เครื่อง Vacuum Forming ทำงานอย่างไร ?
การขึ้นรูปแบบ Vacuum หรือ Thermoforming เป็นการอัดขึ้นรูปพลาสติกแผ่น ให้กลายเป็นรูปร่างที่ต้องการ ไม่ซับซ้อน เน้นการใช้งานเป็นบรรจุภัณฑ์ เช่น ถาดหลุมใส่ของ แผ่นซีลปิดชิ้นงาน หรือในระดับอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ ที่มีเครื่องจักรพลังงานสูงสามารถอัดขึ้นรูปเป็นชิ้นส่วนใช้ในรถยนต์ได้เลย (คลิ๊กที่ภาพเพื่อดูที่มา)
หลักการทำงานทั่วไปมีหลายแบบตามหลักวิชาการ แต่บทความนี้แนะนำขั้นตอนง่ายๆ ดังนี้
- ให้ความร้อนกับแผ่นฟิล์ม จนถึงจุดที่เริ่มอ่อนตัว (ขึ้นอยู่กับพลาสติกฟิล์มแต่ละชนิด)
- จากนั้นจึงใช้การกดหรือดันแผ่นฟิล์มให้เข้ากับ แบบ แม่พิมพ์ (mold) แล้วใช้ลมดูดเข้าให้ติดกับแม่พิมพ์ (Vacuum)
- การปลอดชิ้นงานออกจากพิมพ์ใช้ลมในการเป่าออก (blow) เพื่อให้ไม่ให้แผ่นฟิล์มที่เข้ารูปแล้วเสียหาย จากการแกะด้วยมือ ขั้นตอนนี้อาจะมีหรือไม่มีก็ได้ สำหรับเครื่องขนาดเล็ก แต่ในระดับอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมี เพราะแรงคนไม่สามารถปลดชิ้นงานจากแม่พิมพ์ได้
ที่มา: http://www.euroextrusions.com/the-principle-of-thermoforming, Understanding Thermoforming
กระบวนการ thermoforming
อีกแบบที่ใช้แบ่งกระบวนการของ thermoforming คือความหนาของชิ้นงาน ซึ่งส่งผลต่อความสามารถของเครื่องจักร ทักษะในการใช้งาน รวมถึงแม่พิมพ์ที่ต้องแข็งแรง ออกแบบมาอย่างดี สำหรับงานที่มีความหนาๆมาก ต้องใช้แรงดูดสูง (high vacuum)
Thermoforming แบบบาง 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
ข้อดีของกระบวนการ Vacuum Forming
จากข้อมูลการทำงานที่กล่าวมา สรุปได้ว่าขั้นตอนการผลิตสำหรับงานระดับเริ่มต้น ไม่ได้ซับซ้อน หรือใช้ทักษะมากนัก ดังนั้นจึงสามารถผลิตชิ้นงานจำนวนมาก (mass production)ได้ง่ายกว่าการขึ้นรูปพลาสติกกระบวนอื่นๆ (เช่น งานฉีด งานรีด หรืองานอัด) รวมไปถึงมีต้นทุนที่ต่ำกว่าทั้งด้านเครื่องจักร รายละเอียดปลีกย่อยสามารถสรุปรวมๆได้ดังนี้
- ต้นทุนการผลิตต่ำ
- แม่พิมพ์ออกแบบได้ง่ายกว่ากระบวนการอื่นๆ
- ใช้ทักษะการทำงานกับเครื่องจักรน้อยกว่า
- ราคาเครื่องระดับเริ่มต้นถูกกว่า
- สามารถใช้งานได้ตั้งแต่ระดับเด็กสำหรับงานง่ายๆ จนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดเลก
(http://www.graphicproducts.weebly.com)
ข้อด้อยของกระบวนการ Vacuum Forming
ข้อด้อยของกระบวนการนี้ คงเป็นเรื่องรูปร่างของชิ้นงานที่ผลิตได้จะเป็นลักษณะ 2.5D คือไม่สามารถขึ้นเป็น 3D ได้เต็มรูปแบบ รวมทั้ง ไม่สามารถมีรายละเอียดภายในชิ้นงานได้เลย (undercut, internal feature) ในเรื่องของชิ้นงานมีโอกาสพบความหนาของชิ้นงานที่ไม่เท่ากันตลอด เนื่องจากบางส่วนยืดมาก บางส่วนยืดน้อย ดังนั้น ขึ้นอยู่ฝ่ายออกแบบแม่พิมพ์ ที่ต้องคำนึงถึงการผลิตหน้างานจริง ชดเชยความแข็งแรงของส่วนบางที่ต่ำกว่าส่วนอื่น
ปัจจุบันในทางวิศวกรรมก็มีโปรแกรมวิเคราะห์ช่วยเหนือในการคำนวนความหนาแต่ละจุด หลังการขึ้นรูป เพื่อนำไปปรับปรุงแม่พิมพ์อีกที
ความหนาบริเวณก้นจะบางกว่าส่วนอื่นๆ ดังนั้นต้องคำนวนการใช้งานเชิงวิศวกรรมให้ดีว่า หากใส่ของไปแล้วจะไม่เสียหาย ณ จุดนั้น
วัสดุที่ใช้สำหรับการขึ้นรูป
ชนิดของพอลิเมอร์หรือพลาสติกที่นิยมนำมาขึ้นรูปโดยกระบวนการ thermoforming เช่น ABS Nylon HIPS PP PET PS HDPE LDPE PMMA เป็นต้น สามารถสร้างแม่พิมพ์ที่เราต้องการได้จาก 3D Printer หรือสร้างผลิตภัณฑ์จากอาศัยเครื่อง 3D Printer ได้เลย
ในปัจจุบันได้มีการเริ่มนำวัสดุพลาสติกชีวภาพ PLA PHA พอลิเมอร์ผสมแป้งเป็นองค์ประกอบ เข้ามาใช้ในกระบวน thermoforming มากขึ้น
สำหรับกระบวนการที่มีความเกี่ยวข้องกับอุณหภูมิและความร้อน ดังนั้นวัสดุที่เราจะต้องมีการตรวจสอบพลาสติกก่อนนำมาใช้ในกระบวนนี้ เพื่อให้เกิดความสัมพันธ์กัน อย่างถูกต้องและเหมาะสม สิ่งนี้จะทำให้มั่นใจถึงผลลัพธ์ที่สอดคล้องกัน เครื่องบางเครื่องมีตัวจับเวลาเพื่อช่วยเหลือผู้ใช้ในการตัดสินใจ แต่อย่างไรก็ตาม จะต้องสังเกตการดูดและการยุบตัวขณะใช้งานด้วย จะได้ตัดสินใจว่าพลาสติกนั้นพร้อมหรือไม่
(https://www.vaquform.com)
การนำ Vacuum forming ไปใช้งาน
ปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจากกระบวนการ Thermoforming มีหลากหลายมากขึ้น และนำไปใช้งานได้มากมาย อย่างเช่น
– Packaging
– Appliance
– Signs หรือ Display
– Automotive
– Building products
– Aircraft
– Mold
แม่พิมพ์ Vacuum Forming จากเครื่อง 3D Printer
ปัจจุบันเครื่องพิมพ์ 3 มิติ ราคาถูกมากขึ้น ทำให้คนที่ใช้งานสามารถลดต้นทุนค่าแม่พิมพ์ไปได้เยอะ โดยเลือกใช้วัสดุที่ทนร้อนสูงหน่อย เช่น ABS PC Nylon แล้วนำชิ้นงานมาขัดผิวให้เรียบอีกต่อหนึ่ง (ป้องกันปัญหาแวคแล้วฟิล์มติดแม่พิมพ์แกะไม่ออก) ดูตัวอย่างจาก Makerbot ที่นำเสนอการใช้งานจริงในอุตสาหกรรม
Ultimate Guide to Vacuum Forming 3D Prints | MakerBot 3D Printers
บทความการออกแบบแม่พิมพ์สำหรับงาน Vaccum
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
2 thoughts on “Vacuum Forming Machine เครื่องมือผลิตชิ้นงานตัวใหม่ของชาว Maker”
อยากทราบราคาค่ะ
ติดต่อ 064-931-9191 ได้เลยค่ะ