การออกแบบแม่พิมพ์จากเครื่อง 3D Printer เพื่อใช้กับเครื่อง Vacuum Forming

เทคโนโลยีหรือเทคนิคของกระบวนการ Vacuum forming เป็นกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและใช้ความดันสูญญากาศเป็นหลักสำคัญ อีกหนึ่งปัจจัยที่ไม่ควรละเลย คือ การออกแบบแม่พิมพ์เพื่อใช้งาน 3D Printed Vacuum Forming Design Process ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

Design guidelines​

การขึ้นรูปสูญญากาศ หรือ Vacuum Forming เป็นกระบวนการผลิตที่แผ่นพลาสติกถูกให้ความร้อนและกดทับลงบนแบบฟอร์ม เพื่อสร้างชิ้นส่วน กระบวนการนี้ใช้เพื่อสร้างผลิตภัณฑ์จำนวนมากๆ ผลิตภันฑ์ที่เราใช้กันในชีวิตประจำวันมาจากวิธีการนี้อย่างมากมาย เช่น ภาชนะพลาสติก อ่างล้างจาน จานพลาสติก เป็นต้น

เมื่อออกแบบแม่พิมพ์ผลิตภัณฑ์สำหรับกระบวนการขึ้นรูปสูญญากาศ โปรดจำไว้ว่าทุกส่วนจะต้องมีความหนาของผนังเท่ากัน รูและช่องนั้นจะต้องถูกผลิตขึ้น เพื่อการใช้งานในขั้นตอน vacuum

หลักการ 3D Printed-Vacuum Forming Design Process เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับใช้ตัดสินใจ เพื่อเลือกวิธีการในการออกแม่พิมพ์ โดยผลิตแม่พิมพ์จากเครื่อง 3D Peinter ด้วยระบบต่างๆ ให้ตรงตามความต้องการ ดังนี้

♥   FDM ดีที่สุดกับการทำแม่พิมพ์เพื่อการผลิตจำนวนน้อยๆ และไม่มีรายละเอียดเล็กๆ
♥   DLP/SLA กับ material jetting ให้ผิวงานที่ดี แสดงรายละเอียดเล็กๆ ได้ เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมากๆ
♥   เบ้าตัวเมียจะให้งานที่มีคุณภาพดีกว่า มีมุมเหลี่ยมคม และผิวที่สวยงาม
♥ ออกแบบให้มี draft angle ที่ 3 – 5 องศา มีรูระบายอากาศขนาดครึ่งหนึ่งของความหนาแผ่นพลาสติก ความลึกของเบ้าไม่มากกว่า 75% ของความกว้างเบ้า และเผื่อค่าหดตัวของพลาสติกระหว่าง 0.4% และ 0.8%
♥ เป็นการดีที่ให้ draft angle ที่ 5 – 10 องศา บนผนังด้านข้างเพื่อให้สามารถลบการขึ้นรูปจากเครื่องมือได้อย่างง่ายดาย
♥ หากต้องการขึ้นรูปที่บางมากเกินไป ควรให้ใช้เส้นโค้ง มีรัศมีขนาดใหญ่ (3 มม.) และหลีกเลี่ยงมุมที่แหลมคม

ข้อควรรู้ในการใช้ 3D Printed ใน Vacuum forming desing

ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดเจนจากการพิมพ์ 3 มิติ

♠   เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมสำหรับผู้ผลิตในการสร้างแม่พิมพ์ต้นทุนต่ำ สำหรับการผลิตในปริมาณน้อย หรือการสร้างต้นแบบ
♠   สามารถเปลี่ยนแปลง แก้ไข หรือปรับปรุงงานออกแบบของต้นแบบ ให้เสร็จได้อย่างรวดเร็ว และมีความถูกต้อง แม่นยำ ที่สำคัญ mold ที่มากเครื่องพิมพ์สามมิตินั้นมีต้นทุนที่น้อยกว่ามากการผลิตด้วยกระบวนอื่น อีกทั้งใช้เวลาสั้นๆในการเตรียมการ จึงทำให้เป็นระบบที่มีความเหมาะสมในการออกแบบแม่พิมพ์
♠   มีช่องระบายอากาศในตัว โดยช่องระบายอากาศในช่วงการขึ้นรูปจะเกิดขึ้นพร้อมกับการพิมพ์แม่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์บางประเภทอยู่แล้ว ดังนั้นจึงไม่จำสร้างช่องระบายอากาศเพิ่มเติมอีกแล้ว

STEP 1:  ออกแบบ Mold ที่ต้องการ

เพื่อให้การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แบบสูญญากาศมีความสเถียร จะต้องมีแม่พิมพ์ที่เหมาะสมกับรูปแบบสูญญากาศ โดบรอบส่วนสุดท้ายขอแบบจำลองแม่พิมพ์จะต้องแนบสนิทกับฐาน

สามารถดาวน์โหลดแม่พิมพ์จากเว็บไซต์อย่างเช่น GrabCAD หรือเลือกที่จะออกแบบแม่พิมพ์สำหรับโมเดลของเราเองก็ได้

Trick!!
การออกแบบแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปสูญญากาศให้พิจารณารูปร่างของมุม (drafting angles) ผนังทั้งหมดของชิ้นส่วน เพื่อให้สามารถถอดชิ้นงานออกจาก mold ได้ ค่าของ draft angle ขึ้นอยู่กับความสูงของผนัง ผนังที่สูงจะต้องการค่าของ draft angle ที่มากกว่า โดยทั่วๆ ไปค่าของ draft angle สำหรับเบ้าตัวผู้จะใช้ 5 องศา ส่วนเบ้าตัวเมียจะใช้ที่ 3 องศา จาก 90 บนพื้นผิวในแนวตั้งใด ๆ

ประโยชน์ที่เห็นได้ชัดเจนจากการพิมพ์ 3 มิติ

♠   เป็นวิธีที่ยอดเยี่ยมสำหรับผู้ผลิตในการสร้างแม่พิมพ์ต้นทุนต่ำ สำหรับการผลิตในปริมาณน้อย หรือการสร้างต้นแบบ
♠   สามารถเปลี่ยนแปลง แก้ไข หรือปรับปรุงงานออกแบบของต้นแบบ ให้เสร็จได้อย่างรวดเร็ว และมีความถูกต้อง แม่นยำ ที่สำคัญ mold ที่มากเครื่องพิมพ์สามมิตินั้นมีต้นทุนที่น้อยกว่ามากการผลิตด้วยกระบวนอื่น อีกทั้งใช้เวลาสั้นๆในการเตรียมการ จึงทำให้เป็นระบบที่มีความเหมาะสมในการออกแบบแม่พิมพ์
♠   มีช่องระบายอากาศในตัว โดยช่องระบายอากาศในช่วงการขึ้นรูปจะเกิดขึ้นพร้อมกับการพิมพ์แม่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์บางประเภทอยู่แล้ว ดังนั้นจึงไม่จำสร้างช่องระบายอากาศเพิ่มเติมอีกแล้ว

STEP 1:  ออกแบบ Mold ที่ต้องการ

เพื่อให้การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์แบบสูญญากาศมีความสเถียร จะต้องมีแม่พิมพ์ที่เหมาะสมกับรูปแบบสูญญากาศ โดบรอบส่วนสุดท้ายขอแบบจำลองแม่พิมพ์จะต้องแนบสนิทกับฐาน

สามารถดาวน์โหลดแม่พิมพ์จากเว็บไซต์อย่างเช่น GrabCAD หรือเลือกที่จะออกแบบแม่พิมพ์สำหรับโมเดลของเราเองก็ได้

Trick!!
การออกแบบแม่พิมพ์สำหรับการขึ้นรูปสูญญากาศให้พิจารณารูปร่างของมุม (drafting angles) ผนังทั้งหมดของชิ้นส่วน เพื่อให้สามารถถอดชิ้นงานออกจาก mold ได้ ค่าของ draft angle ขึ้นอยู่กับความสูงของผนัง ผนังที่สูงจะต้องการค่าของ draft angle ที่มากกว่า โดยทั่วๆ ไปค่าของ draft angle สำหรับเบ้าตัวผู้จะใช้ 5 องศา ส่วนเบ้าตัวเมียจะใช้ที่ 3 องศา จาก 90 บนพื้นผิวในแนวตั้งใด ๆ

vacuum mold

(https://www.makerbot.com)

Draft angles
Draft angles
Draft angles
Draft angles

(https://www.toolcraft.co.uk)

การออกแบบแม่พิมพ์จากเครื่อง 3D Printer เพื่อใช้กับเครื่อง Vacuum Forming

(https://cflmolding.com)

STEP2: การเตรียม model เพื่อพิมพ์จากเครื่อง 3D Printer

เมื่อเตรียมแบบจำลองสำหรับสร้างสูญญากาศเสร็จแล้ว ต่อไปจะนำไปพิมพ์ใน 3D Printer มีการตั้งค่าการพิมพ์จากเครื่อง 3D Printer ระบบ FDM โดยใช้ค่า 4 shells และ 25% infill

Trick!!
เพิ่มการตั้งค่า shells และ infill เพื่อสร้างแม่พิมพ์ที่แข็งแกร่งที่จะทนต่อแรงดันของการขึ้นรูปสูญญากาศ

FDM mold
การออกแบบแม่พิมพ์จากเครื่อง 3D Printer เพื่อใช้กับเครื่อง Vacuum Forming
STEP 3: ติดตั้งแม่พิมพ์
เนื่องจากใช้เครื่องขึ้นรูประบบสูญญากาศ จึงจำเป็นต้องยึดแม่พิมพ์ให้แน่น จะช่วยป้องกันการเคลื่อนของแม่พิมพ์จากแรงต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นเมื่อใช้เครื่องทำงานหากเป็นไปได้ให้เว้นช่องว่างระหว่างชิ้นงานมากกว่า 6 มม. เพื่อป้องกันการเกิด webbing
webbing vacuum forming
vacuum forming
STEP 4: เลือกชนิดและให้ความร้อนกับพลาสติก

Vacuum Forming เป็นหนึ่งในเทคนิคของกระบวนการ thermoforming โดยการเลือกใช้วัสดุมาใช้กับวิธีการนี้ ต้องคำนึงถึงอุณหภูมิและความหนา ซึ่งความหนาที่ใช้กับกระบวนการ thermoforming หลักๆ มีด้วยกัน 2 แบบ ได้แก่

Thermoforming แบบาง จะเป็นกระบวนการที่เหมาะกับชิ้นงานที่มีความหนาไม่เกิน 1.5 mm ส่วนพลาสติกที่ใช้ในการผลิตมีหลายชนิด เช่น PVC แบบใสๆ, PETG, Styrene เป็นต้น นิยมผลิตเป็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นบรรจุภัณฑ์ หรือ packaging ทั้งหลายนั่นเอง ยกตัวอย่างเช่น ขวดนม ถ้วยไอศกรีม กล่องสำหรับใส่อาหาร ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ เป็นต้น ซึ่งในการผลิตต่อครั้งจะมีจำนวนมากๆ

Thermoforming แบบหนา คือกระบวนการที่เหมาะกับชิ้นงานที่มีความหนาตั้งแต่ 1.5 – 7.8 mm วัสดุที่ใช้ผลิตจะเป็นพวก flame-retardant อย่างเช่น ABS เนื่องจากทำให้การติดไฟและลุกลามของไฟช้าลง Polycarbonate และ PC-ABS blend โดยผลิตภัณฑ์ที่ใช้กระบวนการนี้จะมีชิ้นส่วนโครงสร้างที่ต้องการความแข็งแรง ได้แก่ ประตูรถ แท่นรองสินค้าต่างๆ เป็นต้น และสามารถผลิตจำนวนน้อยชิ้นได้

vacuum forming processing

(http://www.decc.or.th)

temp material for vacuum

(https://www.vaquform.com)

STEP 5: รอให้เย็นตัวลง

เมื่ออากาศทั้งหมดถูกลดลงออกจากใต้พลาสติก จะเกิดการแข็งตัวและคงรูปตามที่ถูกสร้างขึ้นบนแม่พิมพ์ จากนั้นให้เอาชิ้นส่วนที่เกิดขึ้นแล้ววางทิ้งไว้ให้เย็น แม่พิมพ์จะไม่ติดกับชิ้นงานของเรา

cool down vacuum forming

(https://toms3d.org)

model vacuum forming

(https://toms3d.org)

STEP 6: ตัดและตกแต่ง

หลังจากที่ได้ผลิตชิ้นส่วนตามจำนวนที่ต้องการแล้วให้ตัดชิ้นส่วนพลาสติกที่เหลือทิ้ง และสามารถดูได้ว่าแผ่นพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วยกระบวนการสูญญากาศมีความสมบูรณ์แล้วหรือไม่ เป็นอันเสร็จสิ้นกระบวนการและยังได้ชิ้นงานในเวลาอันรวดเร็วอีกด้วย

model vacuum forming

(http://www.ne-stuff.net)

เครื่อง Vacuum เริ่มต้นที่แนะนำ

เครื่องแวคคัมในอุตสาหกรรม หากคนทั่วต้องการซื้อหามาใช้ อาจจะถอยหลังไปเลย เนื่องจากราคาเริ่มต้นหลักแสนบาท แต่ปัจจุบัน มีการประยุกต์เอาบอร์ดและชิ้นส่วนของ Arduino มาช่วยในการผลิตเป็นเครื่องขนาดกระทัดรัดพกพาสะดวก ราคาลดลงมาหลายเท่า ตัวที่มานำเสนอก็เป็นตัวที่นิยมใน Makerspace Makerlab และฝั่ง R&D ที่ใช้งานไม่ยาก ลงทุนต่ำ ใครสนใจก็ลองค้นหาข้อมูลตามอินเตอร์เน็ททั่วไปได้

– VAQUFORM

Product Dimensions, L x W x H:    340 x 477 x 425 mm
Sheet Size:   320 x 240 mm
Sheet Thickness:   2 mm, max thickness
Heater Power:   1200 watts
Max Vacuum Pressure:   Stage 1: 20 kPa (2.9 psi); Stage 2: 85 kPa (12.3 psi)
Power Source:   110 to 220 AC, wall outlet
Forming Envelope, L x W x H:  Approx. 220 x 300 x 160 mm

vacuum forming machine
material vacuum forming
sample vacuum forming
vacuum forming machine

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

การทดสอบสมบัติของวัสดุขั้นสูงในห้องแลป มีอะไรบ้าง

บทความนี้เพิ่มเติมจากบทความเดิม (การวัดความแข็งแรงของชิ้นงานที่ผลิตจากเครื่อง 3D Printer) เน้นใช้คำศัพท์เทคนิคให้น้อยที่สุด เพื่อให้คนทั่วไปเข้าใจได้ง่าย ดังนั้นบุคคลทั่วไป นักวิจัย

อ่านต่อ
3D Printing Technology

Formlabs Materials มีกี่ชนิด เลือกใช้ยังไง

Standard Resin เป็นเรซินกลุ่มเริ่มต้นของ Formlabs เน้นใช้งานง่าย ให้รายละเอียดคมชัด ความแข็งแรงอยู่ในระดับกลางๆ เหมาะสำหรับการทำงานต้นแบบ

อ่านต่อ