การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบ DFM และ DFA ตอน 3

จากที่เคยเขียนไปแล้วถึงหลักการของ Design for manufacturing (DFM) และ Design for assembly (DFA) เพื่อวัตถุประสงค์สำหรับการลดขั้นตอน เวลา และลดต้นทุนการผลิต โดยที่ยังคงคุณภาพของชิ้นงานไว้เหมือนเดิม รวมไปถึงหลักการของ DFM ทั้ง 14 แนวทาง (การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบ DFM และ DFA ตอน 1การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบ DFM และ DFA ตอน 2) วันนี้จะมาพูดลึกลงไปถึง เทคนิคในการออกแบบของ DFA และ DFM และรวมไปถึงข้อแนะนำของชิ้นส่วนที่ออกแบบ สำหรับผลิตด้วยวิธีการต่างๆ

เทคนิคของการ ลดจำนวนของชิ้นส่วน (Minimize part)

โดยพยายามรวมหลายๆ ฟังก์ชั่นการทำงาน ของชิ้นงานไว้ในชิ้นส่วนเดียว โดยที่ยังสามารถผลิตชิ้นส่วนนั้นได้ การจะตัดสินใจว่าชิ้นส่วน ควรจะแยกหรือรวมกัน ควรพิจารณาดังนี้

  • ชิ้นส่วนนั้น มีการเคลื่อนไหวที่เกี่ยวข้องกับชิ้นส่วนอื่นๆ หรือไม่
  • ชิ้นส่วนนั้น จะต้องเป็นฉนวนกันไฟฟ้าหรือความร้อน หรือไม่
  • ชิ้นส่วนนั้น จำเป็นจะต้องใช้วัสดุที่แตกต่างกับชิ้นส่วนอื่นๆ หรือไม่
  • ถ้ารวมชิ้นส่วนเข้าด้วยกันแล้ว ส่งผลกระทบกับชิ้นส่วนอื่นเวลาประกอบเข้าด้วยกัน หรือไม่
  • ถ้ารวมชิ้นส่วนเข้าด้วยกันแล้ว จะมีผลกระทบใดๆ ต่อผลิตภัณฑ์ในทางที่แย่ลง หรือไม่
  • ถ้าคำตอบของคำถามทั้งหมดคือ “ไม่” เราควรพิจารณาที่จะ รวมชิ้นส่วนเข้าด้วยกัน

หรืออาจพิจารณาด้วยปัจจัยดังนี้ (เทคนิคของการ ลดจำนวนของชิ้นส่วน (Minimize part) ของ Boothroyd เมื่อปี 1982)

  • ถ้าชิ้นส่วนนั้นต้องมีการเคลื่อนไหว หรือ kinematic motion
  • ถ้าชิ้นส่วนนั้นต้องใช้วัสดุที่แตกต่างกับชิ้นส่วนอื่น
  • ถ้าชั้นส่วนนั้นทำให้เกิดปัญหา หรือส่งผลกระทบกับการประกอบ
  • ถ้าไม่มีส่วนใดของชิ้นส่วน เกี่ยวข้องกับ การเคลื่อนไหว การใช้วัสดุ หรือส่งผลกระทบต่อการประกอบ ชิ้นส่วนนั้นๆ ก็ไม่จำเป็นต้องแยกเป็นหลายๆ ชิ้น

หลักการออกแบบชิ้นส่วนแต่ละชั้นส่วนขึ้นกับ ขั้นตอนการผลิต ดังนั้นผู้ออกแบบต้องเข้าใจ ขั้นตอนการผลิตต่างๆ ในอุตสาหกรรม เข้าใจถึง ความสามารถ ข้อจำกัด ข้อดี ข้อเสีย ทั้งหมด เพื่อให้การออกแบบชิ้นส่วนนั้นสามารถผลิตได้ และที่สำคัญคือ ผลิตได้ง่าย

ข้อแนะนำของชิ้นส่วนที่ออกแบบ สำหรับผลิตด้วยวิธีการฉีด หรือ Injection Molding

DFA-DFM-Injection Molding 001

  • กำหนดหรือเพิ่ม draft angle หรือ องศาสำหรับการถอดชิ้นงาน ให้กับชิ้นส่วน เพื่อให้สามารถ ถอดชิ้นส่วนออกจากแม่พิมพ์ได้
  • ออกแบบให้ชิ้นงานมีความบางมากที่สุด ที่จะทำได้ เพื่อลดเวลาการฉีด และต้นทุน

DFA-DFM-Injection Molding 002

  • กำหนดให้ความหนาของ rib นั้นน้อยกว่า 60% ของความหนาชิ้นงาน เพื่อป้องกันปัญหาการ sink ของชิ้นงาน
  • ต้องมีการลบคมที่ทุกมุมของชิ้นงาน เพื่อช่วยในการไหลของพลาสติกเหลวและลด stress ที่จะเกิดบนชิ้นงาน

DFA-DFM-Injection Molding 003

  • ถ้าต้องมีการเปลี่ยนเปลี่ยนความหนาของชิ้นงาน ต้องเปลี่ยนแบบ smooth ตามรูป แต่ถ้าเลี่ยงได้ ชิ้นงานควรมีความหนาที่เท่ากัน
  • ถ้าต้องมี bosses พยายามให้ความหนารอบๆ bosses นั้นเท่าหรือใกล้เคียงกัน
  • ออกแบบด้วย Tolerance มาตรฐาน หรือ standard general tolerances เพื่อให้การผลิตนั้นง่าย ตามข้อมูลแนะนำตามตารางด้านล่าง

DFA-DFM-Injection Molding 004

Dimension Tolerance Dimension Tolerance
0 ≤ d ≤ 25 ± 0.5 mm 0 ≤ d ≤ 1.0 ± 0.02 inch
25 ≤ d ≤ 125 ± 0.8 mm 1 ≤ d ≤ 5.0 ± 0.03 inch
125 ≤ d ≤ 300 ± 1.0 mm 5 ≤ d ≤ 12.0 ± 0.04 inch
300 ± 1.5 mm 12.0 ± 0.05 inch
  • ความหนาต่ำสุดแนะนำที่ 0.025 นิ้ว หรือ 0.65 mm สำหรับงานชิ้นใหญ่ ความหนาต่ำสุดแนะนำที่ 0.125 นิ้ว
  • ค่ารัศมีของการ fillet ทั้งมุมแบบนอกและใน (interior/exterior corners) แนะนำที่ 0.01 – 0.015 นิ้ว เพื่อป้องการการแตกหัก

ในบทความต่อไปจะเขียนถึง ข้อแนะนำของชิ้นส่วนที่ออกแบบ (การออกแบบเพื่อการผลิตและการประกอบ DFM และ DFA ตอน 4 (จบ))

  • สำหรับผลิตด้วยวิธีการฉีด แบบ Rotational Molding
  • สำหรับผลิตด้วยแผ่นคลี่ หรือ Sheet-metal Forming
  • สำหรับผลิตด้วยวิธีการหล่อ หรือ Casting

รวมรวมจากบทวิจัยของ : Ken Youssefi, UC Berkeley