Polymer Processing: Thermoset
- เทอร์โมเซตติ้ง (Thermosetting) หรือเทอร์โมเซต (Thermoset) เป็นวัสดุที่สามารถขึ้นรูปได้เพียงครั้งเดียว ไม่สามารถรีไซเคิลด้วยิธีการหลอมละลายนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เหมือนเทอร์โมพลาสติก เนื่องจากกระบวนการแปรรูปวัสดุกลุ่มนี้ ทำให้โครงสร้างโมเลกุลเปลี่ยนไป เป็นร่างแห มีการเชื่อมต่อทางเคมีขณะขึ้นรูป หรือที่เรียกทางวิชาการว่า Crosslinked การทำให้พันธะเชื่อมโยงดังกล่าวสลายไปต้องใช้พลังงานที่สูงมาก หรือต้องเปลี่ยนไปใช้วิธีการเคมี อย่างไรก็ตามไม่สามารถที่จะคืนรูป หรือลักษณะเดิมก่อนการขึ้นรูปได้
- วัสดุในกลุ่มนี้ยกตัวอย่างเช่น เรซิน (Resin) ยาง (Rubber) หรืออีลาสโตเมอร์ก็จัดอยู่ในกลุ่มนี้ หากพิจารณาพฤติกรรมหลังการขึ้นรูป
- ดังนั้นหากได้รับความร้อนวัสดุในกลุ่มนี้ มักไม่มีการอ่อนตัว สามารถคงรูปได้ในอุณหภูมิสูง จนถึงจุดหนึ่งจะไหม้เป็นเขม่าหรือขี้เถ้าไปเลย
- กระบวนการเกิดพันธเชื่อมโยง หรือ Crosslink นั้น ต้องมีสารเคมีที่มี Crosslink Agent ก่อน เช่น เรซินสำหรับงานหล่อ ต้องผสมตัว Hardener ก่อน เรซินถึงจะแข็งได้ (Reaction) หรือในกรณีของยางธรรมชาติต้องใส่กำมะถัน
- ตัวเร่ง ตัวเริ่มต้นของปฏิริยาเป็นไปได้ทั้งผสมสารเชื่อมโยงแล้วทิ้งไว้ตามระยะเวลา ความร้อน หรือแสงยูวี เป็นต้น
1. Injection Molding
คล้ายกับวัสดุเทอร์โมพลาสติกทั่วไป ต่างตรงแบ่งเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆคือ ช่วงของการ Injection ที่ต้องเตรียมวัสดุให้มีความหนืดลง สามารถไหลเข้าไปตามช่องว่างที่ต้องการได้ และช่วงของการ Crosslink/Curing ที่ต้องการให้ตัววัสดุคงรูปร่างที่ต้องการ ซึ่งมีทั้งความร้อน (ยางธรรมชาติ) หรือเคมี
1.1 Reaction Injection Molding (RIM)
RIM เป็นเทคนิคการฉีดที่เหมาะกับเทอร์โมเซตติ้งที่มีความหนืดต่ำมาก เช่น พอลิยูรีเทน โดยมีส่วนที่บรรจุอยู่ 2 ชนิด เข้ามาผสมกันและฉีดเข้าสู่แม่พิมพ์อุณหภูมิประมาณ 80-90 องศาเซลเซียส เพื่อให้คงรูป
1.2 Rubber/Elastomer Injection Molding
สำหรับวัสดุยางธรรมชาติ และยางสังเคราะห์ ใน่ชวงของการฉีด อุณหภูมิในช่วงของชุดฉีดจะอยู่ราวๆ 80-90 องศาเซลเซียส เพื่อให้ยางสามารถไหลเข้าไปยังแม่พิมพ์ได้ ซึ่งตัวแม่พิมพ์จะมีการตั้งอุณหภูมิประมาณ 150-180 องศาเซลเซียส เพื่อให้เกิดการ Crosslink ซึ่งจะแตกต่างกับการฉีดพลาสติกที่คุ้นเคยกัน
2. Compression Molding
- กระบวนการอัดขึ้นรูปเทอร์โมเซตติ้ง ก็ไม่ได้มีความต่างจากการฉีด โดยเปลี่ยนช่วงของการเริ่มต้นวัสดุจากการฉีด เป็นการวางวัสดุเริ่มต้น ซึ่งมีการเรียกหลายชื่อ เช่น Charge, Preform, Compund ไว้ในแม่พิมพ์ แล้วใช้แรงดันอัดให้ไหลเข้าไปในเบ้าแม่พิมพ์ บางครั้งเพื่อลดแรงดันที่ใช้อาจะมีการทำร่องระบายอากาศเพื่อไล่อากาศออกขณะปิดแม่พิมพ์
- อุณหภูมิของแม่พิมพ์ขึ้นอยู่กับชนิดของวัสดุที่ขึ้นรูปมีตั้งแต่ 90-200 องศาเซลเซียส
- บางกรณีที่ชิ้นงานมีความซับซ้อน ต้องใช้กระบวนการฉีด แต่ด้วยต้นทุนที่จำกัด จึงมีการออกแบบระบบขึ้นรูป โดยใช้การอัดแทนการฉีด เรียกว่า Transfer Molding
- โดยมีส่วนด้านบนที่เพิ่มมาสำหรับงานตัววัสดุเริ่มต้น (Charge) ใช้แม่พิมพ์ดันให้ไหลผ่านช่องเล็กๆคล้ายรูฉีด เข้าสู่แม่พิมพ์ ซึ่งจะควบคุมปริมาณและการไหลได้ดีกว่า
3. Casting
เป็นกระบวนการที่คุ้นเคยในการผลิตชิ้นงานจากเรซิน หรือวัสดุเทอร์โมเซตติ้ง อื่นๆที่มีสถานะเริ่มต้นเป็นของเหลว หรือของหนืด มักประกอบด้วยส่วนผสมหลัก ตัวทำให้แข็ง และสารเติมแต่งเพื่อให้เกิดสมบัติพิเศษเข้าด้วยกัน เทเข้าไปยังแม่พิมพ์ที่มีรูปร่างตามต้องการ
4. 3D Printing
กระบวนการที่กล่าวมาข้างต้น ต้องใช้แม่พิมพ์ในการขึ้นรูปทั้งหมด ซึ่งอาจไม่เหมาะสมกับการทำงานต้นแบบเพียง 1 ชิ้น หรือการผลิตจำนวนน้อยๆ อีกกรณีคือชิ้นงาน ผลิตภัณฑ์ มีรูปร่างที่ซับซ้อนมากๆ เปิดพิมพ์ไม่ได้ เทคโนโลยี 3D Printing ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่งที่น่าสนใจในปัจจุบัน ซึ่งตัวเครื่องงมีให้เลือกตั้งแต่ราคาหลักพัน จนไปถึงหลักล้านบาท
4.1 Resin 3D PRinter
เป็นเทคโนโลยีที่ราคาเริ่มต้นหลักพัน โดยส่วนใหญ่เป็นการขึ้นรูปโดยฉายแสง UV ไปยังเรซินทีละชั้น จนได้แบบตามต้องการ โดยรูปแบบหรือส่วนของการฉายแสงนั้นมีหลายแบบ สามารถอ่านเพิ่มเติมได้ในบทความ”Resin 3D Printer มีกี่แบบแตกต่างกันอย่างไร ?“
4.2 Silicone 3D Printing
ซิลิโคนเป็นวัสดุสังเคราะห์ที่มีการใช้งานเยอะมาก และมีหลากหลายสมบัติขึ้นกับการปรับแต่งสูตร ส่วนกระบวนการพิมพ์ 3 มิติ มักใช้เป็นกระบอกฉีด ฉีดตัววัสดุลงมาทีละชั้นให้เป็นรูปร่างตามแบบ ยิ่งเครื่องราคาสูงความแม่นยำและปริมาตรในการฉีดก็จะยิ่งมากขึ้น อ่านรายละเอียดเกี่ยวกับการพิมพ์วัสดุกลุ่มนี้ได้ที่ “3D Printing Silicone and PU“
บริษัทที่มีความเชี่ยวชาญ และเครื่องระดับอุตสาหกรรมเช่น Germanreprap รุ่น L320 ที่รองรับซิลิโคน และวัสดุชนิดหนืดหลายชนิด
