เครื่อง Vacuum Forming ทำงานอย่างไร ?
รู้จักกระบวนการ Thermoforming ตั้งแต่หลักการทำงานจนถึงการใช้งาน การขึ้นรูปพลาสติกด้วย Vacuum Forming หรือหนึ่งในกระบวนการของ Thermoforming เป็นวิธีการผลิตชิ้นงานพลาสติกที่อาศัยความร้อนและแรงดูดสุญญากาศในการทำให้แผ่นพลาสติกอ่อนตัวและแนบไปตามรูปร่างของแม่พิมพ์ จนได้ชิ้นงานตามรูปทรงที่ต้องการ
กระบวนการนี้มีจุดเด่นเรื่อง ต้นทุนแม่พิมพ์ไม่สูง กระบวนการผลิตไม่ซับซ้อน และเหมาะกับการผลิตชิ้นงานจำนวนมาก โดยเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่มีลักษณะเป็นชิ้นงานเปลือกบาง เช่น บรรจุภัณฑ์ ถาดพลาสติก ฝาครอบ ชิ้นส่วนตกแต่ง และชิ้นส่วนยานยนต์
นอกจากนี้ Vacuum Forming ยังสามารถใช้ได้ตั้งแต่งานต้นแบบและงานขนาดเล็ก ไปจนถึงระบบการผลิตระดับอุตสาหกรรม
Vacuum Forming คืออะไร ?
Vacuum Forming คือกระบวนการขึ้นรูปแผ่นพลาสติกด้วยความร้อน โดยนำแผ่นพลาสติกไปให้ความร้อนจนเกิดการอ่อนตัว จากนั้นนำแผ่นพลาสติกไปวางบนหรือเหนือแม่พิมพ์ แล้วใช้ระบบสุญญากาศดูดอากาศระหว่างแผ่นพลาสติกกับแม่พิมพ์ออก
เมื่ออากาศถูกดูดออก แรงดันบรรยากาศจะช่วยกดแผ่นพลาสติกให้นาบไปตามพื้นผิวของแม่พิมพ์ เมื่อพลาสติกเย็นตัวลงก็จะคงรูปตามแม่พิมพ์ พูดให้เข้าใจง่ายคือ
ให้ความร้อน → พลาสติกอ่อนตัว → วางบนแม่พิมพ์ → ดูดอากาศออก → พลาสติกแนบตามแม่พิมพ์ → ทำให้เย็น → นำชิ้นงานออก
จึงเป็นกระบวนการที่สามารถผลิตชิ้นงานรูปร่างซับซ้อนได้โดยไม่จำเป็นต้องใช้แม่พิมพ์แบบปิดประกบเหมือนกระบวนการฉีดพลาสติก
 |
 |
 |
หลักการทำงานทั่วไปมีหลายแบบตามหลักวิชาการ แต่บทความนี้แนะนำขั้นตอนง่ายๆ ดังนี้
- ให้ความร้อนกับแผ่นฟิล์ม จนถึงจุดที่เริ่มอ่อนตัว (ขึ้นอยู่กับพลาสติกฟิล์มแต่ละชนิด)
- จากนั้นจึงใช้การกดหรือดันแผ่นฟิล์มให้เข้ากับ แบบ แม่พิมพ์ (mold) แล้วใช้ลมดูดเข้าให้ติดกับแม่พิมพ์ (Vacuum)
- การปลดชิ้นงานออกจากพิมพ์ใช้ลมในการเป่าออก (blow) เพื่อให้ไม่ให้แผ่นฟิล์มที่เข้ารูปแล้วเสียหาย จากการแกะด้วยมือ ขั้นตอนนี้อาจะมีหรือไม่มีก็ได้ สำหรับเครื่องขนาดเล็ก แต่ในระดับอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมี เพราะแรงคนไม่สามารถปลดชิ้นงานจากแม่พิมพ์ได้
ส่วนของแม่พิมพ์บางครั้งก็มีแบบนูนออกมา (positive mold) หรือเป็นหลุมลึกลงไป (negative mold) ขึ้นอยู่กับรูปทรง รูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการขึ้นรูป
วิดีโอตัวอย่างการทำงานของ Desktop Vaccum Forming
กระบวนการ thermoforming
จากข้อมูลการทำงานที่กล่าวมา สรุปได้ว่าขั้นตอนการผลิตสำหรับงานระดับเริ่มต้น ไม่ได้ซับซ้อน หรือใช้ทักษะมากนัก ดังนั้นจึงสามารถผลิตชิ้นงานจำนวนมาก (mass production)ได้ง่ายกว่าการขึ้นรูปพลาสติกกระบวนอื่นๆ (เช่น งานฉีด งานรีด หรืองานอัด) รวมไปถึงมีต้นทุนที่ต่ำกว่าทั้งด้านเครื่องจักร รายละเอียดปลีกย่อยสามารถสรุปรวมๆได้ดังนี้
- ต้นทุนการผลิตต่ำ
- แม่พิมพ์ออกแบบได้ง่ายกว่ากระบวนการอื่นๆ
- ใช้ทักษะการทำงานกับเครื่องจักรน้อยกว่า ราคาเครื่องระดับเริ่มต้นถูกกว่า
- สามารถใช้งานได้ตั้งแต่ระดับเด็กสำหรับงานง่ายๆ จนไปถึงอุตสาหกรรมขนาดเล็ก
แม่พิมพ์ Vacuum Forming มีกี่แบบ ?
รูปแบบของแม่พิมพ์มีผลโดยตรงต่อรูปร่าง ความหนา และคุณภาพของชิ้นงาน โดยทั่วไปสามารถแบ่งตามลักษณะพื้นผิวของแม่พิมพ์ได้เป็น 2 รูปแบบหลัก
1. Positive Forming Positive Mold หรือ Male Mold
เป็นแม่พิมพ์ที่มีลักษณะนูนขึ้นมา โดยแผ่นพลาสติกจะถูกดึงให้แนบไปกับด้านนอกของแม่พิมพ์ ข้อดีคือเหมาะกับชิ้นงานที่ต้องการควบคุมรูปร่างด้านนอกเป็นหลัก อย่างไรก็ตาม บริเวณที่พลาสติกถูกยืดมากอาจมีความบางลง จึงต้องพิจารณาการกระจายตัวของวัสดุให้เหมาะสม
2. Negative Forming Negative Mold หรือ Female Mold
เป็นแม่พิมพ์ที่มีลักษณะเป็นโพรงหรือหลุม แผ่นพลาสติกจะถูกดูดลงไปตามพื้นที่ด้านในของแม่พิมพ์ วิธีนี้เหมาะกับชิ้นงานที่ต้องการรายละเอียดบริเวณพื้นผิวด้านในหรือรูปร่างแบบถาดและภาชนะ การเลือกใช้ Positive หรือ Negative Mold จึงไม่ได้มีสูตรตายตัว แต่ขึ้นอยู่กับรูปทรงของผลิตภัณฑ์ ความต้องการด้านรายละเอียด ความหนาของวัสดุ และวิธีการถอดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์
วัสดุที่ใช้กับ Vacuum Forming มีอะไรบ้าง ?
Vacuum Forming สามารถใช้กับแผ่นเทอร์โมพลาสติกได้หลายชนิด โดยวัสดุที่เลือกใช้จะขึ้นอยู่กับลักษณะการใช้งาน
แต่ไม่ใช่พลาสติกทุกชนิดจะเหมาะกับ Vacuum Forming ในลักษณะเดียวกัน เพราะอุณหภูมิการขึ้นรูป การยืดตัว และพฤติกรรมเมื่อได้รับความร้อนของแต่ละวัสดุแตกต่างกัน
Vacuum Forming เหมาะกับงานประเภทไหน ?
จุดเด่นของ Vacuum Forming คือสามารถผลิตชิ้นงานที่มีรูปร่างเป็นเปลือกหรือชิ้นงานผนังบางได้อย่างรวดเร็ว จึงพบการใช้งานในหลายอุตสาหกรรม
บรรจุภัณฑ์ เป็นหนึ่งในการใช้งานที่พบได้มาก เช่น
- ถาดใส่อาหาร
- ถาดใส่สินค้า
- Blister Packaging
- ฝาครอบสินค้า
- แผ่นซีล
- ถาดสำหรับจัดเรียงชิ้นส่วน
อุตสาหกรรมยานยนต์ สามารถนำไปใช้ผลิตชิ้นส่วนที่มีลักษณะเป็นเปลือกหรือแผงพลาสติก เช่น
- แผงตกแต่ง
- ฝาครอบ
- Interior Parts
- ชิ้นส่วนสำหรับต้นแบบรถยนต์
- ชิ้นส่วนตกแต่งภายใน
งานต้นแบบและการออกแบบผลิตภัณฑ์ Vacuum Forming เหมาะกับการสร้าง Prototype ที่ต้องการดูรูปร่างจริงของผลิตภัณฑ์ ก่อนเข้าสู่กระบวนการผลิตจริง โดยเฉพาะผลิตภัณฑ์ที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งการสร้างแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกอาจมีต้นทุนสูงเกินไปสำหรับขั้นตอนการทดลอง
งานอุตสาหกรรม เครื่อง Vacuum Forming ขนาดใหญ่สามารถใช้ผลิตชิ้นส่วนที่มีขนาดตั้งแต่เล็กไปจนถึงขนาดใหญ่ เช่น
- ฝาครอบเครื่องจักร
- ชิ้นส่วนยานยนต์
- อุปกรณ์ภายใน และชิ้นส่วนสำหรับอุตสาหกรรมต่าง ๆ
ข้อดีของ Vacuum Forming Vacuum Forming
มีข้อดีหลายประการเมื่อเทียบกับกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกบางประเภท
1.ต้นทุนแม่พิมพ์ต่ำกว่า
แม่พิมพ์ Vacuum Forming มีโครงสร้างไม่ซับซ้อนเท่าแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก จึงสามารถลดต้นทุนในขั้นตอนการพัฒนาได้ โดยเฉพาะงาน Prototype หรือการผลิตจำนวนไม่มาก
2.ผลิตชิ้นงานได้รวดเร็ว
กระบวนการขึ้นรูปใช้ขั้นตอนไม่มาก ทำให้สามารถผลิตชิ้นงานจำนวนมากได้ในระยะเวลาที่เหมาะสม
3.เหมาะกับชิ้นงานขนาดใหญ่
Vacuum Forming สามารถผลิตชิ้นงานขนาดใหญ่ที่อาจมีต้นทุนสูงหากใช้กระบวนการฉีดพลาสติก
4.เครื่องจักรมีตั้งแต่ขนาดเล็กถึงระดับอุตสาหกรรม
ปัจจุบันมีทั้ง Desktop Vacuum Forming สำหรับงานทดลอง งานการศึกษา และงานต้นแบบ ไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมที่สามารถทำงานแบบอัตโนมัติและรองรับการผลิตปริมาณสูง
5.สามารถทำแม่พิมพ์ต้นแบบได้ง่าย
แม่พิมพ์สำหรับ Vacuum Forming สามารถผลิตจากวัสดุหลายชนิด เช่น ไม้ MDF เรซิน พลาสติก หรือโลหะ ขึ้นอยู่กับจำนวนการผลิตและความต้องการด้านความทนทาน
ข้อจำกัดของ Vacuum Forming
แม้ Vacuum Forming จะมีข้อดีหลายด้าน แต่ก็มีข้อจำกัดที่ควรพิจารณา
1.ความหนาของชิ้นงานไม่สม่ำเสมอ
เมื่อแผ่นพลาสติกถูกยืดออก บริเวณที่มีการยืดมากอาจมีความบางกว่าบริเวณอื่น
2.ไม่ได้เหมาะกับชิ้นงานทุกประเภท
Vacuum Forming เหมาะกับชิ้นงานลักษณะเปลือกหรือผนังบางมากกว่าชิ้นงานตันที่ต้องการความหนาสม่ำเสมอ
3.รายละเอียดบางอย่างอาจทำได้ยาก
หากแม่พิมพ์มีมุมแคบหรือรายละเอียดซับซ้อนมาก อาจทำให้พลาสติกไม่สามารถแนบเข้ากับแม่พิมพ์ได้อย่างสมบูรณ์
4.ต้องออกแบบแม่พิมพ์ให้ถอดชิ้นงานได้
แม่พิมพ์ควรมี Draft Angle หรือมุมสำหรับช่วยให้ถอดชิ้นงานได้ง่าย หากออกแบบให้มีส่วนที่ล็อกหรือ Undercut มากเกินไป อาจทำให้ไม่สามารถถอดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ได้
5.มีวัสดุเหลือจากการตัดแต่ง
บริเวณขอบของแผ่นพลาสติกจะต้องถูกตัดออกหลังการขึ้นรูป ทำให้เกิดเศษวัสดุ ซึ่งบางชนิดสามารถนำกลับมารีไซเคิลได้ แต่ขึ้นอยู่กับชนิดของพลาสติกและกระบวนการผลิต
Vacuum Forming กับ 3D Printing แตกต่างกันอย่างไร ?
Vacuum Forming และ 3D Printing เป็นเทคโนโลยีการผลิตที่มีจุดเด่นแตกต่างกัน และสามารถนำมาใช้ร่วมกันได้
ในบางกรณี 3D Printing สามารถนำมาใช้ผลิตแม่พิมพ์สำหรับ Vacuum Forming ได้โดยตรง ซึ่งเป็นแนวทางที่น่าสนใจสำหรับการทำ Prototype หรือการผลิตจำนวนน้อย เพราะสามารถเปลี่ยนแบบแม่พิมพ์จากไฟล์ดิจิทัลได้รวดเร็ว
3D Printing + Vacuum Forming: เทคโนโลยีที่ทำงานร่วมกันได้
การนำ 3D Printing มาผลิตแม่พิมพ์สำหรับ Vacuum Forming ช่วยลดระยะเวลาในการพัฒนาแม่พิมพ์ได้อย่างมาก ตัวอย่างกระบวนการคือ
ออกแบบ CAD → 3D Print แม่พิมพ์ → นำแม่พิมพ์เข้า Vacuum Forming → ขึ้นรูปแผ่นพลาสติก → ตัดแต่ง → ได้ชิ้นงาน
แนวทางนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ
- การทำ Prototype
- การทดสอบผลิตภัณฑ์
- การสร้างบรรจุภัณฑ์ต้นแบบ
- การผลิตชิ้นงานจำนวนไม่มาก
- การทดลองรูปทรงหลายแบบ
- งาน Custom Product
อย่างไรก็ตาม หากนำแม่พิมพ์ 3D Printed ไปใช้งานจริง ควรพิจารณาความทนความร้อน ความแข็งแรงของวัสดุ และจำนวนรอบการขึ้นรูปที่ต้องการ เพราะแม่พิมพ์แต่ละชนิดมีอายุการใช้งานแตกต่างกัน
สรุป
Vacuum Forming หรือ Thermoforming เป็นกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกที่อาศัยความร้อนและแรงดันสุญญากาศในการทำให้แผ่นพลาสติกเปลี่ยนรูปร่างตามแม่พิมพ์ กระบวนการหลักเริ่มจาก
การให้ความร้อน → ทำให้พลาสติกอ่อนตัว → ขึ้นรูปกับแม่พิมพ์ → ดูดสุญญากาศ → ทำให้เย็น → ถอดชิ้นงาน → ตัดแต่ง
จุดเด่นของเทคโนโลยีนี้คือ กระบวนการไม่ซับซ้อน ต้นทุนแม่พิมพ์ไม่สูง ผลิตได้รวดเร็ว และสามารถรองรับชิ้นงานขนาดใหญ่ จึงเหมาะทั้งสำหรับงาน Prototype บรรจุภัณฑ์ งานออกแบบผลิตภัณฑ์ และการผลิตระดับอุตสาหกรรม
ที่สำคัญ Vacuum Forming ยังสามารถทำงานร่วมกับ 3D Printing ได้อย่างลงตัว โดยใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติสร้างแม่พิมพ์ต้นแบบ ก่อนนำไปขึ้นรูปด้วยระบบ Vacuum Forming ทำให้การพัฒนาผลิตภัณฑ์สามารถทำได้รวดเร็วและมีความยืดหยุ่นมากขึ้น
ดังนั้น หากต้องการผลิตชิ้นงานพลาสติกที่มีลักษณะเป็นเปลือก ผนังบาง หรือบรรจุภัณฑ์จำนวนมาก Vacuum Forming ถือเป็นอีกหนึ่งเทคโนโลยีที่น่าสนใจและคุ้มค่าสำหรับการผลิต
FAQ คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับ Vacuum Forming
Vacuum Forming ต่างจาก Thermoforming หรือไม่ ?
Vacuum Forming ถือเป็นหนึ่งในกระบวนการ Thermoforming โดย Thermoforming เป็นคำที่ใช้เรียกรวมกระบวนการขึ้นรูปแผ่นพลาสติกด้วยความร้อน ส่วน Vacuum Forming เป็นกระบวนการที่ใช้สุญญากาศช่วยดึงแผ่นพลาสติกให้แนบกับแม่พิมพ์
Vacuum Forming ใช้พลาสติกอะไรได้บ้าง ?
สามารถใช้เทอร์โมพลาสติกได้หลายชนิด เช่น ABS, HIPS, PETG, PVC, PP, PE, PMMA และ PC แต่ต้องเลือกวัสดุให้เหมาะสมกับอุณหภูมิและลักษณะการขึ้นรูปของเครื่อง
สามารถใช้ 3D Printer ทำแม่พิมพ์ Vacuum Forming ได้หรือไม่ ?
ได้ โดยเฉพาะงาน Prototype และงานผลิตจำนวนน้อย แต่ควรเลือกวัสดุสำหรับพิมพ์ 3 มิติที่สามารถทนต่ออุณหภูมิและแรงที่เกิดขึ้นระหว่างการขึ้นรูปได้
Vacuum Forming เหมาะกับการผลิตจำนวนมากหรือไม่ ?
เหมาะ โดยเฉพาะชิ้นงานที่มีรูปร่างไม่ซับซ้อนและเป็นชิ้นงานเปลือกบาง เครื่องระดับอุตสาหกรรมสามารถเพิ่มระบบอัตโนมัติสำหรับการให้ความร้อน ขึ้นรูป ตัดแต่ง และปลดชิ้นงาน เพื่อรองรับการผลิตปริมาณสูง
Vacuum Forming เหมาะกับการทำ Prototype หรือไม่ ?
เหมาะมาก เพราะต้นทุนแม่พิมพ์สามารถต่ำกว่ากระบวนการฉีดพลาสติก และสามารถพัฒนาแม่พิมพ์ใหม่ได้รวดเร็ว โดยเฉพาะเมื่อใช้ 3D Printing เข้ามาช่วยผลิตแม่พิมพ์ต้นแบบ
