โลกของเทคโนโลยี 3D Printing

           3D Printing มีชื่อเรียกอีกอย่างคือ  Additive Manufacturing มีรากมาจากคำว่า ‘Add’ ซึ่งคือการขึ้นรูปชิ้นงานโดยการเติมเนื้อวัสดุทีละชั้น ๆ จนได้ออกมาเป็นวัตถุที่ต้องการ กระบวนการผลิตชนิดนี้ได้ฉีกแนวจากวิธีการแบบเดิม ๆ ที่เรียกว่า Subtractive Manufacturing ที่เป็นการสกัดเนื้อวัสดุออกจนได้เป็นรูปร่างของวัตถุที่ต้องการผลิต โดยวิธีการตัด กลึง ไส เจาะ เจียรไน เป็นต้น 

           ทั้งนี้ในส่วนของกระบวนการผลิตชิ้นงานสามมิติ (3D Printing) ซึ่งเปรียบเสมือนเป็นการสร้างโมเดลเสมือนจริงหรือการขึ้นรูปชิ้นงานแบบสามมิติตามที่ต้องการนั้นจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องใช้เครื่องพิมพ์สามมิติมาเป็นเครื่องมือช่วยในส่วนของการผลิต โดยเครื่องพิมพ์สามมิติหรือ 3D Printer นั้นเป็นส่วนหนึ่งของเทคโนโลยีที่เรียกว่า Rapid Prototyping (RP) ซึ่งเป็นกระบวนการสร้างต้นแบบด้วยความรวดเร็ว โดยกระบวนการนี้ถูกนำมาใช้มากขึ้นในอุตสาหกรรมการออกแบบ การผลิต การแพทย์ สถาปัตยกรรม และงานด้านศิลปะอื่น ๆ โดยคำว่า “เร็ว” ในที่นี้นั้นหมายความถึง การสร้างต้นแบบขึ้นมาโดยตรงจากแบบที่ถูกออกแบบไว้ก่อนแล้วในคอมพิวเตอร์ โดยข้อมูลด้านรูปทรงต่าง ๆ ของ 3D CAD Model จะถูกส่งไปยังเครื่อง Rapid Prototyping เพื่อทำการสร้างชิ้นงานต้นแบบขึ้นมาทีละชั้น ๆ ทั้งนี้หลักการทั่วไปของ Rapid Prototyping จะคล้ายกับการพิมพ์รูปภาพจากคอมพิวเตอร์ออกทางเครื่องพิมพ์  หากแต่สิ่งที่พิมพ์ออกมานี้เป็นชิ้นงาน 3 มิติ ที่มีขนาด รูปทรง เป็นไปตาม CAD Model ในคอมพิวเตอร์  โดยจุดประสงค์หลักของการสร้างต้นแบบด้วยกระบวนการ Rapid Prototyping นั้นจะเน้นไปที่การสร้างต้นแบบที่ให้สาระข้อมูลในแง่ของรูปทรงของชิ้นงานทางกายภาพ คือ สามารถจับต้องได้และในบางกรณีอาจนำไป ใช้งานจริงได้หากความแข็งแรงของตัวแบบมีมากเพียงพอ โดยวัสดุของต้นแบบที่ได้จากกระบวนการ RP ทั่วไปมักทำขึ้นมาจากวัสดุกระบวนการพิมพ์สามมิติ เริ่มจากสร้างแบบจำลองในคอมพิวเตอร์ก่อนจะส่งไปยังเครื่องพิมพ์เพื่อสร้างชิ้นงานที่ง่ายต่อการขึ้นรูป เช่น พลาสติก เป็นต้น

           อย่างไรก็ตามเมื่อพูดถึงเครื่องพิมพ์สามมิติ (3D Printer) นั้นเราจะพบว่ามีอยู่มากมาย หลายประเภท ทั้งเครื่องที่ขึ้นรูปชิ้นงานจาก วัสดุพลาสติก โลหะ เซรามิค ตั้งแต่ขนาดเล็ก กว่าฝ่ามือไปจนถึงขนาดเท่าบ้านทั้งหลัง แต่ทุกประเภทมีหลักการทำงานเหมือนกัน นั่นก็คือการขึ้นรูปชิ้นงำนทีละชั้น ๆ ซ้อนกันจนกลายเป็นวัตถุที่ต้องการ  เทคโนโลยี 3D Printing ที่แพร่หลายที่สุดคือ FDM (Fused Deposition Modeling) ซึ่งใช้วิธีละลายเส้นพลาสติกและฉีดพลาสติกขึ้นรูปเป็นวัตถุทีละชั้น 

           เทคโนโลยี 3D printing เป็นกระบวนการ ผลิตรูปแบบหนึ่งที่ใช้วิธีการแปลงข้อมูลที่เป็นดิจิตอลให้ออกมาเป็นชิ้นงานที่เราสามารถจับต้องได้ตามต้องการ  โดยการนำวัตถุดิบต่าง ๆ ไม่ว่าจะเป็นพลาสติก โลหะ ฯลฯ มาขึ้นรูปชิ้นงานทีละชั้นจนได้เป็น รูปทรงที่จับต้องได้ โดยอุปกรณ์ที่เกี่ยวข้องคือ เครื่องพิมพ์ระบบสามมิติ (3D Printer) วัตถุดิบและพิมพ์เขียวของวัตถุที่เราต้องการ “พิมพ์” ออกมา ซึ่งอาจอยู่ใน รูปแบบไฟล์ CAD (Computer Aided Design) หรือไฟล์ 3D Scanner ซึ่งการเติมเนื้อหรือพิมพ์วัสดุลงไปนั้นเรียกว่า Additive Process โดยการพิมพ์นั้นจะค่อยขึ้นไปทีละ Layer หรือทีละชั้น ยกตัวอย่าง เช่น การ สร้างตึกที่มีจำนวน 25 ชั้น ต้องเริ่มสร้างจากฐานก่อนแล้วค่อย ๆ ต่อเสาขึ้นไปทีละชั้น ทั้งนี้สามารถแจกแจงรายละเอียดขั้นตอน การสร้างชิ้นงานจากเครื่องพิมพ์สามมิติได้ ดังนี้  

           1. การสร้างแบบจำลองสามมิติ (3D Modelling) เป็นขั้นตอนเริ่มต้นของการใช้งานโดยการ ใช้โปรแกรมทางคอมพิวเตอร์หรือ CAD เขียนแบบชิ้นงานออกมาเป็นภาพร่าง สามมิติตามขนาดและรูปร่างที่ต้องการ ซึ่งปัจจุบันสามารถหาโปรแกรมฟรีแวร์ และราคาถูกได้ง่ายมาก เช่น Autodesk Fusion , Blender, TinkerCAD หรือ แม้กระทั่ง 3D Paint หลังจากนั้นให้ทำการบันทึกไฟล์ (SAVE) หรือ export ออกมาเป็นไฟล์สามมิติ เพื่อให้มองเห็นภาพร่างชิ้นงานที่ต้องการในรูปแบบของ ไฟล์ภาพสามมิติ ก่อนทำการสั่งพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์  

           2. การพิมพ์สามมิติ (Printing) เมื่อได้ไฟล์ภาพสามมิติเรียบร้อยแล้วในขั้นตอนนี้จะเป็นการสั่งพิมพ์ผ่านซอฟต์แวร์จัดการไฟล์ดิจิทัล โดยเครื่องพิมพ์สามมิติจะทำการหลอมวัสดุ พิมพ์และทำการพิมพ์ตามงานที่ต้องการ โดยพิมพ์ออกมาเป็นแนวระนาบและเพิ่ม รายละเอียดเป็นชั้นซ้อนทับกันไปเรื่อย ๆ ตามสเกลของชิ้นงานที่ต้องการ  

           3. การตกแต่งชิ้นงานหลังการพิมพ์ (Post Processing) สำหรับในส่วนของขั้นตอนนี้จะเป็นการ ตกแต่งชิ้นงานหลังการพิมพ์ ซึ่งผู้ใช้สามารถดำเนินการขัด (polishing) ทำสี (painting) หรือนำชิ้นงานหลาย ๆ ชิ้นมาประกอบหรือติดกาวเข้าด้วยกัน  โดยแต่ละเทคโนโลยีของเครื่องพิมพ์สามมิติมักจะมีขั้นตอนที่อาจมีความแตกต่างกันไป 

เทคโนโลยี 3D Printing กับจุดเปลี่ยนทางการศึกษา 

           ในปัจจุบันมีการพูดถึงกระบวนการพิมพ์แบบสามมิติกันเยอะมากเพราะเทคโนโลยีนี้เปรียบเสมือนเทคโนโลยีแห่งโอกาสในการเกิดนวัตกรรมใหม่ที่เป็นประโยชน์เป็นการเปิดโอกาสให้ นักออกแบบสามารถมองเห็นโมเดลแบบสามมิติที่ตนเองได้ออกแบบ ในทันทีเพื่อทำให้แก้ไขข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ต้องเสียเวลาและเสียค่าใช้จ่ายที่ไม่จำเป็น  ยิ่งไปกว่านั้นในส่วนของการนำมาประยุกต์ใช้ในระบบการศึกษานั้นเราจะพบว่าเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิตินั้นมีประโยชน์อย่างมากสำหรับการสนับสนุนกระบวนการจัดการเรียนรู้ให้กับผู้เรียนในปัจจุบันมาว่าจะเป็นใน เรื่องของ  

           1. การช่วยดึงดูดความสนใจและกระตุ้นความต้องการในการเรียนรู้ของผู้เรียน กล่าวคือ การพิมพ์ สามมิตินั้นจะช่วยดึงดูดความสนใจ จากผู้เรียน โดยเฉพาะในกลุ่ม ผู้เรียนที่อำยุน้อยในรูปแบบของการเป็นสื่อหรืออุปกรณ์ที่ช่วยสนับสนุน ความสามารถในแง่ของการมองเห็นและจับต้องได้  อีกทั้งยังมีส่วนสำคัญ ในกระบวนการของการออกแบบและการพิมพ์ชิ้นงานการสร้างสรรค์ของผู้เรียนให้ออกมาเป็นรูปธรรม เพื่อ ส่งเสริมความคิดสร้างสรรค์และทำให้เห็นผลที่ชัดเจนจากความคิดไป สู่กำรสร้างชิ้นงาน อันจะส่งผลให้ กระบวนการเรียนรู้สนุกไม่น่าเบื่อ  

           2. ให้ความสำคัญกับกำรสร้างนวัตกรรม โดยตอบสนองความสามารถในการลองผิดลองถูก เนื่องจากเทคโนโลยีสามมิติมีส่วนช่วยอย่างมากในการแปลงแนวคิด/ความต้องการพัฒนาผลิตภัณฑ์หรือชิ้นงานบางอย่างให้ออกมาเป็นของชิ้นงานที่จับต้องและเป็นรูปธรรม พร้อมสามารถนำไปทดลองใช้จริงได้อย่างเหมาะสมเพื่อนำไปสู่การปรับปรุงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น 

           3. ช่วยคุณครูในแง่ของการนำไปประยุกต์ใช้เพื่อสร้างสื่อสนับสนุนการเรียนรู้ของผู้เรียนในรูปแบบที่จับต้องได้ เช่น ในส่วนของการเรียนภูมิศาสตร์  คุณครูสามารถพิมพ์โมเดลสภาพพื้นที่ที่มีความแตกต่างกันในแต่ละภูมิประเทศเพื่อให้ประกอบการจัดการเรียนรู้ตามเป้าหมายของแผนการเรียนได้หรือในรายวิชาคณิตศาสตร์ก็สามารถประยุกต์ใช้เครื่องพิมพ์สามมิติในการสร้างความเข้าใจในเรื่องของรูปทรงต่าง ๆ ให้กับผู้เรียนได้