การวิเคราะห์อิทธิพลของการวางตำแหน่งชิ้นงานเรขาคณิตที่มีต่อการเกิดโครงสร้างรองรับ และประสิทธิภาพการพิมพ์ในกระบวนการขึ้นรูปสามมิติแบบ FDM

ศุภสิทธิ์ มะโนเครื่อง; ชวกฤษ สุริโยธิน; ธีรวัฒน์ แสงกาศ; ศุภชัย อัครนรากุล; อดิเรก  ชัยนวกุล

ผู้แต่ง

ศุภสิทธิ์ มะโนเครื่อง หลักสูตรวิศวกรรมแม่พิมพ์และเครื่องมือ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา
ชวกฤษ สุริโยธิน หลักสูตรวิศวกรรมแม่พิมพ์และเครื่องมือ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา
ธีรวัฒน์ แสงกาศ หลักสูตรวิศวกรรมแม่พิมพ์และเครื่องมือ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา
ศุภชัย อัครนรากุล หลักสูตรวิศวกรรมแม่พิมพ์และเครื่องมือ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา
อดิเรก ชัยนวกุล หลักสูตรวิศวกรรมแม่พิมพ์และเครื่องมือ สาขาวิศวกรรมอุตสาหการ คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลล้านนา

คำสำคัญ:

การวางตำแหน่ง, โครงสร้างรองรับ, การพิมพ์ขึ้นรูปสามมิติ, การผลิตแบบเติมเนื้อวัสดุ

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาและวิเคราะห์อิทธิพลของการวางตำแหน่งชิ้นงานที่มีต่อการเกิดโครงสร้างรองรับ และประสิทธิภาพในการพิมพ์สามมิติด้วยกระบวนการฉีดพลาสติกเหลว โดยทำการทดสอบกับรูปทรงเรขาคณิต 6 รูปแบบ ได้แก่ ปริซึมสามเหลี่ยม พีระมิด ลูกบาศก์ ปริซึมห้าเหลี่ยม ทรงกรวย และทรงกลม กำหนดการวางตำแหน่งระดับมุมเอียงตั้งแต่ 0° ถึง 90° และเพิ่มขึ้นทุก ๆ 10° ผ่านโปรแกรม UltiMaker Cura 5.10.0 ผลการศึกษาพบว่าลักษณะทางเรขาคณิตและการวางตำแหน่งส่งผลโดยตรงต่อการใช้ทรัพยากรและเวลาในการพิมพ์ โดยรูปทรงลูกบาศก์และพีระมิดมีประสิทธิภาพสูงสุดเมื่อวางในแนวราบ (0°) เนื่องจากไม่เกิดโครงสร้างฐานรองรับ ในขณะที่รูปทรงกลมมีวัสดุจากฐานรองรับมากที่สุด สำหรับรูปทรงปริซึมสามเหลี่ยม ปริซึมห้าเหลี่ยม และทรงกรวย จะเกิดจุดวิกฤตที่ต้องสร้างโครงสร้างรองรับโดยอัตโนมัติเมื่อมุมเอียงมากกว่า 45° จากแนวแกนตั้งฉาก ส่งผลให้ปริมาณการใช้วัสดุรองรับและระยะเวลาการพิมพ์เพิ่มขึ้น เมื่อเทียบกับการวางแนวราบ ข้อมูลเชิงปริมาณเหล่านี้สามารถนำไปใช้เป็นแนวทางในการตัดสินใจออกแบบผลิตภัณฑ์ เพื่อลดต้นทุนการผลิตและการผลิตที่ยั่งยืนในอนาคต

เอกสารอ้างอิง

S. Manokruang, F. Vignat, M. Museau, and M. Linousin, “Model of Weld Beads Geometry Produced on Surface Temperatures by Wire and Arc Additive Manufacturing (WAAM),” IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 1063, no. 1, p. 012008, Feb. 2021, doi: 10.1088/1757–899x/1063/1/012008.

N. Shahrubudin, T. C. Lee, and R. Ramlan, “An Overview on 3D Printing Technology: Technological, Materials, and Applications,” Procedia Manufacturing, vol. 35, pp. 1286–1296, Jan. 2019, doi: 10.1016/j.promfg.2019.06.089.

K. Sathish et al., “A Comparative Study on Subtractive Manufacturing and Additive Manufacturing,” Advances in Materials Science and Engineering, vol. 2022, pp. 1–8, Apr. 2022, doi: 10.1155/2022/6892641.

R. B. Kristiawan, F. Imaduddin, D. Ariawan, Ubaidillah, and Z. Arifin, “A Review on the Fused Deposition Modeling (FDM) 3D Printing: Filament Processing, Materials, and Printing Parameters,” Open Engineering, vol. 11, no. 1, pp. 639–649, Jan. 2021, doi: 10.1515/eng–2021–0063.

H. Mu, J. Polden, Y. Li, F. He, C. Xia, and Z. Pan, “Layer–by–Layer Model–Based Adaptive Control for Wire Arc Additive Manufacturing of Thin–Wall Structures,” Journal of Intelligent Manufacturing, vol. 33, no. 4, pp. 1165–1180, Mar. 2022, doi: 10.1007/s10845–022–01920–5.

D. Singh, M. P. Singh, and Y. Shrivastava, “Influence of Part Orientation on the Quality and Performance of 3D Printed Components: A Comprehensive Review,” Progress in Additive Manufacturing, vol. 10, no. 12, pp. 10649–10684, Jul. 2025, doi: 10.1007/s40964–025–01256–5.

G. Ma, Z. Li, L. Wang, F. Wang, and J. Sanjayan, “Mechanical Anisotropy of Aligned Fiber Reinforced Composite for Extrusion–Based 3D Printing,” Construction and Building Materials, vol. 202, pp. 770–783, Jan. 2019, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2019.01.008.

J. Hartcher–O’Brien, J. Evers, and E. Tempelman, “Surface Roughness of 3D Printed Materials: Comparing Physical Measurements and Human Perception,” Materials Today Communications, vol. 19, pp. 300–305, Feb. 2019, doi: 10.1016/j.mtcomm.2019.01.008.

J. Yuan, C. Chen, D. Yao, and G. Chen, “3D Printing of Oil Paintings Based on Material Jetting and Its Reduction of Staircase Effect,” Polymers, vol. 12, no. 11, p. 2536, Oct. 2020, doi: 10.3390/polym12112536.

Z. Guoqing, L. Junxin, Z. Xiaoyu, and W. Anmin, “K. Lange, Handbook of Metal Forming, New York, NY, USA: McGraw–Hill, 1985.” Scientific Reports, vol. 14, no. 1, p. 18225, Aug. 2024, doi: 10.1038/s41598–024–68733–9.

J. M. Costa, E. W. Sequeiros, D. Figueiredo, A. R. Reis, and M. F. Vieira, “Additive Manufacturing – Present and Sustainable Future, Materials and Applications,” in IntechOpen Series, I. Montealegre–Melendez, Ed., 2024, pp. 181–190.

B. R. Hunde and A. D. Woldeyohannes, “Future Prospects of Computer–Aided Design (CAD) – A Review from the Perspective of Artificial Intelligence (AI), Extended Reality, and 3D Printing,” Results in Engineering, vol. 14, p. 100478, Jun. 2022, doi: 10.1016/j.rineng.2022.100478.

K. Opalach, J. Porter–Sobieraj, and P. Zdroik, “Stacking Optimization of 3D Printed Continuous Fiber Layer Designs,” Advances in Engineering Software, vol. 164, p. 103077, Dec. 2021, doi: 10.1016/j.advengsoft.2021.103077.

S. M. Desai, R. Y. Sonawane, and A. P. More, “Thermoplastic Polyurethane for Three-Dimensional Printing Applications: A Review,” Polymers for Advanced Technologies, vol. 34, no. 7, pp. 2061–2082, Mar. 2023, doi: 10.1002/pat.6041.

V. Chahal and R. M. Taylor, “A Review of Geometric Sensitivities in Laser Metal 3D Printing,” Virtual and Physical Prototyping, vol. 15, no. 2, pp. 227–241, Feb. 2020, doi: 10.1080/17452759.2019.1709255.

J. Nyika, F. M. Mwema, R. M. Mahamood, E. T. Akinlabi, and T. Jen, “Advances in 3D Printing Materials Processing–Environmental Impacts and Alleviation Measures,” Advances in Materials and Processing Technologies, vol. 8, no. sup3, pp. 1275–1285, Jun. 2021, doi: 10.1080/2374068x.2021.1945311.

G. Y. G. Rodriguez, C. M. G. Díaz, and S. Dahiya, “Personalized Medicine: Perspectives on Innovations and Challenges in 3D Printing, Continuous Manufacturing and On–Demand Production,” Discover Pharmaceutical Sciences, vol. 1, no. 1, Jul. 2025, doi: 10.1007/s44395–025–00011–7.

K. Mikula et al., “3D Printing Filament as a Second Life of Waste Plastics—A Review,” Environmental Science and Pollution Research, vol. 28, no. 10, pp. 12321–12333, Sep. 2020, doi: 10.1007/s11356–020–10657–8.

C. Lv, H. Shen, J. Liu, D. Wu, E. Qu, and S. Liu, “Properties of 3D Printing Fiber–Reinforced Geopolymers Based on Interlayer Bonding and Anisotropy,” Materials, vol. 15, no. 22, p. 8032, Nov. 2022, doi: 10.3390/ma15228032.

M. Doshi, A. Mahale, S. K. Singh, and S. Deshmukh, “Printing Parameters and Materials Affecting Mechanical Properties of FDM–3D Printed Parts: Perspective and Prospects,” Materials Today: Proceedings, vol. 50, pp. 2269–2275, Oct. 2021, doi: 10.1016/j.matpr.2021.10.003.

Y. Mittal et al., “A Mechanistic Model for Overhang Limits in Additive Manufacturing,” Progress in Additive Manufacturing, vol. 10, no. 10, pp. 8775–8794, May 2025, doi: 10.1007/s40964–025–01154–w.

K. Yu, Q. Gao, L. Lu, and P. Zhang, “A Process Parameter Design Method for Improving the Filament Diameter Accuracy of Extrusion 3D Printing,” Materials, vol. 15, no. 7, p. 2454, Mar. 2022, doi: 10.3390/ma15072454.

Y. Yang, Y. Wang, B. Xue, C. Wang, and B. Yang, “Optimization of Fused Deposition Modeling Parameters for Mechanical Properties of Polylactic Acid Parts Based on Kriging and Cuckoo Search,” Aerospace, vol. 12, no. 1, p. 38, Jan. 2025, doi: 10.3390/aerospace12010038.

A. Tsiolikas, T. Spahiu, and J. D. Kechagias, “Experimental Investigation of Build Time During ABS Filament Material Extrusion Process,” in Lecture Notes on Multidisciplinary Industrial Engineering, 2024, pp. 339–345, doi: 10.1007/978–3–031–48933–4_33.

X. Wei et al., “Geometric Accuracy and Dimensional Precision in 3D Printing–Based Gear Manufacturing: A Study on Interchangeability and Forming Precision,” Polymers, vol. 17, no. 3, p. 416, Feb. 2025, doi: 10.3390/polym17030416.

S. D. Dipta, Md. M. Rahman, Md. J. Ansari, and Md. N. Uddin, “A Comprehensive Review of Sustainable and Green Additive Manufacturing: Technologies, Practices, and Future Directions,” Journal of Manufacturing and Materials Processing, vol. 9, no. 8, p. 269, Aug. 2025, doi: 10.3390/jmmp9080269.

J. J. Nijdam, D. Agarwal, and B. S. Schon, “An Experimental Assessment of Filament–Extrusion Models Used in Slicer Software for 3D Food–Printing Applications,” Journal of Food Engineering, vol. 317, p. 110711, Jun. 2021, doi: 10.1016/j.jfoodeng.2021.110711.

K. Lange, Handbook of Metal Forming, New York, NY, USA: McGraw–Hill, 1985.