หลังจากที่เครื่องพิมพ์สามมิติราคาถูกลง ผู้คนเข้าถึงได้มากขึ้น ก็มีแนวคิดในการนำเครื่องพิมพ์สามมิติไปประยุกต์ใช้กับงานต่าง ๆ มากมาย หนึ่งในนั้นคือการสร้างบ้านด้วยการพิมพ์สามมิติ ห้องวิจัยจาก University of Southern California ในสหรัฐอเมริกาก็มีการวิจัยเรื่องนี้ ในยุโรปก็มีโครงการจะสร้างบ้านด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติที่เมืองอัมสเตอร์ดัม ประเทศเนเธอร์แลนด์ และเมื่อไม่นานนี้ก็มีข่าวว่าบริษัทในประเทศจีนได้ตัดหน้าผู้นำการพิมพ์สามมิติจากสหรัฐฯ และยุโรป ไปด้วยการประกาศว่าตนสร้างไปแล้วถึง 10 หลัง
พอดีได้มีโอกาสเดินทางไปเมืองอัมสเตอร์ดัม ก็เลยถือโอกาสแวะไปเยี่ยมชมโครงการ 3D Print Canal House ซะหน่อย การเดินทางไปก็ทำได้ง่ายมาก (เอาจริง ๆ คือ ตอนไปเดินหลงอยู่เป็นชั่วโมง -_-‘) เพียงแค่นั่งเรือข้ามฟากเบอร์ 901 จากสถานีรถไฟเมืองอัมสเตอร์ดัม แล้วเดินต่ออีกนิดหน่อยก็ถึง ทางเข้าจะอยู่ใกล้ ๆ The Eye พิพิธภัณฑ์ด้านภาพยนต์ (ในหน้าเว็บจะเขียนว่า โครงการนี้ตั้งอยู่หลังตึก Shell ใกล้ตึก A Lab แต่ความจริง ตึก Shell กับ A Lab อยู่ไกลกันมาก … ไอ้เราก็ไปหลงอยู่แถวตึก Shell ตั้งนาน)
View 3D Print Canal House in a larger map
ไปถึงก็จะเจอที่ตั้งของโครงการ มีอาคารและสถานที่ก่อสร้างเล็ก ๆ ข้าง ๆ ค่าเข้าชมก็ 2.5 ยูโรต่อคน ภายในแบ่งออกเป็น 12 สถานีย่อย มีป้ายอธิบายเป็นภาษาอังกฤษ และมี Audio Guide เปิดได้จากสมาร์ตโฟนโดยยิง QR code เอา ไปชมแต่ละสถานีด้วยกันเลย
1 – Welcome
3D Print Canal House เป็นศูนย์วิจัยการก่อสร้างบ้านด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติและเป็นสถานที่ก่อสร้างบ้านริมคลอง (canal house) ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติแห่งแรกของโลก ที่เปิดให้ผู้ชมทั่วไปเข้าชมได้
โครงการนี้จะใช้เวลา 3 ปี และมีความร่วมมือกับหน่วยงานต่าง ๆ เพื่อศึกษาว่าเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติจะเปลี่ยนแปลงอุตสาหกรรมการก่อสร้างและวิถีชีวิตของเราได้อย่างไรบ้าง
การสร้างบ้านด้วยการพิมพ์สามมิติมีข้อดีหลายประการ เช่น
- การพิมพ์สามมิติทำให้ผู้ออกแบบมีอิสระในการออกแบบและลงรายละเอียดลงไปในแบบได้มาก
- สามารถแบ่งปันแบบบ้าน และช่วยกันออกแบบบ้านที่แก้ไขปัญหาในท้องถิ่นร่วมกับคนทั่วโลกได้
- สามารถผลิตได้ในท้องถิ่นด้วยวัสดุที่หาได้ในท้องถิ่น ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการขนส่ง และวัสดุที่ใช้ยังสามารถนำมาผลิตใช้ใหม่ได้ (recycle)
โครงการนี้วิจัยใน 6 ด้าน ได้แก่
- เครื่องพิมพ์สามมิติขนาดใหญ่ที่สามารถพิมพ์ชิ้นส่วนของบ้านได้
- วัสดุที่ใช้ในการพิมพ์สามมิติ
- วิธีการก่อสร้างบ้านจากการพิมพ์สามมิติ
- กระบวนการออกแบบและแบ่งปันแบบออนไลน์
- การสร้างบ้านฉลาดที่สามารถมีปฎิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมได้ดี เช่น เก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ความร้อน น้ำฝน
- การออกแบบเมืองที่สามารถมีปฎิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมได้ดี
2 – Design
บ้านที่จะสร้างขึ้นแบ่งออกเป็น 13 ห้อง แต่ละห้องถูกแบ่งออกพิมพ์เป็นหลายส่วนแล้วนำไปประกอบที่หน้างาน ข้อดีของการพิมพ์สามมิติ คือ สามารถพิมพ์เฟอร์นิเจอร์เป็นส่วนหนึ่งของห้องไปเลยได้ และสามารถปรับรายละเอียดของแต่ละส่วนให้ตรงความต้องการส่วนตัวได้ เช่น พิมพ์อ่างอาบน้ำที่ขนาดเหมาะสมกับผู้ใช้
แบบที่ออกแบบมาจะถูกพิมพ์ออกมาเป็นแบบย่อส่วน 1:20 ด้วยเครื่องพิมพ์รุ่น Ultimaker ซึ่งมีคุณสมบัติเหมือนเครื่องพิมพ์ขนาดใหญ่ ต่างกันแค่ขนาด เพื่อทดสอบแนวคิดและแบบ เมื่อพิมพ์ออกมาและมีการทดสอบแบบแล้ว ก็จะนำความรู้และผลที่ได้ไปปรับปรุงแบบ เป็นกระบวนการวิจัยที่เรียนรู้และพัฒนาไปเรื่อย ๆ
เครื่อง Ultimaker ทำงานโดยขับเคลื่อนเส้นพลาสติกไปยังหัวพิมพ์ที่ทำความร้อน 220 องศาเซลเซียส ทำให้พลาสติกละลาย และฉีดออกมาพิมพ์ทีละชั้นขึ้นไป เทคนิคนี้เรียกว่า Fused Deposition Modeling (FDM)
3 – KamerMaker
KamerMaker เป็นเครื่องพิมพ์สามมิติที่เคลื่อนย้ายได้ที่ใหญ่ที่สุดในโลก สามารถพิมพ์ชิ้นงานได้กว้างถึง 2 เมตร ยาว 2 เมตร สูง 3.5 เมตร ทำให้สามารถพิมพ์ห้องเล็ก ๆ ได้ 1 ห้องในการการพิมพ์ 1 ครั้ง (Kamer ภาษาดัทช์แปลว่า ห้อง) KamerMaker ถูกออกแบบให้อยู่ในโครงสร้างของตู้คอนเทนเนอร์เพื่อให้ขนย้ายได้ง่าย ตัว KamerMaker ทั้งตัวสูง 6 เมตร แบ่งเป็น 2 ชั้น ชั้นล่างเป็นส่วนที่ทำการพิมพ์ ชั้นบนเป็นห้องควบคุมและระบบฉีดเส้นพลาสติก
ในการจะพิมพ์ชิ้นงาน เพียงแค่นำแบบสามมิติที่บันทึกใน USB drive มาเสียบกับคอมพิวเตอร์ในห้องควบคุม ซอฟท์แวร์ที่เรียกว่า slicer จะตัดแบบสามมิติเป็นชั้น ๆ และแปลงหน้าตัดสองมิติแต่ละชั้นเป็นรหัสควบคุมให้หัวพิมพ์เคลื่อนที่ไปตามพื้นที่สองมิตินั้น เรียกว่า G-code
เส้นพลาสติกที่ใช้คือ Granilite ซึ่งมีราคาถูกกว่าและเหมาะสมสำหรับการพิมพ์ชิ้นงานขนาดใหญ่กว่าพลาสติกที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ขนาดเล็ก จะถูกหัวฉีด (extruder) ทำให้ละลายที่ 170 องศาเซลเซียส ซึ่งไม่สูงมาก ทำให้ประหยัดพลังงานในการพิมพ์ จากนั้นจะถูกฉีดผ่านท่อที่ทำความร้อนไปยังหัวพิมพ์ ซึ่งจะฉีดออกมาเป็นหน้าตัดของงานเป็นชั้น ๆ สูงขึ้นไป ความเร็วในการฉีดวัสดุออกมามีผลต่อความเร็วในการพิมพ์และความแข็งแรงของชิ้นงาน ความหนาของวัสดุที่ฉีดออกมาแต่ละชั้น (Z resolution) เป็นหนึ่งในคุณสมบัติของเครื่องพิมพ์ ซึ่งมีการพัฒนาให้ละเอียดมากขึ้นเรื่อย ๆ
4 – Material
ในทางทฤษฎีแล้ว เราสามารถพิมพ์ด้วยวัสดุอะไรก็ได้ที่หลอมเหลวและแข็งตัวใหม่ได้ มีการใช้โลหะ แก้ว เงิน เซรามิกเป็นวัสดุสำหรับพิมพ์สามมิติแล้ว หรือแม้กระทั่งใช้เส้นใยไม้ผสมเข้ากับพลาสติก ทำให้ได้ชิ้นงานที่มีลักษณะเหมือน MDF (Medium Density Fibreboard)
ปัจจุบันโครงการ 3D Print Canal House ใช้พลาสติกในการพิมพ์เพราะเหมาะสมกับกระบวนการพิมพ์ของเครื่อง KamerMaker และยังไม่มีวัสดุสำหรับงานพิมพ์สิ่งก่อสร้างในตลาด การพัฒนาวัสดุขึ้นมาจึงเป็นหนึ่งในหัวข้อวิจัยของโครงการนี้ การวิจัยวัสดุคำนึงถึงความแข็งแรงของวัสดุ การเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติตามอุณหภูมิ ละลายที่อุณหภูมิเท่าไหร่ แข็งตัวที่อุณหภูมิเท่าไหร่ พิมพ์ได้เร็วขนาดไหน การควบคุมการฉีดพลาสติกชนิดนั้น ๆ ให้มีคุณสมบัติตามต้องการ ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของวัสดุ ความสะดวกสบายในการอยู่อาศัย เช่น ระบายความร้อนได้ดี ทนไฟ เป็นต้น การพัฒนาวัสดุมีทั้งการผสมสารต่าง ๆ ลงไปเพื่อปรับคุณสมบัติของวัสดุ และการออกแบบวัสดุในระดับโมเลกุลของสาร
หนึ่งในวัสดุที่พัฒนาขึ้นมาร่วมกับบริษัทในเยอรมนีคือ วัสดุที่พัฒนามาจากกาวทากล่อง มีส่วนผสมจากน้ำมันพืชถึง 75% ทำให้เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม อีกหนึ่งวัสดุเป็นโฟมคอนกรีต ที่สามารถขยายตัวเติมเต็มในผนังได้เพื่อให้โครงสร้างแข็งแรง
5 – House
จุดเด่นของ canal house คือ มันถูกนำไปใช้ประโยชน์หลายอย่าง เช่น อยู่อาศัย เป็นสำนักงาน ขายของ โกดังเก็บของ เป็นต้น และ canal house แต่ละหลังก็มีเอกลักษณ์ที่แตกต่างกัน จุดแตกต่างสำคัญจุดหนึ่งคือ หน้าจั่ว (Gable) ซึ่งตรงกับปรัชญาของการพิมพ์สามมิติ คือสามารถปรับแต่งได้ตามความต้องการของผู้ใช้ ทำให้ได้ชิ้นงานที่ไม่ซ้ำใคร
การสร้างบ้านด้วยการพิมพ์สามมิติทำให้ส่วนประกอบเพื่อความสวยงามของบ้านทำหน้าที่รับแรงได้ด้วย ทำให้ความสวยงามและความแข็งแรงเติมเต็มซึ่งกันและกัน
ในแต่ละห้องที่พิมพ์ออกมา ที่ผนังจะมีลักษณะเป็นท่อกลวง เมื่อนำแต่ละห้องมาต่อกัน จะทำการเทวัสดุอีกชนิดลงไปในท่อเหล่านี้ ทำให้เกิดโครงสร้างที่เชื่อมทุก ๆ ห้องเข้าด้วยกันอย่างแข็งแรง
6 – Structure
ปัจจัยที่ส่งผลต่อความแข็งแรงของชิ้นงานมีทั้งคุณสมบัติของตัววัสดุเอง และโครงสร้างของงานพิมพ์สามมิติ
7 – Northern Canal Belt
อัมสเตอร์ดัมเป็นเมืองที่มีคลองเชื่อมโยงทั้งเมือง และเป็นเมืองแห่งนวัตกรรมมาตั้งแต่ 400 กว่าปีที่แล้ว ผู้คนถูกดึงดูดเข้ามาอยู่ในเมือง ทำกิจการต่าง ๆ มากมาย บ้านแต่ละหลังที่สร้างริมคลองมีเอกลักษณ์ส่วนตัว เมื่อเมืองเจริญขึ้น กิจการต่าง ๆ เริ่มถูกผลักออกไปสู่งโรงงานนอกเมือง การผลิตเปลี่ยนเป็นผลิตจำนวนมาก และไม่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติเป็นการผลิตที่สะอาด ไม่เป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ผลิตได้ในท้องถิ่น ในใจกลางเมือง สามารถสร้างชิ้นงานที่ไม่ต้องผลิตเป็นจำนวนมาก และเป็นเอกลักษณ์ในแต่ละชิ้นได้ จะนำชีวิตความเป็นอยู่แบบเดิมของอัมสเตอร์ดัมกลับคืนมา
8 – KamerMaker 2.0
ขณะนี้กำลังมีการพัฒนา KamerMaker รุ่นที่ 2 โดยใช้ความรู้จากการสร้างและใช้งาน KamerMaker รุ่นแรก ลักษณะภายนอกจะเหมือนเดิม แต่มีการปรับปรงความสามารถ เช่น มีเซนเซอร์ติดตั้งภายในเครื่องเพื่อเก็บข้อมูลการทำงานของเครื่องไว้ในฐานข้อมูลและนำมาวิเคราะห์การทำงานของเครื่อง มีเซนเซอร์วัดอุณหภูมิ ทำให้เมื่อนำเครื่องไปพิมพ์ชิ้นงานในแต่ละท้องที่ที่มีอุณหภูมิต่างกัน เครื่องสามารถปรับตัวให้ทำงานได้ดีขึ้น เช่น เมืองร้อน เครื่องก็ไม่ต้องทำความร้อนให้เส้นพลาสติกมาก ในขณะที่หากพิมพ์ชิ้นงานในเมืองหนาว ก็จะต้องให้ความร้อนแก่เส้นพลาสติกสูงขึ้น
นอกจากนี้มีการพัฒนาให้ KamerMaker แต่ละเครื่องสื่อสารกันได้สำหรับแลกเปลี่ยนข้อมูลการใช้งานและปรับปรุงเครื่อง การสร้าง KamerMaker อีกเครื่องยังทำให้พิมพ์ชิ้นงานสร้างบ้านได้เร็วขึ้นด้วย
9 – Recycle
ทางโครงการไว้วิจัยถึงการรีไซเคิลกับเทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติ ซึ่งทำได้หลายทาง เช่น การนำขยะพลาสติกมาบดแล้วหลอมเหลวกลับมาเป็นเส้นพลาสติกสำหรับเป็นวัตถุดิบในงานพิมพ์สามมิติ แต่กระบวนการนี้ก็ไม่ได้ตรงไปตรงมา เพราะพลาสติกมีหลายชนิด ไม่สามารถนำมารวมกันได้ อีกทางหนึ่งคือการรีไซเคิลบ้านที่สร้างด้วยการพิมพ์สามมิติ การออกแบบบ้านที่แยกเป็นส่วน ๆ ได้ง่าย ทำให้สามารถเปลี่ยนแค่บางส่วนได้ หรือรื้อทำลายบ้านเพื่อนำมารีไซเคิลได้ง่าย นอกจากนี้ยังวิจัยเรื่องวัสดุที่ใช้พิพม์ที่ทำจากน้ำมันพืช ทำให้ย่อยสลายได้โดยธรรมชาติ การนำเศษมันที่เหลือจากการทำอาหารมาเป็นวัตถุดิบการพิมพ์
การทำให้บ้าน หรือเฟอร์นิเจอร์ที่สร้างจากการพิมพ์สามมิติรีไซเคิลได้มีประโยชน์หลายด้าน เช่น ทำให้สามารถเปลี่ยนแบบเฟอร์นิเจอร์ได้เมื่อต้องการ กิจกรรมที่ต้องการใช้เฟอร์นิเจอร์เพียงชั่วคราว เมื่อใช้เสร็จก็ทำลายทิ้งหรือย่อยสลายโดยธรรมชาติได้ หรือหากต้องการย้ายบ้าน ก็ย่อยให้เป็นเศษพลาสติกเพื่อใช้สร้างบ้านหลังอื่นต่อไป โดยรวมแล้วจะทำให้เมืองมีความยื่นหยุ่นและปรับตัวได้มากขึ้น สามารถปรับเปลี่ยนได้ตามความต้องการ ตามสถานการณ์นั้น ๆ
10 – Personal Design Download
แบบสำหรับพิมพ์งานสามมิติเป็นไฟล์ดิจิตอล เก็บตัวเลขพารามิเตอร์จำนวนมากสำหรับแบบนั้น ๆ ซึ่งสามารถปรับเปลี่ยนได้ โดยที่พื้นฐานของแบบยังคงเป็นแบบเดิม ความสามารถเดิม แต่ปรับเปลี่ยนรายละเอียดได้ตามความต้องการของผู้ใช้ ในอนาคตการพิมพ์สามมิติยังสามารถประยุกต์ได้กับเครื่องแต่งกาย ข้าวของเครื่องใช้ เช่น รองเท้าขนาดพอดีเท้าของผู้ใช้ ไม่ได้กำหนดตายตัวโดยขนาดที่ผู้ผลิตผลิตออกมา เท้าซ้าย เท้าขวาจะต่างกันนิดหน่อยก็ยังได้ โถส้วมขนาดเท่าผู้ใช้ ในอนาคตอาจมีบริการแหล่งรวบรวมแบบสิ่งของต่าง ๆ ที่ผู้ใช้สามารถเข้าไปเลือกได้ จากนั้นปรับเปลี่ยนรายละเอียดเล็กน้อยตามต้องการ ทดลองพิมพ์ขนาดเล็กที่บ้าน ถ้าพอใจก็สั่งพิมพ์ชิ้นงานขนาดจริงจากผู้ผลิต
11 – Smart Building
การที่แบบพิมพ์สามมิติสามารถปรับเปลี่ยนได้ง่าย ทำให้สามารถสร้างบ้านที่เหมาะสมกับภูมิประเทศ ภูมิอากาศในแต่ละท้องถิ่นได้ เช่น พิมพ์บ้านที่มีแผงพลังงานแสงอาทิตย์หันไปในทิศทางที่ได้แสงอาทิตย์สูงสำหรับพื้นที่นั้น ๆ บ้านที่มีที่เก็บน้ำฝนในตำแหน่งที่เหมาะสมกับทิศทางลมในพื้นที่นั้น ๆ นอกจากนี้หากใช้วัสดุที่นำไฟฟ้าได้เป็นวัสดุในการพิมพ์ ก็สามารถพิมพ์เซนเซอร์วัดความชื้นลงไปในบ้านได้ ทำให้บ้านรู้ว่าฝนตกแล้ว หรือจะพิมพ์หลอดไฟติดตั้งไปในบริวเณที่ต้องการในบ้านเลยก็ได้
12 – Friends
ค่าเข้าชมโครงการ 2.5 ยูโร เป็นเงินที่นำไปสนับสนุนโครงการวิจัย หรือถ้าจะซื้อบัตรปีก็ราคา 100 ยูโร สามารถพาเพื่อนมาได้ด้วย 1 คน ชิ้นงานที่แสดงในโครงการสามารถซื้อเป็นของฝากได้ เนื่องจากเป็นงานพิมพ์สามมิติ แต่ละชิ้นมีแค่ชิ้นเดียวในโลก ความคืบหน้าและข้อมูลของโครงการสามารถติดตามได้ที่เว็บไซต์ 3D Print Canal House
พื้นที่โครงการ 3D Print Canal House ไม่ใหญ่มาก ของที่แสดงก็ไม่ได้เยอะมาก เดินชมเพียงครึ่งถึงหนึ่งชั่งโมงก็ทั่วแล้ว (เดินผ่าน ๆ จริง ๆ ไม่กี่นาทีก็หมดแล้ว ฮ่า ฮ่า) แต่แนวคิดของโครงการน่าสนใจมากครับ ไม่ได้แค่จะสร้างบ้านเหมือนโครงการอื่น ๆ ยังคำนึงถึงประเด็นอื่น ๆ อีกมากมาย ได้เปิดโลกทัศน์มากมายจากการเยี่ยมชม ห้องแรกของบ้านจะถูกสร้างเสร็จประมาณกลางปีนี้ ยังมีอะไรให้ทำอีกมาก ใครผ่านไปแถวนั้นก็ลองไปเยี่ยมชมกันดูได้ครับ 🙂
แถม จากการไปเนเธอร์แลนด์ 1 สัปดาห์ ได้เจอร้านขายเครื่องพิมพ์สามมิติ/รับพิมพ์งานสามมิติ 3 ร้าน เป็นร้านในแหล่งท่องเที่ยว 2 ร้านและที่ร้านปลอดภาษีในสนามบิน 1 ร้าน และเจอร้านรับตัดชิ้นงานด้วยเลเซอร์ 1 ร้าน แสดงให้เห็นถึงเทคโนโลยีการพิมพ์และขึ้นรูปอย่างรวดเร็ว (rapid prototype) กำลังก้าวข้ามจากเทคโนโลยีสำหรับ early adopter มาสู่ตลาดผู้ใช้ทั่วไปแล้ว
แถมอีก บังเอิญไปเจอป้ายงาน Robots City เสียดายที่ไม่ได้ไปช่วงที่มีงาน ไม่งั้นคงจะได้พาดูอีก 1 งาน …