โครงสร้างโมเลกุลอันเป็นเอกลักษณ์ของวัสดุ TPU
TPU (Thermoplastic Polyurethane, โพลียูรีเทนเทอร์โมพลาสติก) เป็นโคพอลิเมอร์แบบบล็อก ซึ่งสายโซ่โมเลกุลประกอบด้วยส่วนแข็งและส่วนอ่อนสลับกัน ส่วนแข็งโดยทั่วไปประกอบด้วยไดไอโซไซยาเนตและสารยืดโซ่ ให้ความแข็งและทนความร้อนแก่ตัววัสดุ; ส่วนอ่อนประกอบด้วยสายโซ่ยาวของโพลิออล ให้ความยืดหยุ่นและความอ่อนตัวแก่ตัววัสดุ โครงสร้างจุลภาคอันเป็นเอกลักษณ์นี้ทำให้ TPU มีทั้งความยืดหยุ่นแบบยางและความสามารถในการแปรรูปแบบพลาสติก จึงเป็นตัวเลือกที่เหมาะสำหรับการพิมพ์ชิ้นส่วนยืดหยุ่นด้วย FDM
การจัดระดับความแข็ง Shore และสถานการณ์การใช้งาน
วัสดุ TPU สามารถแบ่งได้หลายระดับตามความแข็ง Shore (Shore Hardness):
- Shore 85A-90A: TPU แบบนิ่ม เหมาะสำหรับงานที่ต้องการความยืดหยุ่นสูง เช่น เคสโทรศัพท์ แผ่นรองรองเท้า แหวนซีล ฯลฯ
- Shore 95A-98A: ความแข็งปานกลาง เหมาะสำหรับแผ่นกันสั่น บานพับ ข้อต่อแบบยืดหยุ่น ฯลฯ
- Shore 60D-70D: TPU แบบแข็ง เหมาะสำหรับชิ้นส่วนที่ต้องการความแข็งระดับหนึ่ง เช่น ล้อเลื่อน มือจับเครื่องมือ บูชทนสึก ฯลฯ
การเลือกระดับความแข็งที่เหมาะสมเป็นกุญแจสำคัญของความสำเร็จในการพิมพ์ TPU ยิ่ง TPU มีความแข็งต่ำเท่าไร การพิมพ์ก็ยิ่งยากขึ้น แต่ความยืดหยุ่นจะยิ่งดีขึ้น; ยิ่งความแข็งสูง การพิมพ์จะยิ่งเสถียร แต่ความยืดหยุ่นจะลดลง สำหรับผู้เริ่มต้น แนะนำให้เริ่มทดลองจาก TPU ที่มีความแข็งประมาณ Shore 95A
พารามิเตอร์กระบวนการหลักสำหรับการพิมพ์ TPU แบบ FDM
การเลือกประเภทของเอกซ์ทรูดเดอร์
TPU เป็นวัสดุยืดหยุ่น ระหว่างการป้อนวัสดุจึงเกิดการงอหรือพันกันได้ง่าย ดังนั้น เอกซ์ทรูดเดอร์แบบขับตรง (Direct Drive Extruder) จึงเป็นการตั้งค่าที่เหมาะที่สุดสำหรับการพิมพ์ TPU เมื่อเทียบกับเอกซ์ทรูดเดอร์แบบโบว์เดน (Bowden) เส้นทางการอัดของแบบขับตรงสั้นกว่า ช่วยลดความเสี่ยงที่วัสดุยืดหยุ่นจะงอเสียรูป และควบคุมการป้อน-ถอยวัสดุได้แม่นยำกว่า
หากจำเป็นต้องใช้เอกซ์ทรูดเดอร์แบบโบว์เดน ควรเลือก TPU ที่แข็งกว่า (Shore 95A ขึ้นไป) และลดความยาวท่อ PTFE รวมถึงปรับเส้นทางการป้อนวัสดุให้เหมาะสม
การตั้งค่าพารามิเตอร์อุณหภูมิ
| พารามิเตอร์ | ค่าที่แนะนำ | คำอธิบาย |
|---|---|---|
| อุณหภูมิหัวฉีด | 220-250°C | ปรับตามสเปกของวัสดุ ยิ่งความแข็งต่ำยิ่งต้องตั้งอุณหภูมิให้แม่นยำ |
| อุณหภูมิแท่นพิมพ์ | 50-60°C | ช่วยให้ชั้นแรกยึดติดดีขึ้น ป้องกันการโก่งงอ |
| ความเร็วการพิมพ์ | 15-35mm/s | การพิมพ์ที่ความเร็วต่ำช่วยลดการเป็นเส้น และเพิ่มความแม่นยำ |
| ความเร็วรีแทรก | 20-25mm/s | ไม่ควรสูงเกินไป เพื่อหลีกเลี่ยงการยืดตัวและเสียรูปของวัสดุ |
| ระยะรีแทรก | 1-2mm | เอกซ์ทรูดเดอร์แบบขับตรงสามารถตั้งระยะรีแทรกให้สั้นได้ |
การตั้งค่าการระบายความร้อนและความสูงชั้น
เมื่อพิมพ์ TPU โดยทั่วไปพัดลมระบายความร้อนจะตั้งไว้ที่ 30-50% การระบายความร้อนมากเกินไปจะทำให้แรงยึดเกาะระหว่างชั้นลดลง และส่งผลต่อสมบัติเชิงกลของชิ้นงาน แนะนำให้ตั้งความสูงชั้นเป็น 50-75% ของเส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีด เช่น ใช้หัวฉีด 0.4mm ควรใช้ความสูงชั้น 0.2-0.3mm เพื่อให้ได้คุณภาพผิวที่ดีและการยึดเกาะระหว่างชั้นที่เหมาะสม
ปัญหาที่พบบ่อยในการพิมพ์และแนวทางแก้ไข
ปัญหา 1: วัสดุป้อนติดขัด
สาเหตุ: TPU งอและสะสมที่เฟืองของเอกซ์ทรูดเดอร์
แนวทางแก้ไข：
- ลดความเร็วในการป้อนวัสดุ เพื่อลดแรงกัดของเฟือง
- ปรับแรงตึงของเอกซ์ทรูดเดอร์ เพื่อหลีกเลี่ยงการบีบอัดจนเสียรูปมากเกินไป
- ใช้บล็อกบังคับทางเดินวัสดุ (Constraint Block) เพื่อช่วยนำวัสดุเข้าสู่เฟือง
- ตรวจสอบให้เส้น TPU แห้ง เพราะวัสดุที่ชื้นง่ายต่อการพองตัวและอุดตันที่หัวฉีด
ปัญหา 2: มีเส้นย้อยมาก
สาเหตุ: TPU มีการไหลดี ระหว่างการเคลื่อนที่จึงมีแนวโน้มซึมออกมา
แนวทางแก้ไข：
- ปรับพารามิเตอร์รีแทรกให้เหมาะสม: ระยะรีแทรก 1-2mm, ความเร็วรีแทรก 20-25mm/s
- เปิดใช้งานฟังก์ชัน Coasting โดยลดการอัดก่อนการเคลื่อนที่
- ลดอุณหภูมิการพิมพ์ 5-10°C เพื่อลดความเหลวของวัสดุ
- เพิ่มความเร็วการเคลื่อนที่ เพื่อลดเวลาการซึมออกของวัสดุ
ปัญหา 3: ชั้นงานแตกร้าว
สาเหตุ: อุณหภูมิไม่เพียงพอหรือการระบายความร้อนเร็วเกินไป
แนวทางแก้ไข：
- เพิ่มอุณหภูมิหัวฉีด 5-10°C
- ลดความเร็วพัดลมระบายความร้อนลงเหลือ 20-30%
- ลดความเร็วการพิมพ์ เพื่อให้ชั้นงานหลอมประสานกันได้เต็มที่
- ตรวจสอบว่าวัสดุแห้งหรือไม่ เพราะวัสดุที่ชื้นจะทำให้แรงยึดเกาะระหว่างชั้น
ส่งโมเดล แบบแปลน รูปภาพ หรือบันทึกเป็นลายลักษณ์อักษร วิศวกรจะตรวจสอบวัสดุ กระบวนการ การตกแต่ง และการส่งมอบตามการใช้งานจริง