การศึกษาปัจจัยโครงสร้างด้านในที่เหมาะสมกับการพิมพ์สามมิติในข้อต่อเฟอร์นิเจอร์

Study of infill pattern and density for 3D printing joinery in furniture design

Name: ปัทม์วรรณ จำปาเทศ

Organization : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. คณะสถาปัตยกรรมและการออกแบบ

Email : pattawan.c@archd.kmutnb.ac.th

keyword: โครงสร้างด้านใน

ThaSH: เครื่องเรือน -- การวิเคราะห์ -- การประมวผลข้อมูล

ThaSH: การพิมพ์สามมิติ

Abstract: เทคโนโลยีเครื่องพิมพ์สามมิติ (3D Printer Technology) ถูกนำมาใช้ในวงการสถาปัตยกรรมและการออกแบบมากขึ้นในปัจจุบัน เนื่องจากสามารถลดขั้นตอนการผลิตแบบจำลองให้สะดวกรวดเร็วขึ้นจากการทำงานแบบเดิม ซึ่งการต่อยึดไม้ทั้งหมดส่วนใหญ่เป็นการต่อยึดไม้ด้วยการปรับแต่งปลายไม้และขอบไม้ให้สอดเข้ากัน โดยมีลิ่มสลัก เดือย ตะปู หรือสกรูมาช่วยการต่อยึด เฟอร์นิเจอร์จะมีความแข็งแรงทนทาน มีปัจจัยสำคัญต่าง ๆ ดังนี้ คือ ความชำนาญและช่างฝีมือ การเลือกไม้ ประเภทโครงสร้างและข้อต่อที่เลือกใช้ [1] ต่างจากกระบวนการพิมพ์สามมิติที่เปลี่ยนแปลงระบบการสร้างชิ้นงานโดยเครื่องมือซอฟต์แวร์ เช่น AutoCAD, SolidWorks หรือ Rhinoceros ก่อนที่จะผลิตชิ้นส่วนจำนวนมากด้วยกระบวนการ Computer Aided Manufacturing (CAM) [2] โดยประเภทของเครื่องพิมพ์สามมิติ (3D Printer) ที่เลือกใช้ในการศึกษาวิจัยเป็นชนิด Fused Filament Fabrication (FDM) คือ การละลายเส้นพลาสติกผ่านหัวพิมพ์ ซึ่งทำความร้อนและพิมพ์บนแท่นที่ถูกควบคุมการพิมพ์โดยคอมพิวเตอร์หรืออุปกรณ์เครื่อง เป็นเครื่องพิมพ์ที่มีราคาย่อมเยา เหมาะกับการทำงานที่ไม่ซับซ้อน สะดวกในการบำรุงรักษา ข้อต่อสามทางในการออกแบบเฟอร์นิเจอร์ถอดประกอบ ที่สามารถใช้เป็นชั้นวางของและเก้าอี้สตูล ในการออกแบบศึกษาปัจจัยโครงสร้างด้านใน (Infill patterns) ซึ่งเป็นตัวแปรสำคัญเรื่องความแข็งแรงของข้อต่อ นอกจากการเลือกเส้นวัสดุการพิมพ์ PETG ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความเหนียว ยืดหยุ่น แข็งแรงทนทาน ขึ้นรูปได้ง่าย นอกจากนี้ตัวแปรเรื่องเวลา และการรับน้ำหนัก เป็นอีกปัจจัยหนึ่งที่ต้องคำนึงถึง เพราะการพิมพ์สามมิติที่โครงสร้างด้านในชิ้นงาน (Infill patterns) ความหนาแน่นสูง 40% ขึ้นไป จะใช้ระยะเวลาการพิมพ์ที่นานมากขึ้นอยู่กับรูปแบบของลวดลาย ซึ่งอาจมีน้ำหนักมากเกินไป หรือเกินความจำเป็นในการรับแรง ซึ่งยึดตามมาตรฐาน มอก.1015 [3] ต้องสามารถรับแรงได้ 1250 N การวิจัยได้ทำการทดลองการพิมพ์ข้อต่อทั้งหมด 3 รูปแบบ คือ Gyroid, Honeycomb และ Rectilinear ความหนาแน่นของ Infill pattern 10% / 20% / 30% รวมเป็น 9 ชิ้นงาน ใช้เครื่องทดสอบวัสดุแบบ High Capacity Universal Testing ผลการทดลองพบว่า Gyroid 30% สามารถรับแรงกดได้ดีที่สุด (Load 0.57 kN) ใช้เวลาการพิมพ์ 6 ชั่วโมง 28 นาที และ Infill pattern 10% ที่สามารถรับแรงกดได้ดีที่สุด คือ Honeycomb 10% (Load 0.44 kN) ใช้เวลาการพิมพ์ 5 ชั่วโมง 9 นาที ทั้งนี้ข้อต่อสามทางในงานวิจัยนี้เป็นต้นแบบพื้นฐานรูปแบบหนึ่งของงานวิจัยที่จะต่อยอดไปยังรูปแบบข้อต่ออื่นที่ใช้วัสดุน้อยลง เพื่อลดน้ำหนักและระยะเวลาในการพิมพ์ ให้สอดคล้องกับความแข็งแรงของเฟอร์นิเจอร์ตามมาตรฐานอุตสาหกรรม

Abstract: 3D printer technology has been increasingly applied in architecture and design due to its ability to streamline the model production process, making it more efficient compared to traditional methods. In conventional woodworking, joints are primarily assembled by modifying wood edges and ends to fit together, reinforced with mortise and tenon joints, nails, or screws. The strength and durability of furniture depend on several key factors, including craftsmanship, wood selection, structural type, and the choice of joints [1]. In contrast, 3D printing revolutionizes the manufacturing process by utilizing software tools such as AutoCAD, SolidWorks, or Rhinoceros before massproducing components through Computer-Aided Manufacturing (CAM) [2]. This study focuses on the Fused Filament Fabrication (FDM) 3D printing method, which involves melting plastic filament through a heated nozzle onto a controlled printing platform. FDM printers are costeffective, suitable for simple designs, and easy to maintain. This research investigates three-way joints for modular furniture, specifically for shelving units and stools. It examines the impact of internal structural factors (Infill patterns) on joint strength. Additionally, PETG filament was selected due to its high toughness, flexibility, durability, and ease of shaping. Other critical variables include printing time and load-bearing capacity. High-density infill patterns (above 40%) require significantly longer printing times, and depending on the pattern design, they may increase weight unnecessarily, exceeding the required strength based on the TIS 1015 standard [3], which specifies a load capacity of 1250 N. The study experimented with three infill patterns: Gyroid, Honeycomb and Rectilinear at densities of 10%, 20%, and 30%, resulting in a total of nine test samples. A High-Capacity Universal Testing Machine was used for material testing. The results showed that the Gyroid 30% pattern exhibited the highest compressive strength (Load: 0.57 kN) with a printing time of 6 h 28 m. Meanwhile, among the 10% infill patterns, the Honeycomb 10% performed best (Load: 0.44 kN) with a printing time of 5 h 9 m. This research establishes a foundational prototype for three-way joints, paving the way for future studies to develop alternative joint designs that reduce material usage, minimize weight, and shorten printing time while maintaining furniture strength in accordance with industry standards

มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. สำนักหอสมุดกลาง

Address: กรุงเทพมหานคร

Email: library@kmutnb.ac.th

Created: 2567

Modified: 2569-02-17

Issued: 2569-02-17

บทความ/Article

application/pdf

BibliograpyCitation : ใน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ. คณะสถาปัตยกรรมและการออกแบบ และสภาสถาปนิก. การประชุมวิชาการระดับชาติสถาปัตยกรรมและศิลปะสรรค์สร้าง ครั้งที่ 2 ประจำปี 2567 (ACA-02) (IC-1). กรุงเทพฯ : มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

tha

©copyrights มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

ลำดับที่.	ชื่อแฟ้มข้อมูล	ขนาดแฟ้มข้อมูล	จำนวนเข้าถึง	วัน-เวลาเข้าถึงล่าสุด
1	ACA-02 IC-1.pdf	989.04 KB

ใช้เวลา

0.019548 วินาที