บทความวิจัยโดย อ.ดร.ปัญจศีล พยัคฆนิธิ และคณะ
ซีเมนต์เป็นวัสดุที่สามารถพบได้ในงานก่อสร้างทั่วไป ไม่ว่าจะเป็นอาคาร ถนน และสะพาน เป็นต้น ด้วยความสามารถในการนำไปใช้งานและสมบัติเฉพาะตัว แต่หนึ่งในข้อเสียของการผลิตซีเมนต์คือ กระบวนการผลิตซีเมนต์เป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานและปล่อยก๊าซเรือนกระจกในปริมาณมาก วัสดุทดแทนซีเมนต์ที่มีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมมากกว่า เช่น จีโอโพลิเมอร์ และวัสดุอัลคาไล จึงเป็นวัสดุที่ได้รับความสนใจ วัตถุดิบที่ใช้ในการผลิตวัสดุทดแทนซีเมนต์ มักเป็นวัสดุเหลือใช้หรือเป็นผลพลอยได้จากกระบวนการอื่น เช่น ตะกรัน เถ้าหนัก และเถ้าลอย อย่างไรก็ตามกระบวนการขึ้นรูปซีเมนต์และวัสดุทดแทนซีเมนต์แบบดั้งเดิมจะใช้กระบวนการหล่อขึ้นรูป ซึ่งมีข้อจำกัดหลายประการ เช่น ความอิสระในการออกแบบ จากความจำเป็นที่ต้องใช้แบบหล่อในการขึ้นรูป ระยะเวลาในการทำงานที่ไม่สามารถทำได้อย่างต่อเนื่อง การใช้แรงงานคนที่จำเป็นต้องใช้จำนวนมาก ต้องมีความชำนาญ และยังมีความเสี่ยงภัยในการทำงาน ดังนั้นการประยุกต์นำเทคโนโลยีใหม่มาใช้ในการขึ้นรูปงานทางด้านการก่อสร้าง จึงกำลังเป็นที่สนใจ หนึ่งในนั้นคือการขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติ
การขึ้นรูปวัสดุด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติ เป็นการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ให้มีลักษณะเป็นชั้นๆ จึงเรียกอีกอย่างหนึ่งว่า Additive manufacturing การขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ นิยมใช้อย่างแพร่หลายในงานทางด้านการแพทย์ การออกแบบ และสถาปัตยกรรม โดยเฉพาะอย่างยิ่งการทำต้นแบบ เนื่องจากการพิมพ์แบบ 3 มิติ ทำให้เห็นชิ้นงานจริง และสามารถปรับเปลี่ยนได้ทันทีบนโปรแกรมคอมพิวเตอร์ ในงานวิจัยนี้ได้มีการศึกษาการขึ้นรูปวัสดุอัลคาไลมอร์ต้าร์ จากเถ้าลอยชนิดแคลเซียมสูง ด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติ การขึ้นรูปด้วยวิธีนี้มีตัวแปรต่าง ๆ ที่จำเป็นต้องปรับให้เหมาะสม ไม่ว่าจะเป็นส่วนผสม ที่ต้องเตรียมมาจากสัดส่วนของวัตถุดิบที่เหมาะ มีความข้นเหลวที่เพียงพอในการให้วัสดุไหลออกจากหลอดพิมพ์ แต่จะต้องไม่มากเกินไปจนไม่สามารถคงรูปอยู่ได้ และเงื่อนไขที่เกี่ยวข้องกับการพิมพ์ เช่น อัตราเร็วในการไหลของวัสดุออกจากหลอดพิมพ์ ความเร็วในการเคลื่อนของหัวพิมพ์ และระยะพักระหว่างชั้น เป็นต้น จากการทดลองพบว่า อัตราส่วน ทราย:เถ้าลอย ที่เหมาะสมที่สุด คือ 1.65 อัตราส่วนระหว่างของเหลวและวัสดุเชื่อมประสาน คือ 0.50 เงื่อนไขในการพิมพ์ คือ ความเร็วในการเคลื่อนที่ของหัวพิมพ์ ที่ 150 mm/s ระยะพักระหว่างชั้น 3 นาที และความสูงของหัวพิมพ์ 11 mm สำหรับกำลังรับแรงอัดของตัวอย่างที่ 28 วัน มีค่าเท่ากับ 23.9 MPa ถึงแม้ว่ากำลังอัดของตัวอย่างที่ขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติ จะน้อยกว่าการหล่อแบบเนื่องจากมีฟองอากาศที่แทรกตัวอยู่ในชั้นพิมพ์ และระหว่างชั้น แต่การใช้วิธีนี้จะทำให้การออกแบบมีอิสระ และมีความเป็นเอกลักษณ์ได้มากยิ่งขึ้น ยิ่งไปกว่านั้นงานวิจัยนี้ยังทำให้เห็นว่าวัสดุอัลคาไลน์ เป็นอีกหนึ่งวัสดุที่มีศักยภาพที่จะสามารถนำมาขึ้นรูปด้วยวิธีการพิมพ์แบบ 3 มิติได้
คลิกเพื่ออ่านบทความวิจัยฉบับเต็ม
