3D Printing กับ Injection molding

การพิมพ์ 3 มิติและการฉีดขึ้นรูปอาจเป็นกระบวนการที่แตกต่างกันอย่างมาก แต่ทั้งคู่ต่างก็มีส่วนสำคัญในการผลิต โดย injection molding ที่มีต้นทุนต่ำสามารถใช้ 3d printer เข้ามาช่วยได้ สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาว่าจะใช้แม่พิมพ์ทำชิ้นส่วนจำนวนมากเพียงใด จะคุ้มค่ากับการทำแม่พิมพ์หรือไม่

ในอดีตแม่พิมพ์จำเป็นต้องใช้วิธีการกลึง และ CNC เพราะโลหะมีคุณสมบัติเด่นในเรื่องของความแข็งและความทนทานสูง โดยทั่วไปจะใช้วัสดุเป็นอลูมิเนียม หรือเหล็ก ซึ่งวัสดุเหล่านี้ให้ความต้านทานการสึกหรอที่ดีกับการฉีดขึ้นรูปซ้ำๆ การเปิดและปิดของแม่พิมพ์ และการไล่ระดับอุณหภูมิที่สัมผัสในระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูป ทำให้แม่พิมพ์โลหะจำเป็นต้องลงทุนครั้งแรกในขั้นตอนการติดตั้ง

ปัจจุบันการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ที่ต้องอาศัยการทำแม่พิมพ์ขึ้นมาเป็นแบบก่อนนั้นให้มีต้นทุนน้อยที่สุด โดยไม่ได้คำนึงถึงความต้านทานการสึกหรอเป็นปัจจัยสำคัญมาก ทำให้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ เช่น Material Jetting, SLA, SLS เป็นต้น สามารถผลิตแม่พิมพ์และชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำสูง พร้อมผิวงานที่เรียบเนียนมาก เมื่อสิ่งนี้มาพร้อมกับวัสดุการพิมพ์ 3 มิติที่ทนอุณหภูมิได้สูงขึ้น และการออกแบบการพิมพ์ 3D ได้อย่างอิสระ ซับซ้อน และตรงตามความต้องการ นั่นหมายความว่าแม่พิมพ์ที่ผลิตจากเครื่องพิมพ์ 3 มิติจะกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับการผลิตแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่มีต้นทุนต่ำ การพิมพ์แม่พิมพ์ 3 มิติช่วยให้ตรวจสอบการออกแบบแม่พิมพ์ได้อย่างรวดเร็ว ช่วยลดความเสี่ยงทางการเงินในการลงทุนกับแม่พิมพ์โลหะราคาแพงได้เป็นอย่างดี

การพิมพ์ 3 มิติสำหรับการฉีดขึ้นรูป

3D Printing for Injection Molding ในยุคนี้การผผลิตลิตภัณฑ์พลาสติกส่วนใหญ่ได้มาจากการฉีดขึ้นรูป อย่างไรก็ตามการผลิตแม่พิมพ์อาจมีราคาแพงและใช้เวลานาน แต่ตอนนี้แม่พิมพ์ไม่จำเป็นต้องทำจากโลหะแล้ว สามารถพิมพ์ 3 มิติขึ้นรูปจากเครื่อง 3D Printer ด้วยระบบต่างๆ ได้ เช่น

การพิมพ์ 3 มิติด้วยระบบ Stereolithography (SLA) เป็นทางเลือกที่คุ้มค่าสำหรับการขึ้นรูปแม่พิมพ์ ชิ้นส่วนที่จากกระบวนการ SLA นั้นมีความแข็ง และมีสมบัติเหมือนกันในทุกทิศทาง (isotropic) ซึ่งหมายความว่าจะสามารถทนต่อแรงกด และแรงดันของจำนวนการฉีดขึ้นรูปได้ในปริมาณน้อยๆ (low-volume)

3D printing injection mold

(https://www.3dhubs.com)

เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติระบบ FDM ยังคงเป็นยอดนิยมที่จะใช้กับวัสดุหลายชนิด แม่พิมพ์สามารถทำจากวัสดุ Ultem และ Polycarbonate ซึ่งเทอร์โมพลาสติกแบบฉีดส่วนใหญ่จะอยู่ในช่วงอุณหภูมิหลอมละลายที่ 200-300 องศาเซลเซียส ซึ่งการพิมพ์ 3 มิติด้วยวิธี FDM ที่นำไปใช้งานอุตสาหกรรมมีความสามารถในการทำซ้ำสูงและสามารถผลิตชิ้นส่วนที่มีความแม่นยำได้อย่างถูกต้อง อีกทั้งยังสามารถพิมพ์ชิ้นส่วนได้ในชุดขนาดเล็กถึงขนาดกลาง ค่าใช้จ่ายของเส้นพลาสติก ABS ที่ใช้ในระบบ FDM อุตสาหกรรมมักจะซื้อวัสดุต่อกิโลกรัมได้ราคาที่ถูก ข้อจำกัดหลักสำหรับกระบวนการนี้ คือชิ้นส่วนใดๆ ที่ผลิตผ่านการพิมพ์ FDM จะมีประสิทธิภาพเชิงกลที่ไม่เท่ากันทุกทิศทาง (anisotropic) ชิ้นส่วนนั้นจะมีความอ่อนแอในทิศทางเดียว ซึ่งนักออกแบบจะต้องเข้าใจอย่างถ่องแท้ในเรื่องของชิ้นส่วนที่จะต้องได้รับ เพื่อการวางแนวของแบบจำลองในแพลตฟอร์มการพิมพ์

ข้อดี

♥  ค่าใช้จ่ายน้อย ลดระยะเวลา ในการพิมพ์ 3 มิติมีตัวเลือกมากมายสำหรับเครื่องพิมพ์ 3 มิติ และวัสดุที่ใช้ มีหลากหลาย และใช้เวลาไม่นานที่จะผลิตแม่พิมพ์

♥  ง่ายต่อการเปลี่ยนแปลง เนื่องจากลักษณะ additive manufacturing สามารถมองเห็นและแก้ไขปัญหาการออกแบบ ในขณะที่กำลังสร้างแบบจำลอง สิ่งนี้ทำให้เป็นไปได้ที่จะหลีกเลี่ยงการสิ้นเปลืองวัสดุทั้งหมดที่เกิดจากข้อบกพร่องเดียวกัน เครื่องพิมพ์ 3D ช่วยให้หยุดกลางกระบวนการและดำเนินการต่อในจุดเดียวกัน ซึ่งเหมาะสำหรับการปรับเฉพาะจุด

♥  สะดวกต่อการรองรับการออกแบบที่ซับซ้อน กระบวนการพิมพ์ 3 มิติของการเพิ่มเลเยอร์ที่อยู่ด้านบนของแต่ละอื่น ๆ ทำให้มันสมบูรณ์แบบสำหรับการสร้างโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อน เครื่องอัดรีดให้มือที่ละเอียดอ่อนในการพิมพ์รายละเอียดและเลเยอร์ก่อนหน้าทำหน้าที่เป็นตัวรองรับ

ข้อเสีย

♦  ข้อเสียเปรียบประการหนึ่งของกระบวนการพิมพ์แบบละเอียด 3 มิติคือการจำกัดจำนวนวัตถุที่สามารถพิมพ์ได้ในคราวเดียว 3D Printer ส่วนใหญ่จะผลิตได้เพียง 1-2 ชิ้นต่อครั้ง

♦  ขนาดการสร้างที่จำกัด การผลิตด้วยเครื่องพิมพ์ 3D นั้นมักถูกจำกัด ด้วยขนาดของพื้นที่การพิมพ์ เนื่องจากแขนของเครื่องพิมพ์ 3 มิติจะสามารถเข้าถึงได้สูงสุดตามขนาดการพิมพ์ของเครื่องนั้นๆ ยิ่งไปกว่านั้นส่วนที่ใหญ่ขึ้นที่จะตัดขอบของพื้นที่การพิมพ์ ทำให้ความไม่แน่นอนในการออกแบบทั้งหมด การพิมพ์ 3 มิติขนาดใหญ่เป็นไปได้ แต่ต้องใช้วิธีการตัด แล้วพิมพ์ทีละชิ้น จากนั้นจึงนำมาประกอบเข้ากันเป็นชิ้นเดียว

♦  พื้นผิววัตถุขรุขระ ซึ่งเกิดจากเลเยอร์การพิมพ์ 3 มิติ แม้มีขนาดเล็กและอยู่ติดกัน แต่ยังคงสังเกตเห็นได้ชัดเจน รอยเส้นๆ จะสร้างบนพื้นผิววัตถุจนพิมพ์เสร็จ ไม่ว่ารายละเอียดเลเยอร์จะถูกตั้งค่าอย่างดีก็ตาม วิธีแก้ปัญหา คือการนำวัถตุหรือชิ้นส่วนนั้นไปขัด จะทำให้ผิวเรียบมากขึ้น

Side by side
3D Printing กับ Injection molding

การประยุกต์ใช้ 3D Printing กับ Injection Molding

♥  ผลิตต้นแบบ หรือการผลิตแบบจำนวนน้อย

♥  การออกแบบมีช่องว่าง หรือรูตรงกลางจำนวนมาก

♥  ปรับแต่งการออกแบบตามความเหมาะสม ใช้เวลาน้อย

♥  เตรียมแม่พิมพ์แบบเดียวกันไว้หลายๆ ชิ้นสำหรับการฉีดขึ้นรูปจำนวนมากๆ 

♥  กระบวนการขึ้นรูปขั้นตอนเดียว และต่อเนื่อง

ข้อควรรู้ในการใช้ 3D Printer กับ Injection mold

กระบวนการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติกที่นิยมใช้กันในปัจจุบัน คงหนีไม่พ้นกระบวนการฉีดขึ้นรูป หรือ Injection Molding เนื่องจากให้อัตราการผลิตที่สูง และสามารถผลิตชิ้นงานที่มีความซับซ้อนได้อย่างแม่นยำ ผลิตภัณฑ์จะออกมาดี สวยงาม มีคุณภาพดี หรือได้ผลิตภัณฑ์ที่มีข้อบกพร่องน้อยที่สุด ก็ขึ้นอยู่กับแม่พิมพ์ที่สร้างขึ้นเป็น 3D Moldel เพราะกระบวนการฉีดขึ้นรูปนั้น โดยทั่วไปแล้วขึ้นอยู่กับแบบแม่พิมพ์ (Mold) 
WHEN ARE 3D PRINTER

(ที่มา: STRATASYS / THE 3D PRINTING SOLUTIONS COMPANY)

นอกจากนี้สิ่งที่ควรให้ความสำคัญเป็นอับแรก คือ วัสดุ ซึ่งจะทำให้เข้าสู่ขั้นตอนต่อไปได้อย่างถูกต้องและเหมาะสม เช่น

  • อุณหภูมิที่ใช้ในการฉีดขึ้นรูป (Injection temperature)
  • ความเร็วในการฉีดขึ้นรูป (Injection speed)
  •  แรงดันคงค้าง (Holding pressure)
  •  อุณหภูมิแม่พิมพ์ฉีด (Mold temperature)
material 3d printing with injection mold

(ที่มา: STRATASYS / THE 3D PRINTING SOLUTIONS COMPANY)

Injection molding เป็นเครื่องฉีดพลาสติกและงานฉีดพลาสติก ที่อาศัยการแปรรูปพลาสติกโดยวิธีการฉีดนั้น จะทำจากสารพลาสติกที่เป็นเม็ดหรือเป็นผง ซึ่งอาจจะเป็นเทอร์โมพลาสติก เทอร์โมเซตติ้ง หรืออีลาสโตเมอร์ ก็ได้ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับส่วนประกอบของเครื่องฉีดที่จะดัดแปลงให้เหมาะสมกับพลาสติกชนิดต่าง ๆ สำหรับเทอร์โมพลาสติก เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัวและเหลว สามารถนำกลับมาแปรรูปได้หลายครั้ง ดังนั้นเพื่อการนำไปประยุกต์ใช้ในภาคอุตสาหกรรมในการผลิตแม่พิมพ์ และแก้ไขข้อบกพร่องของชิ้นงานนั้น 3D Printer เป็นทางเลือกหนึ่งที่ดี ลดเวลาและต้นทุนในกระบวนการผลิตที่เกิดขึ้นได้ ทำให้ผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาดรวดเร็วอีกด้วย

กระบวนการผลิตที่ใช้การพิมพ์ 3 มิติมีการพัฒนาอย่างรวดเร็วและต่อเนื่อง ในอนาคตเครื่องพิมพ์ 3D จะสามารถทำงานร่วมกับ injection molding ได้มากขึ้นและประสิทธิภาพ ซึ่งในปัจจุบันอาจใช้เวลาประมาณ 30 นาที ในการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ จากการพิมพ์ 3 มิติ แต่ใช้เวลาเพียงไม่กี่วินาทีในการการฉีดขึ้นรูปชิ้นส่วนเดียวกัน แน่นอนว่าการพิมพ์ 3 มิติยังไม่สามารถเข้ามาแทนที่การฉีดพลาสติกขึ้นรูปได้ทั้งหมด แต่มีประโยชน์ต่อขั้นตอนแรกของกระบวนการ injection molding เพื่อจะได้เข้าสู่ขั้นตอนต่อไปได้เร็วมากขึ้น

ทำไมต้องใช้ 3D Printing กับ Injection Molding

1.  ใช้พลาสติกทำแม่พิมพ์

การพัฒนาที่สำคัญอย่างหนึ่งในการพิมพ์ 3 มิติในปัจจุบันคือความสามารถในการพิมพ์แม่พิมพ์ด้วยวัสดุพลาสติกได้หลายชนิด มีความทนทานในระดับหนึ่งสำหรับการใช้กับการฉีดขึ้นรูปพลาสติก จุดด้อยคือแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกไม่สามารถทนต่อการผลิตปริมาณมากได้ แต่คาดว่าปัญหานี้จะถูกแก้ไขไปในอนาคตอันใกล้

ข้อดี หากมีข้อผิดพลาดหรือต้องทำการแก้ไขแบบแม่พิมพ์ เครื่องพิมพ์ 3 มิติจะทำหน้าที่นี้ได้ดี ในอนาคตการทำแม่พิมพ์ 3 มิติจะกลายเป็นตัวเลือกที่มีผู้นำไปใช้งานเพิ่มมากขึ้น และจะมีประโยชน์มากมาย ตัวอย่างเช่น แบบแม่พิมพ์บางจุดนั้นไม่สามารถเจาะบริเวณมุมภายในบล็อกเหล็กได้ แต่เครื่องพิมพ์ 3D สามารถทำได้ นอกจากนี้วัสดุที่ใช้ในการผลิตแม่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์ 3 มิตินั้นมีราคาถูกกว่าเหล็กเกรดสูง ฟังก์ชันที่เพิ่มเข้ามาและการประหยัดต้นทุนจะส่งผลต่อค่าใช้จ่ายในการขึ้นรูป

3D Printer Advance Plastics Manufacturing

2.  การใช้การพิมพ์ 3 มิติเพื่อตรวจสอบความถูกต้อง

กระบวนการผลิตชิ้นส่วนต่างๆ จะต้องมีการทำชิ้นงานต้นแบบออกมาชิ้นแรก เพื่อตรวจสอบความถูกต้องอีกครั้งก่อนนำไปผลิตในปริมาณมากๆ ซึ่งจะช่วยให้มั่นใจได้ว่าชิ้นงานตัวอย่างนั้นได้มาตรฐาน และทำงานได้ตามความเหมาะสม แนวโน้มในอนาคตอาจจะมีเทคโนโลยีที่ทำให้เครื่องพิมพ์ 3 มิติมีประสิทธิภาพเพียงพอที่จะเป็นเครื่องฉีดขึ้นรูปสำหรับปริมาณการผลิตขนาดเล็ก ซึ่งสามารถลดการลงทุนที่จำเป็นสำหรับแม่พิมพ์ และลดระยะเวลารอคอยกับชิ้นงานตัวอย่าง

3d printer ABS mold

3.  วิธีการพิมพ์ 3D มีหลายตัวเลือก

FDM (Fused Deposition Modeling) เป็นรูปแบบการพิมพ์ 3D ที่ใช้กันมากที่สุด ในการสร้างชิ้นส่วน 3 มิติ ในขณะที่การพิมพ์ 3D Model ส่วนใหญ่เป็นระบบ FDM ในปัจจุบันมีวิธีการพิมพ์ 3 มิติจำนวนมากที่จะทำต้นแบบแม่พิมพ์และการผลิตชิ้นส่วนอื่นๆ ให้ออกมาแข็งแรง ทนทาน อีกทั้งยังนำไปใข้ร่วมกับเครื่องจักรอื่นๆ ได้อีกด้วย

3D Printing กับ Injection molding

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *

Share on facebook
Facebook
Share on google
Google+
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on pinterest
Pinterest

สนใจเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

เรามีเครื่องที่ตอบโจทย์การใช้งานทุกประเภท ตั้งแต่บุคคลเริ่มต้นจนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ พร้อมให้คำแนะนำการใช้งาน และวัสดุที่เหมาะสม เพื่อให้คุ้มค่าการลงทุนมากที่สุด

ติดตามข่าวสารและบทความ

บทความน่าสนใจอื่นๆ

3D Printing Materials

Natural Material ในเทคโนโลยี Selective Laster Sintering (SLS)

นิยามของวัสดุธรรมชาติในเทคโนโลยี SLS 3D Printing สำหรับบทความนี้อ้างอิงเฉพาะวัสดุในกลุ่มพอลิเมอร์ (Polymer) ที่มีวัสดุสำหรับธรรมชาติจำนวนมากในปัจจุบัน ปัจจุบันมีหลายคำศัพท์ที่ทำให้ผู้อ่านสับสนได้

อ่านต่อ
3D Printing Materials

ข้อมูลเทคโนโลยี Copper 3D Printing การใช้งาน และแนวโน้มในอนาคต

วัสดุทองแดงหรือ Copper คืออะไร ทองแดงเป็นโลหะชนิดหนึ่งที่มีการนำมาใช้งานมากและนานที่สุด มีสมบัติเด่นหลายอย่าง อาทิเช่น มีค่าการนำไฟฟ้าสูง ราคา

อ่านต่อ