เส้นใยคาร์บอน (Carbon Fiber - CF) ได้รับการยกย่องอย่างมากในด้านการตลาดว่าเป็นวัสดุที่แข็งแกร่งกว่าเหล็กและมีน้ำหนักเบา โดยเฉพาะในรูปแบบเส้นใยทอผสมเรซินที่ใช้ในอุตสาหกรรมยานยนต์หรือจักรยาน อย่างไรก็ตาม การนำเส้นใยคาร์บอนแบบสับ (chopped carbon fiber - CCF) มาผสมกับพลาสติกเทอร์โมพลาสติกที่ใช้ในเครื่องพิมพ์ 3D กลับยังไม่มีหลักฐานทางวิทยาศาสตร์ที่ชัดเจนยืนยันถึงประสิทธิภาพการปรับปรุงคุณสมบัติวัสดุที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ แม้จะมีการโฆษณาอย่างแพร่หลายก็ตาม
ปัญหาหลักอยู่ที่ธรรมชาติของพลาสติกเทอร์โมพลาสติก ซึ่งแตกต่างจากพลาสติกเทอร์โมเซ็ต โดยเทอร์โมพลาสติกไม่สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแรงกับเส้นใยคาร์บอนได้ง่ายนัก ทำให้การยึดเกาะส่วนใหญ่เป็นแรงอ่อนๆ เช่น แรงแวนเดอร์วาลส์ นักวิจัยจึงพยายามหาวิธีปรับพื้นผิวของเส้นใยคาร์บอน เช่น การเคลือบ (sizing) เพื่อให้เกิดการยึดเกาะที่ดีขึ้น แต่กระบวนการนี้มีความซับซ้อนและไม่มีวิธีใดที่ใช้ได้กับพลาสติกทุกชนิด ภาพที่มักพบเห็นในชิ้นงานพิมพ์ 3D คือการเกิดช่องว่างรอบๆ เส้นใยคาร์บอน ซึ่งบ่งชี้ว่าพลาสติกไม่ได้ยึดเกาะกับเส้นใยได้ดี ทำให้แทนที่จะเสริมความแข็งแรง กลับกลายเป็นจุดอ่อนของวัสดุไป
งานวิจัยส่วนใหญ่เกี่ยวกับการเสริมแรงด้วยเส้นใยคาร์บอนมักมุ่งเน้นไปที่พลาสติกเชิงอุตสาหกรรม เช่น โพลีคาร์บอเนตและ PEEK ซึ่งใช้ในงานเฉพาะทางมากกว่าพลาสติกสำหรับผู้บริโภคทั่วไป ทำให้ความเข้าใจผลกระทบที่แท้จริงของการปรับปรุงพื้นผิวเส้นใยคาร์บอนในพลาสติกอย่าง PLA ยังมีจำกัด นอกจากนี้ เส้นใยคาร์บอน โดยเฉพาะเส้นใยขนาดเล็ก ได้ถูกระบุว่าเป็นสารที่อาจก่อมะเร็งได้เช่นเดียวกับแร่ใยหิน ซึ่งก่อให้เกิดคำถามถึงความปลอดภัยในการใช้งานที่แพร่หลายในปัจจุบัน
จากข้อมูลที่มีอยู่ปัจจุบัน แม้จะรู้ว่าวัสดุคอมโพสิตสามารถปรับปรุงคุณสมบัติได้ แต่ในกรณีของคอมโพสิตเส้นใยคาร์บอน-เทอร์โมพลาสติก ความเข้าใจพื้นฐานของเรายังขาดหายไปอย่างมาก การนำเส้นใยคาร์บอนมาใช้ในเส้นพลาสติกสำหรับเครื่องพิมพ์ 3D โดยปราศจากข้อมูลที่ชัดเจนเกี่ยวกับการปรับปรุงพื้นผิวและความเสี่ยงด้านสุขภาพ จึงเป็นเรื่องที่ควรระมัดระวัง ผู้เชี่ยวชาญแนะนำให้ชะลอการใช้พลาสติกเทอร์โมพลาสติกที่เสริมเส้นใยคาร์บอนออกไปก่อน จนกว่าจะมีความเข้าใจที่ชัดเจนและครอบคลุมทั้งในด้านประโยชน์และความเสี่ยง
🏷️ หมวดหมู่: 3d Printer hacks, Engineering, Featured, 3d printing, carbon fiber, PLA, thermoplastic
🔗 อ่านบทความฉบับเต็ม: hackaday
