตร ขึ้นเสมอโดยแทรกระหว่างวัสดุที่ใช้อวัยวะที่รองรับ ถึงแม้ว่าเนื้อเย่ือดังกล่าวจะแนบชิดตัวกับวัสดุก็ตาม แต่ก็ ไม่ได้ต่อกันสนิทจึงเกิดมีการเคลื่อนไหวระหว่างตัววัสดุที่ใช้กับอวัยวะรองรับโดยเฉพาะเมื่อมีแรงมากระทำ ลักษณะเชน่ นีท้ ำให้ความคงทนถาวรของวัสดุทีใ่ ชม้ ขี ีดจำกดั ตวั อยา่ งเชน่ แผน่ โลหะและสกรูยึดกระดกู 2) ชนดิ ที่ 2 ปฏกิ ิรยิ าผิวสมั ผสั เฉ่ือยและพื้นผิววัสดุมรี ูพรนุ เล็ก ๆ เป็นวสั ดทุ ่ีเกดิ ขนึ้ จากการวิจัยเพื่อให้ มีคุณภาพดีกว่าชนิดที่ 1 ในแง่ของความมั่นคงผิวสัมผัส วัสดุในกลุ่มนี้มีรูพรุนเป็นตะข่ายที่กำหนดรูปแบบให้ ตรงตามบริเวณผิววัสดุเพื่อให้เนื้อเยื่อสามารถเจริญเติบโตเข้าไปในรูพรุนที่ ผิววัสดุนี้คล้ายกับเนื้อเยื่อบริเวณ เชอื่ มต่อระหวา่ งเอน็ และกระดกู หรอื ฟนั กบั เน้ือเย่ือหุ้มเหงือก ตวั อยา่ งเช่น ขอ้ ต่อสะโพกเทยี มชนิดผิวโลหะมีรู พรุน 3) ชนิดท่ี 3 ปฏกิ ิรยิ าเคมเี กิดทีผ่ วิ สัมผสั แบบควบคมุ ได้ เปน็ วสั ดทุ ่ีจากการวิจยั ขึ้นเมื่อใช้แล้วก่อให้เกิด ปฏิกิริยาเคมีบริเวณในส่วนของผิววัสดุกับเนื้อเยื่อรองรั บผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นคือผิวสัมผัสจะประสานกันได้สนิ ท เหมอื นธรรมชาติ 4) ชนิดที่ 4 ปฏิกิรยิ าดดู ซึมเกิดท่ผี วิ สัมผสั เปน็ วสั ดทุ างการแพทย์เม่ือใชท้ ดแทนหรือฝังในอวัยวะของ ส่วนร่างกายนั้น ๆ แล้วเมื่อถึงเวลาที่ทำหน้าที่ครบถ้วนสมบูรณ์แล้วจะเกิดการเสื่อมสลายสภาพของส่วน ร่างกายนั้น ๆ แล้วเมื่อถึงเวลาที่ทำหน้าที่ครบถ้วนสมบูรณ์แล้วจะเกิดการเสื่อมสลายสภาพของวัสดุและไม่ ปรากฏร่องรอยของปฏิกิริยาระหว่างผิวพื้นวัสดุกับอวัยวะที่รองรับเลย วัสดุในกลุ่มนี้ถือว่าเป็นวัสดุที่ต้องการ ทสี่ ดุ แตก่ ารผลิตทำได้ยากมาก และท่ีมีอยใู่ นปจั จบุ ันกม็ ีน้อยชนดิ มาก 2.8 ไฮดรอกซีอะพาไทต์ ไฮดรอกซอี ะพาไทตโ์ ดยปกติเปน็ ส่วนประกอบทมี่ สี ารอนินทรีย์ของกระดูก และฟนั พบประมาณ 60ถึง 70 เปอร์เซ็นต์ของกระดูกทั่วร่างกาย พบประมาณ 98 เปอร์เซ็นต์ในส่วนของสารเคลือบฟัน ไฮดรอกซีอะพา ไทตม์ อี ตั ราส่วนของแคลเซียมต่อฟอสเฟตคือ 10ต่อ6 มสี ตู รเคมี คือCa10(PO4)6(OH)2 ไฮดรอกซีอะพาไทต์เป็น วัสดุที่เข้ากันได้กับร่างกายมนุษย์ สามารถเชื่อมกันได้กับทั้งกระดูกและเนื้อเยื่ออ่อนคุณสมบัติทางเคมีและ ฟิสิกส์ ของไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมีผลต่ออัตราการสูญสลายด้วยคุณสมบัติทางเคมีได้แก่ อัตราส่วนของ แคลเซียมต่อฟอสเฟต ความบริสุทธิ์ของสารทดแทนด้วยไอออนในตัวไฮดรอกซีอะพาไทต์เอง ภาวะความเป็น กรดด่างของบริเวณที่นำไฮดรอกซีอะพาไทต์ไปใส่คุณสมบัติทางฟิสิกส์ ได้แก่ ลักษณะของไฮดรอกซีอะพาไทต์ เช่น เป็นเม็ดเล็ก เป็นแท่ง ความมีรูพรุน ความหนาแน่น ความเป็นผลึก ถ้าเป็นผลึกขนาดใหญ่จะสูญสลายได้ ยากกว่าผลึกขนาดเล็ก ถ้าเป็นลักษณะป่นร่วน ก็จะทำให้การสูญสลายง่ายกว่าโดยความมีรูพรุน ช่วยให้เส้น เลือดเจรญิ เข้าไปภายในได้ง่าย รพู รุนขนาด 150ถงึ 200 ไมโครเมตร เปน็ ขนาดทีเ่ หมาะสมทจ่ี ะชว่ ยให้ กระดกู มี การเจริญเข้าไปและมีการสะสมแร่ธาตุเป็นกระดูกสมบูรณ์ได้ แต่ถ้ามีรูพรุนจำนวนมากเกินไปจะทำให้ความ แขง็ แรงของวสั ดลุ ดลงได้

29 รปู ท่ี 2.14 ผงไฮดรอกซีอะพาไทต์ ถงึ แม้วา่ ไฮดรอกซีอะพาไทต์จะมคี ุณสมบัติทางเคมีคล้าย แรท่ ่เี ป็นสว่ นประกอบของกระดกู มนุษย์แต่มี คุณสมบัติทางกลต่ำ คือ จะมีความเปราะมาก มีความแข็งแรงและความต้านทานต่อความล้าต่ำมาก เช่น ไฮด รอกซอี ะพาไทต์ชนดิ เนื้อแนน่ จะมีคา่ ความต้านทานต่อการกดอยู่ระหว่าง 100ถงึ 200 เมกะปาสคาล ซ่ึงจะมีค่า แตกต่างจากกระดูกโดยธรรมชาติอย่างมาก คุณสมบัติทางกลท่ีสำคัญของเซรามกิ ที่นำไปใชง้ านทางการแพทย์ คือ ความแข็ง และความทนทานตอ่ การกด ซ่ึงไฮดรอกซีอะพาไทต์ท่ีบริสุทธ์ิจะมีคุณสมบัตทิ างกลทีต่ ่ำมากเม่อื เทียบกับกระดูกจริงของมนุษย์ ทำให้วัสดุฝังในพวกไฮดรอกซีอะพาไทต์ได้รับการยอมรับในการใช้งานทาง การแพทย์น้อย คือ ไมส่ ามารถใช้ทดแทนกระดูกส่วนท่ีต้องรับน้ำหนักมาก เชน่ ใช้ทำเปน็ กระดูกหรือฟันเทียม ทำให้การใช้ไฮดรอกซีอะพาไทต์ในทางการแพทย์ทำได้อย่างจำกัด คือ จะใช้เป็นวัสดุฝังในชิ้นเล็ก ๆ สำหรับ ซ่อมแซมกระดูกในส่วนที่ไม่ต้องรับนำหนักใช้ในลักษณะที่เป็นผง เช่น ใช้สำหรับเคลือบลงบนโลหะที่เป็น ส่วนประกอบหลักของขอ้ สะโพกเทยี ม และใช้เปน็ วัสดุฝงั ในท่ีมีรพู รุนต่ำในส่วนทต่ี ้องรบั แรงต่ำอกี ดว้ ย 2.8.1 คณุ สมบัตขิ องไฮดรอกซีอะพาไทต์ คุณสมบัติเฉพาะของไฮดรอกซีอะพาไทต์ ที่สามารถนำไปใช้ในร่างกายเพื่อทำให้เกิดการสร้างพันธะ ระหวา่ งวัสดุหรอื อปุ กรณ์การแพทย์กบั เซลล์กระดูกคนไข้ได้ดีน้ันจะตอ้ งมีคุณสมบัติของไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่ดี โดยในทน่ี จ้ี ะแบ่งเป็น 2 ประเภทหลัก ๆ คือ คุณสมบัตทิ างเคมซี ึ่งรวมถงึ คุณสมบตั ทิ างชวี ภาพท่ีมีผลตอ่ ร่างกาย ด้วยและคุณสมบตั ทิ างกลซึ่งมีคุณสมบัติ ดงั น้ี 1) คุณสมบัติทางเคมี ในการละลายของสารประกอบไฮดรอกซอี ะพาไทต์ท่มี ีความสมั พนั ธ์อย่างใกล้ชิด ความสามารถในการเข้ากันได้กับเนื้อเยื่อของร่างกาย ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยากับสารประกอบชนิด อื่น ซึ่งสารประกอบไฮดรอกซีอะพาไทต์จะถูกละลาย ในสารละลายที่มีฤทธิ์เป็นกรด ขณะที่ไม่เกิดการละลาย ในสารละลายท่มี ีฤทธิ์เป็นดา่ งและละลาย ได้เพยี งเลก็ น้อยในน้ำกล่นั แคลเซยี มไอออนในสารประกอบไฮดรอก ซีอะพาไทต์ จะถูกละลายออกมาประมาณ 4 ส่วนในลา้ น ส่วนเมื่ออยูใ่ นน้ำกลั่น ที่อุณหภูมิ 37 องศาเซลเซียส

30 โดยมีอัตราการละลายประมาณ 1 ไมโครเมตรต่อปี การละลายในสารละลายเกลือพบว่ามีการละลายได้ เพ่มิ ข้นึ กวา่ ในน้ำกล่ันและปริมาณของแคลเซยี มไอออนทหี่ ลดุ ออกมา จะเพมิ่ ขนึ้ ตามความเข้มขน้ ของเกลือคลอ ไรด์ การละลายของไฮดรอกซีอะพาไทต์ในน้ำละลาย เลือด และน้ำไขข้อ พบว่ามีการละลายได้เพียงเล็กน้อย จากการทำปฏิกิริยากับกรดอะมิโน ที่อยู่ในของเหลวนั้น และจากการนำเอาสารประกอบไฮดรอกซีอะพาไทต์ ฝงั ลงในเนอื้ เยือ่ ใต้ผิวหนังของสุนัขพบวา่ มอี ัตราการละลายประมาณ 0.001 กรัมต่อปี 2) คุณสมบัติทางกล สำหรับสารประกอบไฮดรอกซีอะพาไทต์มีโครงสร้างแบบหลายผลึก จะมีการ ขยายตัว เนื่องจากความร้อนแบบเป็นเส้นตรงจนถึงอุณหภูมิ 1,150 องศาเซลเซียส มีค่าความแข็ง 400ถึง 5,400 นปู มคี า่ ความต้านทานต่อแรงดึง 40ถึง300 เมกะปาสคาล มคี า่ ความต้านทานตอ่ แรง 300ถึง900 เมกะ ปาสคาล ค่ามอดูลัสของยังประมาณ 80,000ถึง120,000 เมกะปาสคาล และสารประกอบไฮดรอกซีอะพาไทต์ มีความต้านทานตอ่ แรงกดได้สูงมาก แตก่ ม็ คี วามเปราะมากเช่นกนั การนำไปใชง้ านบางอยา่ งจึงถูกจำกดั ลง เช่น ชิ้นส่วนของกระดูกสะโพกเทียม ซึ่งปัจจุบันยังคงใช้โลหะในการรับภาระกรรมต่าง ๆ แต่จะนำเอา สารประกอบไฮดรอกซอี ะพาไทต์มาเคลือบ ผวิ ทบ่ี รเิ วณก้านโลหะ ส่วนตน้ ขาเพ่ือชว่ ยให้การยึดเกาะกับกระดูก มีประสทิ ธิภาพดขี ึน้ 2.9 กระบวนการผลติ เซรามกิ เนื่องจากเซรามิกมีจุดหลอมเหลวท่ีสูงมาก ดังนั้นการที่จะนำเซรามกิ มาหลอมเหลวและขึ้นรูปเหมือน โลหะน้ันจะทำได้ยากมาก จึงใชว้ ิธีการนำวัตถุดบิ ที่เป็นผงเซรามกิ มาผสมกัน แล้วขน้ึ รปู จากนั้นจึงใช้ความร้อน ทำใหผ้ งเซรามิกเกดิ การประสานกนั ขึ้นเทคนิคท่ีใช้ คอื ซนิ เตอร์หรือกระบวนการวัสดุผลกรรมวิธีการผลิตเซรา มกิ ประกอบไปด้วยการเตรียมผงวัตถดุ บิ การข้นึ รูป และการเผา เป็นตน้ 2.9.1 การเผาผนกึ หรือการซนิ เตอร์ การเผาผนึกหรือการซินเตอร์ คือ กระบวนการทางความร้อนท่ีทำให้อนภุ าคเกิดการสร้างพันธะกันอย่างสมดุล มีโครงสร้างหลักเป็นของแข็งที่พัฒนามาจากการเคลื่อนย้ายมวลลักษณะที่มักจะเกิดขึ้นในระดับของอะตอม การเกิดพันธะเชื่อมต่อกันดังกล่าวทำให้ระบบมีความแข็งแรงสูงขึ้นและมีพลังงานลดลง โดยอาศัยการหดตัว ขององคป์ ระกอบทเ่ี ชื่อมอยู่ติดกนั แล้ว เกดิ การเตบิ โตไปด้วยกัน โดยมกี ารสร้างพนั ธะทีแ่ ขง็ แรงระหว่างอนุภาค ที่อยู่ติดกันขึ้นมาทุกขั้นตอนที่อยู่ระหว่างการเปลีย่ นสภาพช้ินงานที่ผ่านการอัดขึน้ รูปเป็น โครงสร้างจุลภาคที่ ประกอบด้วยการยึดกันของเกรนต่าง ๆ ของเซรามิกและได้ชิ้นงานเรียกว่า กรีนเซรามิกหรือเซรามิกช้ืน นำไป ทำการอบแห้งเพื่อทำการไล่ความชื้นและตัวประสานบางชนิดออกไป ขณะที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และเวลาในการเผาเชน่ พฤติกรรมการเผาผนึกแบบสถานะของแข็ง ซึ่งประกอบไปดว้ ย 3 ข้ันตอน ดังนี้ 1) การซนิ เตอร์ชว่ งเริ่มต้น จะเกีย่ วข้องกบั การจัดเรียงตัวกันใหม่อีกครั้งหนึ่ง ของอนภุ าคผงภายในชิ้นงานและ การเกิดพนั ธะทแี่ ขง็ แรง หรือคอขึ้นมาท่ีบรเิ วณจุดสัมผสั ระหวา่ งอนภุ าคผง 2) การซินเตอร์ช่วงกลาง เป็นช่วงที่ขนาดของคอเริ่มโตขึ้น และปริมาณของความพรุนในชิ้นงานจะเริ่มลดลง อยา่ งรวดเรว็ เนอื่ งจากอนุภาคเร่ิมเขา้ มาใกลช้ ิดติดกนั มากข้ึน ทำใหช้ นิ้ งานเกิดมีการหดตวั ลงอยา่ งชัดเจน

31 3) การซินเตอร์ช่วงสุดท้าย เป็นช่วงที่รูพรุนในชิ้นงานเริ่มปิดตัวเองลงและค่อย ๆ ถูกกำจัดให้หมดไปจาก ชิ้นงาน อย่างช้า ๆ โดยอาศัยกลไกการแพร่ของอากาศจากรูพรุน ออกมาตามแนวของขอบเกรนแล้วหลุด ออกไปจากผิวช้ินงาน ซึง่ จะทำให้ช้ินงานเกิดการแนน่ ตวั เพิม่ ข้ึนจากเดิม 2.9.2 การแคลไซน์ การแคลไซน์เป็นกระบวนการทางความร้อน ที่ทำให้ส่วนประกอบต่าง ๆ เกิดมีปฏิกิริยาต่อกัน โดยอาศัยกลไก การแพร่ระหว่างกันของไอออน เป็นวิธีการชว่ ยลดขอบเขตของการแพร่จะทำใหเ้ กิดข้ึนในชว่ งของข้ันตอนการ เผาผนึกลง เพ่อื ให้ได้ตัววสั ดทุ ี่มีความเปน็ เนื้อเดียวกัน จึงอาจจะพจิ ารณาการแคลไซน์วา่ เป็นเพยี งสว่ นหน่ึงของ ขั้นตอน การผสมก็ยังได้ซึ่งเง่ือนไขในการเผาแคลไซน์เป็นปัจจัยที่มีความสำคัญอย่างมาก ต่อการควบคุม พฤติกรรมการหดตัวของวัสดุ ในช่วงของการเผาผนกึ การแคลไซน์ สามารถทำได้โดยการใส่อนุภาคผงทผี่ า่ นการ ผสมของ เนื้อสารมาแล้วลงไปในถ้วยหรือเบ้าสำหรับเผาสารที่เป็นชุด ๆ และในการเผาแบบต่อเนื่อง ซึ่งถ้วย เผาสารทนี่ ำมาใชก้ ค็ วรจะมฝี าปดิ ด้วยเพราะถา้ สารที่เผาน้นั มสี ว่ นประกอบทางเคมีทส่ี ามารถเกิดการระเหยได้ งา่ ย มีการเปลีย่ นโครงสร้างผลกึ และองค์ประกอบทางเคมีเช่นกนั แตไ่ ม่มากนกั น้ำหนักของช้ินงานจะเปล่ียนไป แตข่ นาดจะไมเ่ ปล่ียนมากนกั หรืออาจจะมขี นาดใหญ่ขึ้นด้วย 2.10 การตรวจสอบคุณสมบตั ิ ในงานวิจัยนี้จะใช้มาตรฐานการทดสอบชิ้นงานของ ASTM ย่อมาจาก American Society for Testing and Materials เป็นสมาคมวิชาชีพทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่กำหนดซึ่งเป็นที่นิยมใช้ จัดทำมาตรฐานทีย่ อมรับทวั่ โลก สมาคม ASTM มหี นา้ ทส่ี ่งเสรมิ และสนบั สนนุ งานดา้ นวชิ าการเพอ่ื เปน็ การช่วง เหลอื อุตสาหกรรมหน่วยงานของรัฐและสาธารณชนทั่วไป โดยการพฒั นามาตรฐานทเ่ี กยี่ วข้องกับลักษณะและ การทำงานของวัสดุผลิตภัณฑ์ การบริการและระบบการใช้งานมาตรฐาน ASTM นี้ยังครอบคลุมงานวิชาการ ตา่ ง ๆ มากมายอีกทงั้ ยงั ไดร้ ับพิจารณาทบทวนปรับปรงุ และแก้ไขเพิม่ เติมเพื่อทำให้เกิดความทันสมัยอยู่ตลอด 2.10.1 มาตรฐานทใ่ี ช้ตรวจสอบชน้ิ งาน 1) ASTM : C326–82 (1997) ทดสอบการหดตวั หลงั การเผา 2) ASTM : C373–88 (1999) ทดสอบความหนาแนน่ และความพรุนตัว 3) ASTM : C323-56 (1996) นำ้ หนกั ทีส่ ูญหายหลงั จากการเผา 2.10.2 การตรวจสอบคณุ สมบัตทิ างกายภาพของเซรามกิ 1) การหาค่าการหดตวั หลังการเผา ผลิตภณั ฑ์เซรามิกส่วนมากมีดินในอัตราส่วนผสมเพื่อใหเ้ กดิ ความเหนียวรวมทั้งใช้น้ำเพือ่ ช่วยเพิ่มความเหนียว ทำให้มีความชื้นมากน้อยแตกต่างกัน เมื่อน้ำที่ใช้เพื่อช่วยสำหรับการขึ้นรูประเหยออกจากผลิตภัณฑ์จะทำให้ อนุภาคของวัตถดุ ิบเข้ามาใกล้ชดิ กนั เป็นผลให้ขนาดของผลิตภัณฑ์เล็กลงหรือผลิตภัณฑห์ ดตวั เม่อื นำผลิตภัณฑ์

32 ที่แห้งสนิทไปเผาผลิตภัณฑ์จะเสียน้ำและสารประกอบบางชนิดเช่น สารประกอบคาร์บอนที่อยู่ในสูตร โครงสร้างทางเคมี รวมทั้งเมื่อถึงอุณหภมู ิการหลอมตัวของวัตถุดิบบางชนิดก็จะมีการหลอมเป็นของไหลส่งผล ให้ขนาดของผลิตภัณฑ์หดตวั ลงไปอีก ซึ่งผลของการหดตัวเมือ่ แห้งและหลังเผาอาจจะทำให้ผลิตภัณฑ์เกิดการ ชำรุด แตกร้าว หรือบิดเบี้ยวได้อีกทั้งขนาดของผลิตภัณฑ์ที่ได้อาจเล็กลงกว่าที่ต้องการ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องมี ความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีและปัจจัยที่เกี่ยวข้องกับการแห้งตัวและสามารถทดสอบเพื่อหาค่าการหดตัวได้โดยทำ การตรวจวัดการหดตัวของเซรามกิ หลงั การเผาในรูปของการหดตัวเชิงเส้น ดงั สมการที่ 2.1 St =  L p − Lf   100  Lp  (2.1) เม่อื St คือ การหดตวั เชงิ เส้นของเซรามกิ (เปอร์เซ็นต)์ Lp คอื เสน้ ผ่านศูนย์กลางก่อนการเผาซินเตอร์ (มลิ ลิเมตร) Lf คือ เสน้ ผ่านศนู ย์กลางหลังการเผาซินเตอร์ (มลิ ลเิ มตร) 2) ความพรุนตัว ความพรุนตัวของชิ้นงานสามารถบอกให้ทราบว่าเนื้อชิ้นงานสุกตัวมากเพียงใดและใช้ประโยชน์ เกี่ยวข้องกับคุณสมบัติเฉพาะอื่น ๆ รูพรุนที่ติดต่อถึงภายนอกอาจหาได้โดยวัดปริมาณน้ำ หรืออากาศที่แทรก ซึมเข้าไปในเนื้อของชิ้นงาน ใช้หลักการเดียวกนั กับการวดั หาค่าความหนาแน่นผลิตภัณฑ์เซรามิกหลังจากการ เผาแล้ววัตถุดิบจะหลอมตัวรวมกันเกิดเป็นโครงสรา้ งใหม่ แต่โครงสร้างของเซรามกิ มักมีส่วนที่เป็นฟองอากาศ ขนาดเล็กปะปนอยู่ในโครงสรา้ งซ่ึงเรียกว่า รพู รนุ โดยมที ง้ั รพู รุนทีอ่ ยู่บรเิ วณผวิ ผลิตภัณฑ์เรยี กว่ารูพรุนเปิดโดย คำนวณ ดงั สมการท่ี 2.2 P =  M − D 100  V (2.2) เมือ่ P คือ ความพรุนตัวของชิน้ งาน (เปอรเ์ ซน็ ต์) D คอื น้ำหนักของเซรามิกที่ชั่งในอากาศหลังการอบแห้ง (กรัม) M คอื น้ำหนกั ของเซรามิกท่ชี งั่ ในอากาศก่อนการอบแหง้ (กรัม) V คอื ปรมิ าตรของชิ้นงาน (ลกู บาศกเ์ มตร) 3) การหาค่าความหนาแนน่ ความหนาแนน่ คือ ค่าน้ำหนักตอ่ ปริมาตรหนึ่งหน่วยของสารปัจจยั ท่ีมอี ิทธิพลต่อความหนาแนน่ เชน่ ขนาดและนำ้ หนักขององคป์ ระกอบการจัดเรยี งตัวของอะตอมในระบบผลึกและปริมาณรูพรุนในโครงสร้างของ

33 วัสดุการหาค่าความหนาแน่นของชิน้ งานเซรามิก โดยใช้หลักการแทนที่ของ อาร์คริมีดีส ทำการทดลองโดยนำ เซรามิกที่เตรียมได้มาต้มในน้ำกลั่นเป็นเวลา 5 ชั่วโมง ทิ้งไว้ให้เย็นในอากาศแล้วจึงนำมาชั่งในน้ำเพื่อเป็นการ กำจัดรูพรุนภายนอกของสารเซรามิกและนำชิ้นงานเซรามิกที่ผ่านการต้มมาชัง่ ในอากาศหลังจากนั้นนำเซรามิ กไปอบในตู้อบอุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียสเป็นเวลา 24 ชั่วโมง ให้แห้งก่อนนำมาชั่งในอากาศอีกครั้งแล้วจึง ทำการคำนวณหาคา่ ความหนาแน่นของช้นิ งาน ดังสมการท่ี 2.3 PB =  S D  (2.3)  −M  เมือ่ PB คอื ความหนาแน่นของเซรามิก (กรมั ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร) D คือ นำ้ หนักของเซรามิกท่ีชัง่ ในอากาศหลังการอบแหง้ (กรัม) M คอื น้ำหนกั ของเซรามิกท่ีชง่ั ในอากาศก่อนการอบแห้ง (กรัม) S คอื น้ำหนกั ของเซรามิกทชี่ งั่ ในนำ้ (กรมั ) 2.11 ซิลิโคน ซิลิโคนเป็นยางสังเคราะห์ที่มีความแตกต่างจากพอลิเมอร์ทั่ว ๆ ไป คือเป็นโมเลกุลที่มีโครงสร้างของ สายโซ่หลักเป็นสารอนินทรีย์ ประกอบด้วย ซิลิคอน กับออกซิเจน และมีหมู่ข้างเคียงเป็นสารแบบควบแน่น มีอยู่หลายชนดิ แตกต่างกันไปตามลักษณะของมอนอเมอร์ตงั้ ต้น ยางซิลิโคนเปน็ สารท่สี ลายตัวได้ยาก มีสมบัติ ในการทนทานต่อความร้อนและการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิสามารถยึดติดวัตถุได้ดีเป็นฉนวนไฟฟ้ายากต่อการ เกดิ ปฏิกริ ิยาเคมแี ละไม่เกดิ ปฏิกิริยากับร่างกายมนษุ ยแ์ ละจากสมบัติทเี่ ป็นเอกลักษณ์เฉพาะตวั น้ี ทำใหซ้ ลิ ิโคน ถกู นำไปใชป้ ระโยชนใ์ นดา้ นต่าง ๆ มากมาย 2.11.1 การสังเคราะหซ์ ิลโิ คน ชื่อเรียกของ \"ซิลิโคน\" นั้น แต่เดิมมีที่มาจากสารเคมีไซลอกเซน จากการสังเคราะห์ผลงานของ นักวิทยาศาสตร์เคมีชาวอังกฤษ ดร.คิปปิง ที่ค้นพบการสังเคราะห์สารที่มีโครงสร้างคล้ายสารคีโตน แต่มีธาตุ ซิลิกอนแทนที่โครงสร้างของคาร์บอนต่อมาสารเคมีดังกล่าวได้ถูกพัฒนาเพื่อให้มีคุณสมบัติเป็นฉนวนไฟฟ้าที่ ยืดหยุ่นมากขึ้น โดยการพัฒนาครั้งสำคัญของ ดร. โรเชาว์ นักวิจัยด้านฉนวนไฟฟ้า ได้ทำการคิดค้นสารที่ เรยี กว่า เมทิลซลิ ิโคน ข้ึนมาใหม่ โดยใช้หลกั การท่ใี ชแ้ นวคดิ จากการสังเคราะหส์ ารไตรคลอโรไซเลน ที่เกิดจาก การสงั เคราะห์ระหว่าง ซลิ กิ อนกับกรดไฮโครคลอรกิ 2.11.2 ประโยชนข์ องซลิ ิโคน ด้านสุขภาพ ซิลิโคนช่วยเพิ่มความแข็งของเนื้อเยื่อเกี่ยวกันในร่างกายแล้วยังไม่เป็นอันตรายกับ ร่างกายมนุษย์ จึงนำมาใช้การแพทย์เช่น การสร้างอวัยเทียม การเสริมจมูก รวมถึงยังสามารถเสริมความ แข็งแรงให้กับข้อต่อกระดูกต่าง ๆ ที่ต้องการความยืดหยุ่นได้อีกด้วย ในเชิงอุตสาหกรรมซิลิโคนนิยมใช้เป็น

34 ฉนวนทนความร้อนและฉนวนไฟฟ้าที่ดี นอกจากนี้ยังใช้เป็นกาวเชื่อมประกบวัสดุเข้าด้วยกันในการก่อสร้าง และมีการใช้ซิลโิ คนในแผงวงจรอิเล็กทรอนิกสต์ า่ ง ๆ รว่ มดว้ ย ดังนั้นหากจะใช้ ซิลิโคนควรจะทราบว่าแบ่งเป็นชนิดใหญ่ ๆ ได้ 2 ชนิดดังนี้ ซิลิโคนโครงสร้าง เป็น ชนิดที่สามารถรับน้ำหนักได้ มีแรงยึดเกาะสูง ส่วนใหญ่ใช้สำหรับ การก่อสร้างอาคาร ที่ติดกระจกอะลูมิเนียม โดยตรงและซลิ โิ คนเซลแลนด์ เป็นชนดิ ไม่รบั นำ้ หนกั ราคาถูกกว่าประเภทแรกพอสมควรทีเดียว ใชส้ ำหรับอุด รอย อดุ รอ่ งตา่ ง ๆ สามารถกนั นำ้ ซมึ ได้ เชน่ ยาแนวอ่างล้างหน้า ฃ่องวา่ งระหว่างกระจกกบั บานกรอบ 2.12 เทคนิคการพมิ พแ์ บบต่าง ๆ 2.12.1 เครื่องสแกนแบบ 3 มิติ การสแกนแบบสามมิติ อาศัยหลักการการวัดระยะทางในการหาระยะความลึกของวัตถุตามตำแหน่ง ตา่ ง ๆ บนวตั ถทุ ีละจดุ ไปเรื่อย ๆ จนไดข้ ้อมลู ครอบคลุมร่างกายท้ัง 360 องศา ซ่งึ วิธกี ารวัดระยะทาง สามารถ แบ่งกว้าง ๆ ได้เป็นสองแบบ คือ แบบสัมผัสที่ใช้หัววัดติดอยู่บนแขนกลที่เคลื่อนท่ีได้ ทำการสร้างจุดข้อมูล (พกิ ดั X, Y, Z) โดยการแตะหัววัดซึ่งไปยังผิววัตถุจนทั่ว จะได้แบบจำลองสามมิติของวัตถนุ น้ั ออกมา ซึ่งวิธีการ นี้จะเหมาะกับวัตถุที่ไม่มีการขยับเขยื้อน ส่วนอีกวิธีเป็นการวัดแบบไม่สัมผัส ซึ่งเป็นวิธีที่สะดวกกว่า โดยใช้ ภาพถ่ายสองภาพที่มีมุมมองที่ต่างกัน (ภาพสเตอริโอ) ทำให้เราสามารถหาระยะทางของจุดวัดบนวัตถุได้จาก การคำนวณตรีโกณมิติ ซึ่งเมื่อทำการหาระยะทางของจุดต่าง ๆ เหล่านี้ให้ทั่วทั้งวัตถุ ก็จะสามารถสร้าง แบบจำลอง 3 มิตไิ ด้ โดยจะนำแบบจำลอง 3 มิติ นนั้ ไปใชใ้ นการสร้างแบบพมิ พ์ 3 มติ ิตอ่ ไป รูปท่ี 2.15 เคร่ืองสแกนแบบ 3 มิติ 2.12.2 การพิมพ์แบบสามมิติ เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3 มิติ คือนวัตกรรมเปลี่ยนโลกที่ได้รับการกล่าวถึงมากที่สุดในช่วงหลายปีท่ี ผา่ นมา เพราะเทคโนโลยีที่ถูกคิดค้นมาตั้งแต่ปี 1984 กำลังขยายการใช้งานเข้าสู่ผใู้ ช้ระดับครัวเรือนมากขึ้นใน ราคาท่ตี ่ำลงเร่ือย ๆ จนมผี ้นู ำไปพัฒนาต่อยอดและประยุกต์ใช้ในแวดวงตา่ ง ๆ อย่างกวา้ งขวาง ตั้งแต่ของเล่น

35 ตุ๊กตาคนจริงย่อส่วน เครื่องประดับ รองเท้า เฟอร์นิเจอร์ ไปจนถึงชิ้นส่วนรถยนต์หรือแม้กระทั่งอาหารและ อวัยวะเทียมซึง่ ผลติ ขน้ึ เฉพาะบุคคล สำหรับเทคนิคพื้นฐานในการสร้างชิ้นงานของเครื่องพิมพ์ 3 มิติ จะเริ่มจากการนำวัสดุมาขึ้นรูปทีละ ชั้นตามแบบที่กำหนดในไฟล์คอมพิวเตอร์ เพื่อให้ปรับเปลี่ยนรายละเอียดและสั่งพิมพ์ในปริมาณที่ต้องการได้ ทันที ทำให้มคี า่ ใชจ้ า่ ยที่ต่ำกว่าการส่ังผลิตในโรงงานอุตสาหกรรมแบบเดิมซึง่ ต้องสร้างเบ้าหล่อ ก่อนแล้วจึงฉีด วัสดุลงไป นอกจากน้ี เทคนิคการสร้างช้ินงานด้วยการเติมวัสดุ ของเครือ่ งพิมพ์สามมิติยังทำให้สูญเสียวัตถุดิบ น้อยกว่าการผลติ แบบทั่วไปซ่งึ มักเริ่มด้วยวัสดทุ เ่ี ป็นบลอ็ กใหญ่และตดั สว่ นทีไ่ ม่ตอ้ งการออกอีกดว้ ย 2.12.3 ขน้ั ตอน ในการพมิ พส์ ามมติ ิ 1) เตรียมไฟลร์ ปู จำลองสามมติ ิ สกุล.stl 2) สร้างแบบจำลองสามมติ ิดว้ ยโปรแกรมออกแบบ 3 มติ ิ 3) ดาวน์โหลดไฟลร์ ปู จำลองสามมติ ิจากเว็บไซดท์ ี่ใหบ้ ริการ 4) สแกนวัตถุตน้ แบบเพือ่ สรา้ งไฟล์รูปจำลองด้วยเครื่องสแกน 3 มิติ 5) นำไฟล์รูปจำลองมาทำการปรับแต่งในโปรแกรมเครือ่ งพมิ พ์ 3 มิติ 6) ทำการปรบั ตง้ั คา่ การพิมพใ์ นเครื่องพิมพ์ 3 มิติ รปู ที่ 2.16 ต้งั ค่าและสง่ั พิมพ์ด้วยเคร่ืองพมิ พท์ ใ่ี ชเ้ ทคนิคและวัสดทุ ี่เหมาะสมกบั ช้นิ งาน รูปท่ี 2.17 การข้นึ รูปช้ินงานดว้ ยเครอื่ งพมิ พ์ 3 มิติ

36 2.12.4 การพมิ พด์ ้วยรังสีอัลตราไวโอเลต จะมีเทคนิคการใช้สร้างชิ้นงานโดยยิงลำแสงอัลตราไวโอเล็ตให้ผิวนำ้ เรซนิ แข็งตัวทลี ะชัน้ และเชื่อมต่อ กับชั้นก่อนหน้า จะใช้วัสดุได้แก่กับเรซิ่นอย่างเดียวเท่านั้น เหมาะสำหรับการสร้างชิ้นส่วนกลไกต่าง ๆ เพ่ือ นำไปใชท้ ดสอบการทำงานของเครื่องตน้ แบบ และสามารถสร้างวตั ถเุ พ่ือเปน็ ช้ินสว่ นจริงในเคร่ืองมือต่าง ๆ ได้ เพราะมีความละเอียดมากกว่าและผลิตชิ้นงานได้เร็ว งานจึงมีผิวเรียบแต่ก็มีต้นทุนสูงกว่าทั้งในแง่เครื่องพิมพ์ และวสั ดุ เน่อื งจากวสั ดทุ ี่ใชใ้ นการพมิ พค์ ่อนขา้ งจะแพง รูปท่ี 2.18 การพมิ พ์ดว้ ยรงั สีอลั ตราไวโอเลต 2.12.5 การพมิ พด์ ้วยแสงเลเซอร์ จะมีเทคนิคในการใช้เครื่องพิมพ์คือ จะยิงแสงเลเซอร์ลงบนผงวัสดุให้เกิดการหลอมละลายเฉพาะจุด และเกิดการเกาะติดกันทีละชั้น จะใช้วัสดุคือ ผงโลหะ แก้ว เซรามิก พลาสติก อีลาสโตเมอร์ (โพลิเมอร์ที่มี ความยืดหยุ่นคลา้ ยยาง) ชิ้นงานที่ไดม้ ีความคงทนกว่าการพิมพ์แบบ SLA เหมาะสำหรับทำสรา้ งชิ้นงานเพื่อใช้ จริง เช่น เครอ่ื งประดับเงนิ และทองคำ ตกุ๊ ตาย่อส่วนคนจรงิ จากเซรามิก เคร่ืองดนตรีอย่างกตี า้ ร์ รูปท่ี 2.19 การพิมพ์ด้วยแสงเลเซอร์

37 2.12.6 การพมิ พด์ ้วยการซอ้ นแผน่ วัสดุ มีเทคนิคในการใช้คอื ใชเ้ ลเซอร์หรอื มีดตัดวสั ดุท่มี ีลกั ษณะเป็นแผ่นบางทีละช้ันและเชื่อมแตล่ ะช้ันด้วย กาว เหมาะสำหรับสรา้ งชิ้นงานเพื่อเปน็ วัตถุต้นแบบ เพราะจุดเด่นของการพิมพ์แบบนี้ คือความเร็ว แต่ความ ละเอียดของงานยังต้องอาศัยการเกบ็ งานทีด่ ดี ว้ ย ต้นทุนของวัสดุค่อนขา้ งตำ่ เมอ่ื เทยี บกบั การพิมพแ์ บบอ่ืน ๆ รูปท่ี 2.20 การพิมพ์ดว้ ยการซ้อนแผน่ วสั ดุ 2.13 การหดตัว ผลิตภัณฑ์เซรามิกส่วนมากมีดินในอัตราส่วนผสม เพื่อให้เกิดความเหนียว รวมทั้งใช้น้ำเพื่อช่วยเพิ่ม ความเหนียว ไม่ว่าจะเป็นน้ำดิน ดินเหนียว หรือแม้กระทั่งดินผง ก็จะต้องมีความชื้นมากน้อยแตกต่างกัน เม่ือ นำ้ ที่ใช้เพื่อชว่ ยสำหรับการข้ึนรูปนี้ระเหยออกจากผลิตภัณฑ์ทำให้อนภุ าคของวัตถุดิบเข้ามาใกล้ชิดกัน เป็นผล ใหข้ นาดของผลิตภัณฑเ์ ลก็ ลง หรอื ผลติ ภัณฑห์ ดตวั เมื่อนำผลิตภัณฑ์ท่ีแหง้ สนทิ ไปเผา ผลติ ภัณฑจ์ ะเสยี น้ำและ สารประกอบบางชนิด เช่นสารประกอบคาร์บอน ที่อยู่ในสูตรโครงสร้างทางเคมี รวมทั้งเมื่อถึงอุณหภูมิการ หลอมของวัตถุดิบชนิดใด ก็จะมีการหลอมตัวเป็นของไหล ส่งผลให้ขนาดของผลิตภัณฑ์เล็กลงอีกครั้ง ซ่ึ งผล ของการหดตัวเมื่อแห้งและหลังเผาอาจจะทำใหผ้ ลิตภณั ฑ์เกิดการชำรดุ แตกร้าว หรือบิดเบี้ยวได้ อีกทั้งขนาด ของผลิตภัณฑ์ทไ่ี ด้อาจเลก็ กว่าท่ีตอ้ งการ 2.13.1 ความหมายและสาเหตุของการหดตวั โดยทั่วไปการหดตัว หมายถึงการมีขนาดเล็กลง ซึ่งในทางกายภาพสามารถวัดได้ทั้งเชิงเส้น อันได้แก่ ความยาว ความกว้าง ความสูง ที่มีขนาดลดลงกว่าเดิม หรือสามารถวัดได้ในเชิงปริมาตร นั่นคือความจุ ซ่ึง สาเหตุของการหดตัวนี้อาจเนื่องมาจากการสูญเสียองค์ประกอบ หรือโครงสร้าง ทำให้องค์ประกอบอื่นเข้ามา ใกล้ชิดกันเป็นผลใหข้ นาดในภาพรวมลดลง หรอื เลก็ ลง หรืออาจเนอื่ งมาจากการเปลีย่ นแปลงโครงสร้างภายใน ทำใหเ้ กิดความแน่นข้นึ ส่งผลใหข้ นาดทพ่ี จิ ารณาไดจ้ ากภายนอกลดลง ในทางเซรามกิ นั้นการหดตวั เกิดข้ึนจาก ทัง้ สองสาเหตุ คือการสูญเสยี องคป์ ระกอบและการรวมตวั กนั ของโครงสรา้ งภายใน

38 ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์เซรามิกโดยทั่วไปต้องอาศัยความเหนียว ซึ่งความเหนียวนี้อาจจะได้จากดิน หรือน้ำในส่วนผสม หลังการขึ้นรูปชิ้นงานอาจมีความช้ืนต้ังแต่ ร้อยละ 0ถึง2 หากขึ้นรูปด้วยการอัด แต่ถ้าข้ึน รูปด้วยการหล่อแบบ อาจมีความชื้นถึงร้อยละ 40 การขึ้นรูปที่ใช้น้ำปริมาณมาก จะเสียเวลาในการทำให้แหง้ นาน เชน่ เดียวกบั ผลิตภัณฑช์ น้ิ ใหญ่และหนามักจะแหง้ ชา้ และหดตัวมาก เพราะในทางปฏบิ ัติดนิ หรือผลิตภัณฑ์ จะมีการหดตัวหลังการอบแห้ง เป็นการหดตัวที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสูญเสียน้ำในดิน ขณะที่น้ำระเหยไป ระหว่างการอบแห้ง อนุภาคของดินจะเคลื่อนเข้ามาใกล้ชิดกันทำให้ผลิตภณั ฑ์มีขนาดลดลง การหดตัวระยะน้ี ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบหลายอย่าง ส่วนใหญ่จะเป็นปริมาณนำ้ ที่มีอยู่ ถ้ามีน้ำเป็นปริมาณมากจะทำให้เกิดการ หดตัวมาก ถ้าน้ำน้อยการหดตัวก็จะน้อย นอกจากนี้การหดตัวยงั ขึน้ อยู่กับธรรมชาติหรือสมบตั ิของเน้ือดินปน้ั ชนิดนั้น ๆ ขนาดความละเอียดของอนุภาค และวิธีการขึ้นรูปก็เป็นองค์ประกอบที่สำคัญเช่นกัน ซึ่งอัตราการ หดตัวของเนื้อดินปั้นเมื่อแห้งมีความสำคัญต่อวิธีการอบแห้งผลิตภัณฑ์ นั่นคือถ้าต้องการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่มี ขนาดใหญ่และเนื้อดินปั้นมีการหดตัวสูง จำเป็นต้องให้ผลิตภัณฑ์แห้งอย่างช้า ๆ และสม่ำเสมอทั่วเน้ือ ผลิตภณั ฑเ์ พ่ือป้องกนั การแตกร้าว โค้งงอ ดังนั้นการหดตัวของวัตถุดิบหรือดิน ที่นำมาทำงานเซรามิก จึงมี 2 ระยะ คือ การหดตัวหลังการ อบแห้งและการหดตัวหลังการเผา ซึ่งการหดตัวนี้จะเป็นตัวบ่งชี้ว่าควรผึ่งแห้ง หรือเผาผลิตภัณฑ์ในอัตราท่ชี า้ หรือเรว็ เพียงใด โดยปกตแิ ล้วดินที่มีความเหนยี วมาก มักจะมกี ารหดตวั มาก ร้อยละของการหดตัวเชิงเส้นหลัง การอบแห้ง ของวัตถุดิบที่ใช้ในงานเซรามิกจะมีตั้งแต่ร้อยละ 0 สำหรับการเผาวัตถุดิบที่ไม่มีความเหนียวเช่น หินเขี้ยวหนุมาน จนถึงร้อยละ 15 สำหรับดินเหนียวบางชนิดและร้อยละการหดตัวจะแตกต่างกันออกไปตาม ชนิดของวตั ถุดบิ ปรมิ าณวัตถดุ บิ ในอตั ราสว่ นผสมและอุณหภูมิทใี่ ช้เผา 2.13.2 โปรแกรมสำหรับออกแบบโมเดล 3 มติ ิ เพอื่ ใชก้ บั เครื่องพมิ พ์ 3 มติ ิ โปรแกรมสำหรับการออกแบบโมเดล 3 มิติ เพื่อไปใช้กับเครื่องพิมพ์ 3 มิติสำหรับการเลือกโปรแกรม นั้นก็ต้องขึ้นอยู่กับงานท่ีออกแบบด้วยเพราะในตอนนี้ มีโปรแกรมสำหรับออกแบบโมเดล 3 มิติมากมาย ที่ถูก สร้างขึ้นมาให้กับงานออกแบบในเฉพาะด้าน ยกตัวอย่างเช่น ถ้าอยากออกแบบงานที่เกี่ยวกับ เครื่องจักรและ กลไก ก็เลือกโปรแกรมจำพวก โซลิดเวิร์ค หรือ ออโตแคด อินเวนเทอรี ถ้าออกแบบงานปั้นโมเดลรูปเหมือน หรอื การทำ อนเิ มช่นั กไ็ ปทางสายโปรแกรม ซีบรี ทู โปรแกรมที่กลา่ วมาน้ัน ถูกพัฒนาข้ึนมา สำหรับงานเฉพาะด้าน ซึ่งจะมีเครื่องมือในการขึ้นรูปให้เหมาะกับงานที่ออกแบบ แต่ถ้าอยากได้โปรแกรมท่ี ครอบคลมุ เกือบทุกด้านก็ต้องไปใช้โปรแกรม รนิ โน ซ่ึงจะมี ปลัก๊ อนิ หรือส่วนเสริมมาให้ใช้มากมาย ดังนั้นการ จะเลือกโปรแกรมออกแบบ ก็ควรจะต้องรู้แนวก่อนว่าจะไปทางด้านไหน ก็ให้เลือกโปรแกรมที่ถกู พัฒนามาให้ ถูกด้าน เพราะจะทำให้การออกแบบโมเดล 3 มิตนิ น้ั ง่ายและรวดเร็วมากข้นึ

39 2.13.3 ขอ้ แตกต่างระหวา่ งโปรแกรม โซลดิ กบั แมช ก่อนที่จะใช้โปรแกรมออกแบบ 3 มิตินั้น เรามาทำความทำความเข้าใจการขึ้นรูปโมเดลกันก่อน ซ่ึง โปรแกรมออกแบบโมเดลจะใช้วิธีการขึ้นรูปแตกต่างกัน เราสามารถแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภทคือ โซลิด กับ แมช การขึ้นรูปแบบ โซลิด จะเหมาะกับงานออกแบบที่ตอ้ งการความแม่นยำ เช่น สินค้า,เครื่องจักรและกลไก ต่าง ๆ เช่น เฟือง ซึ่งพื้นฐานของโปรแกรมแบบ โซลิด นั้น จะเป็นรูปแบบการขึ้นที่เป็น เรขาคณิต ที่ต้องใส่ ขนาดต่าง ๆ เข้าไป และทำการเจาะ ตัด หรือเพิ่มเนื้อเข้าไปในก้อน โซลิด สำหรับโปรแกรม แมช นั้นจะเป็น ลักษณะของโครงสร้างแบบ วายเฟรม หรือลวดตาข่ายและปูผิวทับลงบนโครงสร้างตาข่าย ซึ่งโปรแกรม ประเภท แมช จะเหมาะสำหรับงานออกแบบประเภท ฟรีฟอร์ม เช่น ตัวละคร เป็นต้น ซึ่งในบางโปรแกรมนั้น สามารถออกแบบ แมชและโซลิด ได้ในคราวเดียวกัน หรอื จะใชต้ ัวช่วยจากโปรแกรมอ่ืน ๆ ในการรวมงานจาก ทัง้ 2 แบบ 2.13.4 โปรแกรมสำหรบั ใชอ้ อกแบบงาน 3 มติ ิ 1) 123ดี ดไี ซน์ โปรแกรม 123ดี ดีไซน์ นั้นเป็นของบริษัท ออโตแคด ถูกพัฒนาสำหรับนักออกแบบโมเดล จำพวก ชิน้ งานเคร่อื งจักรหรืออะไหล่ ทีต่ ้องการความแม่นยำสูง เพราะสามารถใส่ขนาดได้ตามความต้องการ รวมถึงมี จียูไอ ท่ีใช้งานงา่ ย มโี มเดลสำเร็จรปู ใหเ้ ลอื กใช้หลากหลายรูปแบบ สามารถท่ีจะตดั เจาะและรวมผวิ งานได้ ซ่ึง โปรแกรม 123ดี ดไี ซน์ จะมีลกั ษณะคล้ายกับโปรแกรม โซลดิ เวิรค์ ซึง่ ตวั โปรแกรมสามารถที่จะบันทกึ เป็น ไฟล์ นามสกลุ เอสทแี อล เพือ่ ไปพิมพ์กับเครื่องพิมพ์ 3 มติ ไิ ด้เลย 2) 123ดี สโคปพลัส สำหรับโปรแกรม 123ดี สโคปพลัส นั้นเหมาะสำหรับ งานปั้น เช่น ตัวการ์ตูน หรอื ตวั ละครในเกม ซึ่งสามารถปรับแต่ง โดยการดงึ กด เหมอื นกับการปนั้ ดินนำ้ มัน ตัวโปรแกรมยังสามารถที่ จะใส่สีให้กับหุ่นท่ีปั้นได้ เพื่อเพิ่มความสมจริงให้กับงาน ซึ่งโปรแกรมนี้เหมาะสำหรับผูเ้ ริ่มตน้ ที่ต้องการเรียนรู้ การสร้างโมเดล ในคอมพิวเตอร์ สำหรับโปรแกรม 123ดี สโคปพลัส นั้นไม่สามารถบันทึกเป็นไฟล์ เอสทีแอล ได้ จำเป็นต้องใช้โปรแกรมอ่นื เข้าช่วยเพื่อเปลีย่ นนามสกลุ เป็น เอสทแี อล สำหรับไปพิมพ์กับเครอื่ งพิมพ์ 3 มติ ิ 3) เบรนเดอ เป็นอีกโปรแกรมที่ฟรี ที่มคี วามสามารถมากมาย ซึง่ ถ้าใชค้ รั้งแรกอาจจะงง ต้องมีการทำ ความเข้าใจ เพราะมีเคร่ืองมือท่ีชว่ ยในการออกแบบมากมาย ตัวโปรแกรมเหมาะสำหรับงานข้ึนโมเดล หรือทำ ฉากประกอบ ที่มีความสลับซับซ้อน แต่ไม่ต้องกลัว เพราะจำนวนคนที่ใช้ Blender นั้นมีเยอะมากใน ต่างประเทศและมกี ารต้งั กระทู้ เพอ่ื แลกเปล่ยี นความรู้ 4) ฟรีแคด เป็นโปรแกรมประเภท \"แคด\" หรือที่ย่อมาจากคำว่า \" การออกแบบโดยใช้คอมพิวเตอร์ ชว่ ย\" ประโยชนค์ ือ เอาไวใ้ ช้ด้านงานออกแบบ 3 มิติลว้ น ๆ ซ่งึ ถอื ว่าค่อนข้างใชเ้ ฉพาะทางเอามาก ๆ อาทิเช่น งานด้านวิศวกรรม สถาปัตยกรรม หรือผู้ที่สนใจด้านงานออกแบบ 3 มิติในแบบต่าง ๆ โปรแกรม ฟรีแคด น้ัน เหมาะสำหรับการออกแบบโมเดลที่ต้องการความแม่นยำสูง ซึ่งโปรแกรมสามารถให้ผู้ใช้กำหนดขนาดในส่วน ต่าง ๆ ได้ ซึ่งข้อดีของโปรแกรม ฟรีแคด ก็คือสามารถบันทึกขั้นตอนการออกแบบ และย้อนกลับไปแก้ไขงาน

40 ออกแบบได้ โดยที่มันจะไป ลิงค์ กับส่วนต่าง ๆ ของงานที่ออกแบบโดยอัตโนมัติ ซึ่งข้อดีตัวนี้ จะคล้ายกับ โปรแกรม โซลดิ เวิร์ค 5) ออน เชิรป์ เป็นโปรแกรมทีผ่ เู้ ขียนอยากแนะนำ เพราะสามารถทำงานบน เวบ็ บราวเซอร์ แต่ต้องมี การเชือ่ มตอ่ อินเทอรเ์ น็ต จึงจะใช้งานได้ ซึ่งตัวโปรแกรม ออน เชริ ์ป นนั้ จะคล้ายกบั โปรแกรมโซลดิ เวริ ค์ มาก ๆ เพราะมาจากผู้พัฒนาเดียวกัน ซงึ่ ถ้าใครเคยใช้โปรแกรม โซลิด เวิร์ค แลว้ ก็จะสามารถใช้ ออน เชิร์ป ได้อย่าง ง่ายดาย ข้อดีของ ออน เชิร์ป คือการอนุญาตให้นักออกแบบคนอื่น ๆ เข้ามาช่วยกันในการออกแบบงานได้ หรือที่เรียกวา่ เคอราเบอเลชัน่ 6) โอเพน แคด เป็นอีกโปรแกรมหนึ่งที่ไม่เหมือนกับโปรแกรมออกแบบอื่นๆ เพราะผู้ใช้จำเป็นต้องมี ความรู้ในเรื่องของการเขียน โค้ด เพราะตัวโปรแกรม จะเป็นในลักษณะเขียนคำสั่ง เพื่อให้โปรแกรมทำโมเดล 3 มิติขึ้นมา ข้อดีของ โอเพนแคด ก็คือเหมาะสำหรับคนที่ไม่มีพื้นฐานทางดา้ นการเขียนแบบ เพราะแค่ใส่หรือ ป้อนคำสั่งไม่กี่บรรทัดก็จะได้งานโมเดล 3 มิติขึ้นมา นอกจากนั้นโอเพนแคด เหมาะกับนักออกแบบที่ชอบ สมการและการคำนวณ เพราะสามารถใส่สูตรลงไปได้ ทำให้เกิดโมเดลที่มีรูปร่างแปลกตา โอเพนแคด ยัง เหมาะกับงานทต่ี อ้ งการปรบั แตง่ ได้ 7) สเก็ตอัพ เมค โปรแกรมนี้เป็นที่นิยมอย่างมากในประเทศไทย ส่วนใหญ่เอาไปใช้ในการออกแบบ สถาปัตยกรรม ซึง่ จรงิ ๆ แล้วตวั โปรแกรม สเกต็ อพั กม็ ี เวอร์ช่นั ทเ่ี รยี กวา่ เมค เอาไวส้ ำหรบั ออกแบบงานแบบ อื่น ที่ไม่ใช่สถาปัตยกรรมอย่างเดียว ข้อดีของโปรแกรม สเก็ตอัพ ก็คือ มี ปลั๊กอิน หรือส่วนเสริมให้ติดตั้ง มากมาย ทำให้งา่ ยสำหรับการออกแบบ 2.14 งานวจิ ัยทีเ่ กยี่ วขอ้ ง ชณัฎฐา บุญเจริญและยุทธนา ศรีไม้ (2557) ได้ทำการวิจัยเรื่องการปรับปรุงคุณสมบัติทางกายภาพ และทางกลของไฮดรอกซีอะพาไทต์จากกระดูกวัวที่เติมซิลิกาและอลูมินาโดยมีรายละเอียดดังนี้ ทำการศึกษา และสังเคราะห์สารไฮดรอกซีอะพาไทต์จากกระดูกวัว เพื่อนำมาเป็นสารตั้งต้นในการขึ้นรูปชิ้นส่วนทาง การแพทย์โดยการออกแบบการทดลองแบบพื้นผิวผลตอบมาประยุกต์ใช้ในการหาค่าที่เหมาะสมในการขึ้นรูป ชิ้นงานทางการแพทยใ์ นลักษณะเป็นสี่เหล่ียมและทรงกระบอกสำหรบั ทดสอบคุณสมบตั ทิ างกายภาพและทาง กลขอไฮดรอกซีอะพาไทต์ ซึ่งกรรมวิธีทางการผลิตชิ้นงานทดสอบอาศัยด้วยวิธีการอัดด้วยแม่พิมพ์ขึ้นรูปและ การวิเคราะห์ผลทำได้โดยการทดสอบความแข็งแรงต่อการอัดและดัดโค้งและความแน่นโดยมาตรฐานที่ใช่ใน การทดสอบเปน็ มาตรฐาน ASTM ทใ่ี ช่ในการทดสอบไฮดรอกซีอะพาไทต์ โดยปจั จยั ท่ีเกีย่ วข้องประกอบไปด้วย 3 ปัจจัย คือ อัตราส่วนผสมไฮดรอกซีอะพาไทต์ ความดันในการอัดและระยะเวลาในการอัดขึ้นรูป โดยเติมซลิ ิ กากับไฮดรอกซีอะพาไทต์ที่เติมอะลูมินาสำหรับชิ้นงานสี่เหลียมอย่างละ 4 กรัม สำหรับชิ้นงานทรงกระบอก อยา่ งละ 3.800 กรัม จากนนั้ นำไปอัดดว้ ยเครื่องอัดระบบไฮดรอลิกแบบทศิ ทางเดยี วดว้ ยความดัน 10,000 นิว ตัน เป็นเวลา 8ถงึ 10 วินาที โดยไฮดรอกซีอะพาไทตท์ ่ีทำการเติมซลิ ิกา 2 เปอร์เซน็ ต์ โดยอุณหภูมิการเผาอยู่ที่ 1,200 องศาเซลเซียส มคี วามหนาแน่นสงู สดุ อยู่ คือ 2.537 ± 0.050 และมชี นิ้ งานท่สี มบูรณ์ที่สุดและไฮดรอก