ผู้ใช้:Umaporn31/กระบะทราย

2.2 พิกัดคาร์ทีเซียน (Cartesian Coordinates)

ไฟล์:NEW.JPG

รูปมือขาว

แนวคิดทฤษฎีที่ 2.1

อธิบายแนวคิด ทฤษฎีที่ 2.1 หลักการของแบบจำลองสามมิติ Flor (2004, 2-7) : ได้อธิบายหลักการของแบบจำลองสามมิติไว้ดังนี้ การสร้างแบบจำลองสามมิติ (3D Modeling) ในคอมพิวเตอร์กราฟิกส์สามมิติ (3D Computer Graphics) หมายถึงกระบวนการทางคณิตศาสตร์ในการสร้างแบบจำลองโดยอาศัยโครงสร้าง แบบจำลองโครงลวด (Wireframe) เป็นลักษณะการแสดงผลของแบบจำลองสามมิติของ วัตถุหรือสิ่งของที่สร้างในคอมพิวเตอร์ โดยการแสดงเส้นตรงหรือเส้นโค้ง ซึ่งเป็นเส้นของขอบของวัตถุที่เกิดจากคำนวณทางคณิตศาสตร์ของพื้นผิวที่ไม่ ต่อเนื่องของวัตถุ เพื่อแสดงวัตถุในสามมิติ โดยใช้ซอฟต์แวร์สามมิติ สร้างขึ้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ออกมาเป็น แบบจาลองสามมิติ (3D Model) ซึ่งสามารถนามาแสดงผลด้วยกระบวนการเรนเดอร์ภาพสามมิติ (3D Rendering) หรือ ฉายภาพสามมิติ (3D Projection) หรือ พิมพ์ภาพสามมิติ (3D Printing)

พร้อมอ้างอิงที่มา Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, McKinsey Global Institute, May 2013

แนวคิดทฤษฎีที่ 2.2

อธิบายแนวคิด ทฤษฎีที่ 2.2 พิกัดคาร์ทีเซียน (Cartesian Coordinates) เนื่องจากวัตถุสามมิติมีความกว้าง ความสูง และความลึก จำเป็นต้องมีวิธีการที่จะอธิบายคุณสมบัติ สามมิติเหล่านี้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วนิยมที่จะใช้ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนไปอธิบายลักษณะของสภาพแวดล้อมแบบสามมิติ และวัตถุที่อยู่ภายใน ดูรูปที่ 1 ในพิกัดคาร์ทีเซียน ตัวแปร X, Y และ Z จะใช้ในการระบุตำแหน่งของวัตถุใด ๆ ในพื้นที่ ตรงจุดศูนย์กลางของพื้นที่คาร์ทีเซียนเป็นกำเนิด หรือจุดที่ทุกมิติเริ่มต้น โดยมีค่าของ X, Y และ Z เป็นศูนย์

พร้อมอ้างอิงที่มา ที่มา: Flor (2004, 3)

แนวคิดทฤษฎีที่ 2.3

อธิบายแนวคิด ทฤษฎีที่ 2.3 การเคลื่อนย้าย (Translation) การย้ายวัตถุในพื้นที่พิกัด สามมิติ ต้องทำการย้ายตำแหน่งตามแกนต่างๆ อาจจะเป็น หนึ่ง สอง หรือ ทั้งสามแกน X, Y และ Z ยกตัวอย่างเช่น ถ้าจุดศูนย์กลางของวัตถุ อยู่ที่ตำแหน่ง X=3, Y=2 และ Z=5 แต่ถ้าหาก ค่าตาแหน่ง X, Y และ Z ของวัตถุเปลี่ยนแปลงไป วัตถุก็จะถูกเคลื่อนย้ายไปไนพิกัดสามมิติ พร้อมอ้างอิงที่มา ที่มา: Flor (2004, 3)

แนวคิดทฤษฎีที่ 2.4

อธิบายแนวคิด ทฤษฎีที่ 2.4 การหมุน (Rotation) ค่าพิกัด X, Y และ Z สามารถอธิบายการหมุนของวัตถุได้เช่นกันเหมือนกับการเคลื่อนย้าย การหมุนสามารถเกิดขึ้นได้กับแกนพิกัด หนึ่งแกน หรือสามารถเกิดรวมกันได้หลายแกน X, Y และ Z ยกตัวอย่างเช่น ตอนแรกวัตถุเอียงไปทางด้านซ้าย 5 องศา และต่อมาวัตถุเกิดการหมุน กลับไปทางด้านแกน x 5 องศา

พร้อมอ้างอิงที่มา ที่มา: Flor (2004, 3)

แนวคิดทฤษฎีที่ 2.5

อธิบายแนวคิด ทฤษฎีที่ 2.5 กฎมือขวา (The Right-Handed Rule) วิธีการง่ายๆ ในการจดจำพิกัดสามมิติ คาร์ทีเซียน คือการใช้กฎมือขวา โดยการยกมือขวาขึ้นมา กำมือให้ทุกนิ้วหุบเข้า และจากนั้นยืดนิ้วชี้ นิ้วโป้ง และนิ้วกลางออกมา ให้นิ้วชี้แทนแนวแกน z นิ้วกลางแทนแนวแกน x และนิ้วหัวแม่มือแทนแนวแกนy

พร้อมอ้างอิงที่มา  ที่มา: Flor (2004, 3)

ผลงานวิจัยที่เกี่ยวข้อง

หลักการของแบบจำลองสามมิติ Flor (2004, 2-7) : ได้อธิบายหลักการของแบบจำลองสามมิติไว้ดังนี้ การสร้างแบบจาลองสามมิติ (3D Modeling) ในคอมพิวเตอร์กราฟิกส์สามมิติ (3D Computer Graphics) หมายถึงกระบวนการทางคณิตศาสตร์ในการสร้างแบบจำลองโดยอาศัยโครงสร้าง แบบจำลองโครงลวด (Wireframe) เป็นลักษณะการแสดงผลของแบบจำลองสามมิติของ วัตถุหรือสิ่งของที่สร้างในคอมพิวเตอร์ โดยการแสดงเส้นตรงหรือเส้นโค้ง ซึ่งเป็นเส้นของขอบของวัตถุที่เกิดจากคำนวณทางคณิตศาสตร์ของพื้นผิวที่ไม่ ต่อเนื่องของวัตถุ เพื่อแสดงวัตถุในสามมิติ โดยใช้ซอฟต์แวร์สามมิติ สร้างขึ้น เพื่อให้ได้ผลลัพธ์ออกมาเป็น แบบจาลองสามมิติ (3D Model) ซึ่งสามารถนามาแสดงผลด้วยกระบวนการเรนเดอร์ภาพสามมิติ (3D Rendering) หรือ ฉายภาพสามมิติ (3D Projection) หรือ พิมพ์ภาพสามมิติ (3D Printing)

1. พิกัดคาร์ทีเซียน (Cartesian Coordinates)

เนื่องจากวัตถุสามมิติมีความกว้าง ความสูง และความลึก จำเป็นต้องมีวิธีการที่จะอธิบายคุณสมบัติ สามมิติเหล่านี้ ซึ่งโดยทั่วไปแล้วนิยมที่จะใช้ระบบพิกัดคาร์ทีเซียนไปอธิบายลักษณะของสภาพแวดล้อมแบบสามมิติ และวัตถุที่อยู่ภายใน ดูรูปที่ 1 ในพิกัดคาร์ทีเซียน ตัวแปร X, Y และ Z จะใช้ในการระบุตาแหน่งของวัตถุใด ๆ ในพื้นที่ ตรงจุดศูนย์กลางของพื้นที่คาร์ทีเซียนเป็นกำเนิด หรือจุดที่ทุกมิติเริ่มต้น โดยมีค่าของ X, Y และ Z เป็นศูนย์

รูปที่1 พิกัดสามมิติคาร์ทีเซียน ที่มา: Flor (2004, 3)

2. การเคลื่อนย้าย (Translation)

การย้ายวัตถุในพื้นที่พิกัด สามมิติ ต้องทำการย้ายตำแหน่งตามแกนต่างๆ อาจจะเป็น หนึ่ง สอง หรือ ทั้งสามแกน X, Y และ Z ยกตัวอย่างเช่น ถ้าจุดศูนย์กลางของวัตถุ อยู่ที่ตำแหน่ง X=3, Y=2 และ Z=5 แต่ถ้าหาก ค่าตาแหน่ง X, Y และ Z ของวัตถุเปลี่ยนแปลงไป วัตถุก็จะถูกเคลื่อนย้ายไปไนพิกัดสามมิติ ดังรูปที่ 2

รูป 2 การเคลื่อนย้ายของวัตถุในพิกัดสามมิติ ที่มา: ที่มา: Flor (2004, 3)

3. การหมุน (Rotation)

ค่าพิกัด X, Y และ Z สามารถอธิบายการหมุนของวัตถุได้เช่นกันเหมือนกับการเคลื่อนย้าย การหมุนสามารถเกิดขึ้นได้กับแกนพิกัด หนึ่งแกน หรือสามารถเกิดรวมกันได้หลายแกน X, Y และ Z ยกตัวอย่างเช่น ตอนแรกวัตถุเอียงไปทางด้านซ้าย 5 องศา และต่อมาวัตถุเกิดการหมุน กลับไปทางด้านแกน x 5 องศา ดังแสดงตามรูปที่ 3

รูปที่ 3 การหมุนของวัตถุในพิกัดสามมิติ ที่มา: Flor (2004, 4)

4 กฎมือขวา (The Right-Handed Rule)

วิธีการง่ายๆ ในการจดจำพิกัดสามมิติ คาร์ทีเซียน คือการใช้กฎมือขวา โดยการยกมือขวาขึ้นมา กำมือให้ทุกนิ้วหุบเข้า และจากนั้นยืดนิ้วชี้ นิ้วโป้ง และนิ้วกลางออกมา ให้นิ้วชี้แทนแนวแกน z นิ้วกลางแทนแนวแกน x และนิ้วหัวแม่มือแทนแนวแกนy ดังรูปที่ 4

รูปที่ 4 ทิศทางของพิกัดสามมิติโดยใช้กฎมือขวา ที่มา: Flor (2004, 4)

ภาณุพงษ์ ปัตติสิงห์ (2540, 23-25) ได้อธิบายว่า หลักในการมองภาพแบบจาลองสามมิตินั้น ประกอบไปด้วย ภาพด้านหน้า (Front View) ภาพด้านข้าง (Side View) และภาพด้านบน (Top View) ในการเขียนแบบสามมิติของวัตถุนั้น จำเป็นต้องเลือกภาพด้านหน้าที่มีความเหมาะสม โดยมีหลักเกณฑ์ในการเลือกคือ ภาพด้านหน้าต้องเป็นภาพที่มองเห็นรูปร่างได้ชัดเจน มีรายละเอียดมากที่สุด ทาให้การมองภาพด้านข้างและภาพด้านบนสามารถมองเห็นรายละเอียดได้มากที่สุดด้วย ส่วนวิธีการสร้างแบบจำลองสามมิตินั้นไม่ได้มีวิธีการที่ตายตัวแน่นอน ซึ่งผู้สร้างแบบจำลองสามมิติ สามารถนำเอาเทคนิคที่หลากหลายเข้ามาใช้ในการสร้างแบบจำลองได้ยกตัวอย่างเช่น การสร้างแบบจำลองสามมิติโดยใช้เทคนิคประกอบชิ้นส่วนย่อยชิ้นเล็กๆ รวมเข้าด้วยกันเป็นวัตถุชิ้นใหญ่ หรือการสร้างแบบจำลองสามมิติโดยใช้เทคนิคการขึ้นรูปแบบจำลองเป็นวัตถุขนาดใหญ่ก่อน แล้วใช้เครื่องมือช่วยในการ ตัด เฉือน ลบ รูปทรงส่วนที่ไม่ต้องการออกไป e View Top View (Kai and Fai, 1997):กรรมวิธีการสร้างต้นแบบรวดเร็วการสร้างต้นแบบรวดเร็วสามารถแบ่งได้เป็ น 3 ประเภทตามวัสดุตั้งต้น คือ วัสดุตั้งต้นประเภทของเหลว, วัสดุตั้งต้นประเภทผง และวัสดุตั้งต้นประเภทของแข็ง

1. การสร้างต้นแบบรวดเร็วด้วยวัสดุตั้งต้นแบบของเหลว (Liquid-based RapidPrototyping)

เป็นวิธีการสร้างต้นแบบที่ได้รับความนิยม เนื่องจากเป็นวิธีการแรกที่ถูกพัฒนาขึ้น เทคนิคที่ใช้ในการสร้างต้นแบบจากวิธีนี้ได้แก่ Stereo Lithograph Apparatus (SLA) และ Solid Ground Curing (SGC) หลักการขึ้นรูปแบบ SLA คือ การขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบโดยใช้ของเหลว ประเภทเรซิน (Resin) ที่มีความไวต่อแสงสูงมาทำให้เปลี่ยนสภาพเป็นของแข็ง โดยการฉายแสง เลเซอร์ (Laser Beam) มากระทบบริเวณพื้นผิวของเรซิน ซึ่งทำ ให้เรซินเกิดการแข็งตัวขึ้นเป็นชั้น ตามเส้นโครงร่างที่เป็นเนื้อวัสดุ โดยชิ้นงานต้นแบบจะถูกสร้างขึ้นทีละชั้นจากด้านล่างขึ้นด้านบน จากการอาศัยการเคลื่อนที่ของฐานรองชิ้นงาน (Platform) ในแนวดิ่ง ฐานรองชิ้นงานจะเลื่อนตัวลง เท่ากับค่าความหนาของชั้นแบบจำลองเพื่อสร้างชิ้นงานต้นแบบในชั้นถัดไป จนกระทั่งชั้นสุดท้าย

ถูกสร้างขึ้นเสร็จ ดังแสดงในรูปที่ 1 ส่วนเทคนิค SGC เป็นการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบโดยใช้วัสดุ ประเภทเรซินเช่นเดียวกับ SLA เทคนิคนี้จะพ่นสารประเภทเรซินบนฐานรองชิ้นงาน จากนั้นสร้างหน้ากาก (Photomask) เพื่อป้องกันแสงโดยเปิดช่องเฉพาะบริเวณที่จะสร้างเป็นชิ้นงานตามเส้นโครงร่างที่เป็นเนื้อวัสดุ โดยวางหน้ากากลงบนฐานรองชิ้นงานและปล่อยรังสี UV ตกกระทบบริเวณที่หน้ากากเปิ ดช่องไว้ทา ให้บริเวณนั้นเรซินจะเกิดการแข็งตัว กระบวนการดังกล่าวจะดา เนินไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งได้ชิ้นงานต้นแบบที่สมบูรณ์

2. การสร้างต้นแบบรวดเร็วด้วยวัสดุตั้งต้นแบบผง (Power-based Rapid Prototyping)

วิธีการสร้างต้นแบบด้วยวิธีการนี้ใช้วัสดุที่มีลักษณะเป็นผงในการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบ เทคนิคที่ใช้สำหรับการสร้างชิ้นงานต้นแบบด้วยวิธีนี้ได้แก่ Selective Laser Sintering(SLS) และ 3Dimensional Printing (3D Printing) หลักการทำงานของ SLS คือ ผงวัสดุสำหรับการสร้างชิ้นงานต้นแบบจะถูกให้ความร้อนด้วยแสงเลเซอร์โดยการฉายแสงเลเซอร์ตามเส้นโครงร่างที่เป็นเนื้อวัสดุ บริเวณที่ถูกฉายด้วยแสงเลเซอร์ผงวัสดุจะถูกหลอมละลายทำให้สามารถเกาะติดกันได้และยังสามารถยึดเกาะกับชั้นที่ขึ้นรูปไปก่อนหน้านี้ โดยฐานรองชิ้นงานจะเลื่อนตัวลงเท่ากับค่าความหนาของชั้นแบบจำลอง เพื่อให้ลูกกลิ้ง (Roll) กวาดผงวัสดุชุดใหม่เข้ามาทับผิวชั้นก่อนหน้านี้ ส่วน 3D Printing เป็นอีกหนึ่งเทคนิคที่มีการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบด้วยวัสดุตั้งต้นแบบผงโดยใช้วิธีพ่นกาว กล่าวคือใช้วิธีการพ่นกาวให้ผงวัสดุยึดเกาะกันเป็นรูปทรงที่ต้องการกาวประสานจะถูกพ่นลงไปบนฐานรองชิ้นงานมีผงวัสดุเตรียมไว้ตามเส้นโครงร่างที่เป็นเนื้อวัสดุกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบจะทำ ไปทีละชั้นเช่นเดียวกับกระบวนการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบอื่น ๆ ซึ่งการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบด้วยวิธี 3D Printing สามารถใส่สีกับชิ้นงานทา ให้รูปทรงของชิ้นงานมีสีสันต่าง ๆ

3. การสร้างต้นแบบรวดเร็วด้วยวัสดุตั้งต้นแบบของแข็ง (Solid-based RapidPrototyping)

วัสดุตั้งต้นที่นำมาใช้สร้างต้นแบบรวดเร็วด้วยวิธีนี้จะมีสถานะเป็นของแข็งเทคนิคที่ใช้สำหรับการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบด้วยวิธีนี้ได้แก่ Laminated Object Manufacturing(LOM) และ Fused Deposition Modeling (FDM) การขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบด้วยวิธี LOM มีหลักการ คือ การตัดแผ่นวัสดุบาง เช่น กระดาษ หรือแผ่นพลาสติกโดยที่ด้านหนึ่งถูกเคลือบไว้ด้วยกาว การทำงานของ LOM จะยิงแสงเลเซอร์ไปยังแผ่นวัสดุที่วางอยู่บนฐานรองชิ้นงานเพื่อตัดแผ่นวัสดุตามแนวเส้นโครงร่างของแต่ละชั้น แผ่นวัสดุแต่ละแผ่นจะซ้อนติดกันเป็นชั้น ๆ จนได้ชิ้นงานตามต้องการ แผ่นวัสดุที่เตรียมไว้จะเคลื่อนที่ผ่านฐานรองชิ้นงาน และถูกตัดตามแนวเส้นโครงร่างด้วยแสงเลเซอร์ บริเวณที่ไม่ใช่ส่วนของชิ้นงานจะถูกตัดออกเป็นตารางเล็ก ๆ เพื่อให้ง่ายต่อการแกะออกเมื่อทำการขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบเสร็จสมบูรณ์ ส่วนเทคนิค FDM เป็นวิธีขึ้นรูปชิ้นงานต้นแบบโดยการใช้วัสดุที่มีลักษณะเป็นเส้นที่ถูกทา ให้ร้อนแล้วนา มาเรียงตามเส้นโครงร่างขึ้นเป็นโครงสร้างทีละชั้น จนกระทั่งเป็นรูปทรงชิ้นงานตามต้องการ อย่างไรก็ตามผิวชิ้นงานที่เกิดจากการขึ้นรูปด้วยวิธีนี้จะมีลักษณะค่อนข้างหยาบ เนื่องจากการขึ้นรูปที่เกิดจากการเรียงตัวและเชื่อมติดกันของเส้นวัสดุขนาดเล็กเป็นชั้น ๆ

(ดร. บุญชัย วลีธรชีพสวัสดิ์) :สาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มหาวิทยาลัยสุโขทัยธรรมาธิราช การพิมพ์สามมิติ (3D Printing) เป็นกระบวนการหนึ่งของการผลิตชิ้นงานต้นแบบได้อย่างรวดเร็ว (Rapid Prototyping) โดยอาศัยข้อมูลสามมิติจากโปรแกรมภาพสามมิติ (CAD) แล้วแปลงให้เป็นข้อมูลที่เหมาะสำหรับการพิมพ์ทีละชั้น (layer-by-layer) โดยจัดทิศทางการตั้งขึ้นของชิ้นงาน และทำการฝานในแนวราบเป็นชั้นๆ ให้ความหนาแต่ละชั้นสัมพันธ์กับความหนาของวัสดุที่จะพิมพ์หรือสร้างขึ้นในแต่ละชั้น ซึ่งการพิมพ์แต่ละชั้นมักเกิดจากการทำให้วัสดุเกิดขึ้นตามตำแหน่งที่ต้องการ เมื่อเสร็จชั้นล่างก็ขยับฐานเพื่อรองรับการสร้างภาพในชั้นถัดไป จนครบทุกชั้นก็จะได้เป็นชิ้นงานขึ้นมา ซึ่งอาจจะสำเร็จทันที หรืออาจต้องมีการนำไปทำให้แข็งตัวอีกทีหนึ่ง รวมถึงการตกแต่งผิวให้เรียบร้อยก็จะได้เป็นชิ้นงานสำเร็จ การเกิดขึ้นของชั้นภาพแต่ละชั้น ทำได้หลายระบบ มีทั้งลักษณะการฉายแสงพอลิเมอร์เหลวให้แข็งตัวเฉพาะบริเวณที่ต้องการ การฉีดพอลิเมอร์เหลวให้ทับถมเฉพาะบริเวณที่ต้องการ การฉีดพ่น พอลิเมอร์ไวแสงเฉพาะบริเวณ หรือการยิงเลเซอร์เฉพาะบริเวณบนแผ่นลามิเนต อันเป็นรายละเอียดในแต่ละเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ แต่โดยรวมแล้ว เป็นการสร้างภาพขึ้นมาทีละชั้นตามข้อมูลที่กำหนดจนครบเป็นชิ้นงาน จึงเรียกรวมๆ กันว่า การพิมพ์สามมิติ ซึ่งคำนี้เป็นคำที่นิยมเรียกกันมากขึ้นในปัจจุบัน และมีความนิยมใช้งานพิมพ์สามมิติเพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็วในปัจจุบัน จุดเด่นของการพิมพ์สามมิติ (3D Printing)

       1. พิมพ์ชิ้นงานออกมาเป็นกลไกได้เลย มีความแม่นยำสูงและใช้งานได้จริง เช่น พิมพ์ออกมาเป็นประแจเลื่อนที่สามารถปรับเลื่อนขนาดหัวประแจ และใช้ในการขันน็อตขนาดต่างๆ ได้จริง เนื่องจากในการพิมพ์ไฟล์งานสามมิติเป็นการพิมพ์ทีละชั้นของภาคตัดขวางของชิ้นวัตถุ บริเวณที่ไม่ต้องการให้ติดกันก็มีวัสดุคั่นไว้ในขณะพิมพ์และกำจัดออกเมื่อพิมพ์เสร็จ ชิ้นงานที่ได้จึงสามารถขยับได้แบบกลไก เช่น โซ่ ตลับลูกปืน ซึ่งเป็นชิ้นงานครบสมบูรณ์จากการพิมพ์ครั้งเดียว ไม่ต้องนำชิ้นส่วนต่างๆ มาประกอบในภายหลัง นึกถึงข้อดีเมื่อต้องไปอยู่ในที่กันดารแต่มีเครื่องพิมพ์สามมิติพร้อมวัสดุ สามารถสั่งพิมพ์ไฟล์ชิ้นงานเครื่องมือหรืออะไหล่ต่างๆ ออกมาใช้งานได้ตรงนั้น ลองนึกดูว่าหากจะนำไปพิมพ์บนดวงจันทร์ก็ยังได้เลย ไม่ต้องรอส่งอะไหล่ไปจากโลก 
       2. ลดต้นทุนในการผลิตต้นแบบลงได้อย่างมาก  สามารถผลิตต้นแบบ (prototype) ได้เหมือนจริงโดยที่ยังไม่ต้องทำโมแม่พิมพ์ ซึ่งเป็นการลดขั้นตอน ลดเวลา และลดต้นทุนในการพัฒนาต้นแบบลงอย่างมาก ลองนึกถึงการสร้างชิ้นงานเหมือนจริงที่ต้องมีการทำโมแม่แบบก่อน การพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ หรือการสร้างต้นแบบบรรจุภัณฑ์ขึ้นมาใหม่ กว่าจะทดสอบและปรับแก้จนลงตัวได้แต่ละชิ้นเป็นเรื่องที่ลงทุนสูงมาก การประยุกต์ใช้การพิมพ์สามมิติมาสร้างต้นแบบผลิตภัณฑ์และบรรจุภัณฑ์เป็นการลดขั้นตอน ลดเวลาและลดต้นทุนลงได้มาก แน่นอนว่าผู้ที่ประยุกต์ใช้การพิมพ์สามมิติได้อย่างเหมาะสมจะได้เปรียบคู่แข่งมากมาย 
      3. สร้างชิ้นงานด้วยวัสดุที่หลากหลาย วัสดุพื้นฐานได้แก่ ABS พลาสติกใส พลาสติกขุ่น พลาสติกสีต่างๆ PLA PET เรซิน วัสดุคล้ายยาง ในขณะที่วัสดุอื่นๆ ก็สามารถพิมพ์ได้ด้วยการพิมพ์สามมิติในระบบต่างๆ จนเกินจะจินตนาการ ไม่ว่าจะเป็น เหล็ก ไททาเนียม ทองคำ เงิน เซรามิก ซีเมนต์ หรือแม้แต่สารชีวภาพสำหรับการพิมพ์เป็นอวัยวะเทียม (bio printing)
      4. ตอบสนองแนวความคิดรักษ์โลก ผลิตเท่าที่ต้องการใช้งาน ไม่ต้องผลิตเผื่อเพื่อให้คุ้มต้นทุนการผลิตขั้นต่ำอีกต่อไป เนื่องจากมีความก้าวหน้าทางวัสดุศาสตร์และเครื่องพิมพ์สามารถพิมพ์วัสดุหลากหลายชนิดออกมาเป็นชิ้นผลิตภัณฑ์ที่มีสมบัติการใช้งานจริง เป็นการผลิตในหลักการ individual manufacturing เช่น การสั่งพิมพ์รองเท้ากีฬาตามขนาดเฉพาะ เพื่อใช้ใส่เล่นกีฬาได้จริงๆ ประกอบด้วยวัสดุต่างๆ สีต่างๆ ที่มีสมบัติการใช้งานได้จริง และมีขนาดเฉพาะสำหรับผู้ซื้อแต่ละคน นำไปสู่การลดความสูญเปล่าในการผลิตเผื่อ ช่วยประหยัดทรัพยากรให้แก่โลกของเรา 
       5. รองรับการสร้างสรรค์งานศิลปะและงานประดิษฐ์ได้อย่างไร้ขีดจำกัด โดยเฉพาะเมื่อทำงานร่วมกับเครื่องกราดสามมิติ (3D Scanner) สามารถนำเข้าข้อมูลสามมิติจากวัตถุต้นแบบเพื่อเตรียมไฟล์สามมิติและปรับแต่งรายละเอียดตามต้องการ ก่อนพิมพ์ออกมาเป็นชิ้นงานสามมิติที่มีลักษณะตามต้นแบบ และมีสีสันตามต้องการได้ หรือแม้แต่จะสร้างไฟล์สามมิติจากภาพสองมิติหรือภาพถ่ายก็ยังได้ ตัวอย่างหนึ่งที่กำลังนิยมกันก็คือการสร้างหุ่นจำลองของบุคคล เพื่อเป็นที่ระลึกอันน่าประทับใจ เช่น สร้างหุ่นจำลองวัยรุ่น วัยปัจจุบัน และวัยอนาคต โดยสร้างขึ้นจากข้อมูลภาพถ่าย ซึ่งจะต้องมีโปรแกรมสร้างภาพสามมิติจากภาพสองมิติ โดยปัจจุบันโปรแกรมจัดการภาพหลายโปรแกรมสามารถทำภาพสามมิติได้แล้ว รวมถึงโปรแกรมโฟโตช็อปด้วย (Adobe Photoshop) ทำให้การสร้างสรรค์งานพิมพ์สามมิติเข้าถึงผู้ใช้ระดับผู้บริโภคทั่วไป (Consumer level) ไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะในกลุ่มผู้เชี่ยวชาญเฉพาะทางอีกต่อไป ในอนาคตอันใกล้คงได้เห็นการผลิตชิ้นงานสามมิติส่วนบุคคลก็เป็นแค่ความท้าทายเล็กๆ ไม่ยากเย็นไปกว่าการเตรียมภาพถ่าย เพื่อทำโฟโต้บุ้คซักเล่มหนึ่ง 
           ความจริงแล้วแนวคิดเกี่ยวกับการพิมพ์สามมิติไม่ได้เพิ่งเกิดขึ้น แต่มีมานานระยะหนึ่งแล้ว ซึ่งเดิมทีรู้จักกันในกลุ่มผู้ผลิตต้นแบบชิ้นงานผลิตภัณฑ์ (Rapid prototyping) ที่ใช้งานกับโปรแกรมสร้างภาพสามมิติ (CAD) ซึ่งใช้งานกันในกลุ่มผู้ใช้ระดับมืออาชีพ เนื่องจากเป็นโปรแกรมเฉพาะทาง และเครื่องจักรในการสร้างชิ้นงานสามมิติมีราคาสูง ทั้งนี้เพราะนวัตกรรมการพิมพ์สามมิติยังอยู่ภายในอายุการคุ้มครองตามสิทธิบัตรของนักวิจัยอยู่ ทำให้เป็นระบบปิด และราคาสูงทั้งเครื่องจักรและวัสดุ จึงยังไม่แพร่หลาย จนเมื่อประมาณสามปีที่ผ่านมา สิทธิบัตรของระบบการพิมพ์สามมิติแบบฉีดพ่นพอลิเมอร์เหลวได้หมดอายุคุ้มครองลง จึงมีผู้ผลิตเครื่องพิมพ์สามมิติด้วยเทคโนโลยีดังกล่าวออกมามากมาย และราคาถูกลงมากทั้งเครื่องพิมพ์และวัสดุ รวมถึงระบบปฏิบัติการของเครื่องพิมพ์สามมิติก็เป็นระบบเปิด มีให้ใช้งานได้โดยไม่ต้องเสียเงินซื้อซอฟแวร์ (Open source) 
         เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติมีมากมายหลายเทคโนโลยี ทั้งลักษณะการฉายแสงพอลิเมอร์เหลว (Stereolithography) การฉีดพอลิเมอร์เหลว (Polymer Extrusion) การฉีดพ่นพอลิเมอร์ไวแสง (Jetted Photopolymer) การอบผนึกผง (Selective Laser Sintering) หรือการลามิเนต (Laminated Object Manufacturing) ในปัจจุบันเทคโนโลยีการฉีดพอลิเมอร์เหลวซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่ค่อนข้างเรียบง่ายมีผู้ผลิตหลายรายหลายระดับ ทำให้มีราคาถูกลงมากทั้งตัวเครื่องและวัสดุ แต่เทคโนโลยีอื่นๆ ก็มีความโดดเด่นทั้งในเรื่องคุณภาพและศักยภาพ รวมถึงมีความสามารถเฉพาะทาง และยังมีสิทธิบัตรคุ้มครองนวัตกรรมที่ทีความแตกต่างกัน ก็ยังได้รับความนิยมอยู่แม้ว่าบางเครื่องจะมีราคาสูงหลักล้านก็ตาม ซึ่งผู้สนใจควรศึกษารายละเอียดความแตกต่างทั้งด้านเทคโนโลยี ความละเอียด คุณภาพ ศักยภาพ วัสดุที่รองรับการใช้งาน ก่อนที่จะตัดสินใจลงทุนเครื่องพิมพ์สามมิติ ทั้งในแง่การนำมาใช้ทำงานหรือการใช้เป็นอุปกรณ์การศึกษาก็ตาม ซึ่งสาขาวิชาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แขนงวิชาเทคโนโลยีอุตสาหกรรม เอกการพิมพ์และบรรจุภัณฑ์ จะได้นำเครื่องพิมพ์สามมิติมาใช้ในการฝึกปฏิบัติของนักศึกษา ในอนาคตอันใกล้นี้ 

         U.S. Army Research Laboratory (ARL) ร่วมกับ Purdue University อยู่ในระหว่างการวิจัยและพัฒนาเพื่อนำ เทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3 มิติ หรือ 3 D Printing มาพัฒนาขีดความสามารถในการซ่อมแซมยุทโธปกรณ์อากาศยาน และยานพาหนะที่เสียหายในสนามรบ หรือ พื้นที่ปฏิบัติการ ซึ่งอยู่ห่างไกลจากส่วนหลังได้ทันที สำหรับแนวคิดในการนำเทคโนโลยีการพิมพ์แบบ 3 มิติ หรือ 3 D Printing มาใช้ในด้านการทหาร ตามวัตถุประสงค์ที่กล่าวไปข้างต้นนั้น จะเริ่มต้นจากการพัฒนาวัสดุรูปแบบใหม่ที่จะนำมาใช้ในผลิตอากาศยาน และยานรบทางทหาร โดยวัสดุดังกล่าวจะต้องมีลักษณะเป็น Segment ย่อยๆ ซึ่งสามารถนำมาประกอบรวมไปตัวอากาศยาน และ/หรือ ยานรบ และด้วยความเป็น Segment และมีคุณลักษณะวัสดุ ที่สามารถสร้างขึ้นมาได้ด้วยเทคโนโลยี 3 D Printing อากาศยาน หรือ ยานรบ ที่สร้างขึ้นด้วยวัสดุในลักษณะดังกล่าว จะทำให้ทหารในสนามรบ หรือ พื้นที่ปฏิบัติการ  สามารถซ่อมแซมความเสียหายที่เกิดขึ้นกับอากาศยาน และยานรบ ได้ทันที โดยไม่ต้องเสียเวลาเคลื่อนย้ายยุทโธปกรณ์ที่เสียหายกับมาพื้นที่ส่วนหลัง ซึ่งอาจอยู่ไกลจากพื้นที่ส่วนหลังมาก ผลที่จะตามมาก็คือ การลดต้นทุน และเวลาในการซ่อมบำรุงยุทโธปกรณ์ ได้อย่างมากมายมหาศาล เพิ่มความต่อเนื่องในการปฏิบัติการ และรักษาอำนาจกำลังรบให้พร้อมอยู่ตลอดเวลา

การบริหารความพยายามทางการตลาด

ศาสตราจารย์ Prashant Kumta ผู้เชี่ยวชาญด้าน bio-engineering แห่งมหาวิทยาลัย Pittsburgh กำลังคิดค้นเทคโนโลยีที่จะช่วยให้ความฝันของบรรดาแพทย์กระดูกเป็นจริง เขากล่าวว่าแพทย์กระดูกต้องการลดระยะเวลาที่คนไข้ต้องรักษาตัวในโรงพยาบาล แพทย์อยากให้คนไข้สามารถลุกขึ้นยืนและเดินเหินได้หลังการรักษา ให้เร็วที่สุดเท่าที่จะทำได้ แต่เขากล่าวว่ามีทางเลือกหลายอย่างในการช่วยให้กระดูกที่แตกร้าวสมานตัวเร็วขึ้น ปัจจุบันหากมีคนไข้เข้าโรงพยาบาลเพราะกระดูกแตกหักรุนแรงไม่ว่าจะเกิดจากการสู้รบอย่างในอิรักหรืออาฟกานิสถานหรือจากอุบัติเหตุทางรถยนต์ที่ร้ายแรง แพทย์ผ่าตัดกระดูกไม่มีทางเลือกแต่ต้องใช้วัสดุเทียม อาทิ แผ่นไททาเนี่ยม สแตนเลสหรืออาจต้องใช้แผ่นโพลีเม่อร์แบบที่ไม่ย่อยสลาย ศาสตราจารย์ Kumta และทีมงานวิจัยทำการออกแบบวัสดุเทียมที่ทำจากระบบ 3-D printing ที่เหมาะเจาะกับร่างกายของคนไข้และย่อยสลายไปเองในร่างกายของผู้ป่วย โดยใช้วัสดุที่ร่างกายสามารถดูดซึมหรือขับออกมาหลังจากบาดแผลหายดีแล้วเขากล่าวว่า Magnesium เหมาะสมที่สุดกับกระดูกธรรมชาติทั้งในแง่ความแข็งแรง ความทนทานและความหนาแน่น แทนที่จะใช้หมึก เครื่อง 3-D printer เครื่องนี้ใช้กาวชนิดพิเศษแทน เครื่องคอมพิวเตอร์จะออกคำสั่งให้เครื่องพริ้นเตอร์ทำการผสมกาวกับผงแร่ธาตุ เครื่องพริ้นเตอร์จะพิมพ์กระดูกเทียมออกมาตามคำสั่งโดยพิมพ์ที่ละชั้นต่อครั้ง คุณ Kumta กล่าวว่าเครื่องพิมพ์สามารถสร้างกระดูกเทียมที่เหมือนกระดูกจริงของผู้ป่วย ทีมงานวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Kumta ยังกำลังทดสอบส่วนผสมกระดูกเทียมที่ทำจากสาร แคลเซี่ยมฟอสเฟตที่ใช้ฉีดเข้าไปเพื่ออุดช่องว่างระหว่างกระดูกที่แตกหัก แล้วใช้แผ่นวัสดุที่ย่อยสลายเองซึ่งพิมพ์ด้วยเครื่อง 3-D พรินเตอร์หรือแผ่นเหล็ก ยึดให้ส่วนผสมที่อัดฉีดเข้าไปติดอยู่กับที่ คุณ Kumta กล่าวว่าแผ่นเหล็กที่ใช้ยึดส่วนผสมให้อยู่กับที่นี้สร้างความทนทานและรองรับน้ำหนักส่วนผสมที่อัดฉีดเข้าไปอุดรอยแตกร้าวของกระดูกเพื่อช่วยให้กระดูกสมานตัวและสมานรอยแตกหัก ศาสตราจารย์ Kumta กล่าวว่าผลงานวิจัยนี้ถือว่าจะช่วยปฏิวัติการรักษาคนไข้กระดูกแตกหักให้ดีขึ้นเพราะแทนที่แพทย์จะใชแผ่นเหล็ก น็อตเหล็กหรือแท่งเหล็กดามกระดูก แพทย์สามารถใช้เทคโนโลยีที่คิดค้นขึ้นนี้ในการช่วยร่างกายของคนไข้เยียวยาตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นขณะนี้ทีมงานกำลังทดสอบคุณภาพเทคโนโลยีนี้ในสัตว์ทดลองก่อนหน้าที่จะนำไป ทดลองรักษาในคนต่อไป

แหล่งข้อมูลอ้างอิง: 1. Disruptive technologies: Advances that will transform life, business, and the global economy, McKinsey Global Institute, May 2013 2. http://www.supremeprint.net/index.php?lay=show&ac=article&Id=538818912 3. http://www.maximumdev.com/Knowledge/Technology/3d-printing.html 4. http://www.engineering.com/3DPrinting/3DPrintingArticles/ArticleID/6330/3-D-printed-repairs-can-improve-Military-response-time.aspx 5. https://www.facebook.com/3DPrinterThailand (3D Printer user group Thailand) 6. https://www.facebook.com/thailand3dprinting (3D Printing Thailand) 7. http://www.protothai.com 8. http://www.thai3dprint.com 9. http://www.applicadthai.com 10. http://siweb.dss.go.th/news/show_abstract.asp?article_ID=5897