การออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก plastic product design ตอน 6

ในปัจจุบันอุตสหกรรมการผลิตชิ้นส่วนด้วยพลาสติกนั้นเติบโต และเป็นประโยชน์ต่ออุตสาหกรรมโดยรวมเป็นอย่างมาก ดังนั้นยิ่งเรามีความสามารถในการออกแบบชิ้นส่วนเพื่อการผลิตด้วยพลาสติกได้ดีเท่าไหร่ เรายิ่งมีความได้เปรียบคู่แข่ง มากขึ้นเท่านั้น วันนี้จึงอยากจะนำความรู้เกี่ยวกับ การออกแบบผลิตภัณฑ์พลาสติก Plastic product design เช่น ribs, wall thickness, bosses, gussets และ draft มาฝากทุกคน

บทความในชุดนี้ประกอบด้วย

Wall thickness

การออกแบบชิ้นส่วนพลาสติก ไม่ว่าจะเป็นการออกแบบใหม่ หรือในกรณีที่ต้องการเปลี่ยนจากโลหะมาเป็นพลาสติก จำเป็นต้องมีการลดเนื้อของวัสดุเพื่อป้องกันปัญหา sinks หรือ voids ที่จะเกิดบนชิ้นงานหลังฉีดออกมา เพื่อป้องกันปัญหา sinks หรือ voids ในขึ้นตอนการออกแบบควรพิจารณาดังนี้

  • ทำการลดเนื้อวัสดุ (หรืออาจเรียกว่า คว้าน หรือ coring) ในส่วนที่มีความหนามาก เพื่อให้ความหนาโดยรวม (หรือ uniform wall thinkness) ของชิ้นงานนั้นเท่า หรือใกล้เคียงกัน ตามตัวอย่างในรูปด้านล่าง

Plastic product design - coring 01 Plastic product design - coring 02

  • ออกแบบให้รัศมีด้านนอกหรือ outside radius ใหญ่กว่ารัศมีด้านในหรือ inside radius หรือใช้ค่าตามสมการ R2 = R1 + t ; โดยที่ R2 = รัศมีด้านนอกหรือ outside radius, R1 = รัศมีด้านในหรือ inside radius, t = ความหนาของชิ้นงาน หรือ wall-thickness

Plastic product design - corner

  • ในส่วนที่ต้องมีการเปลี่ยนความหนาให้ทำส่วนโค้ง หรือทำเป็นองศา เพื่อไม่ให้เกิดการเปลี่ยนความหนาแบบทันที เพราะการเปลี่ยนความหนาแบบทันทีทันใดจะทำให้เกิด stress ที่ชั้นงาน และยังส่งผลต่อการไหลของพลาสติกอีกด้วย

Plastic product design - round or taper

ในบางกรณีของการออกแบบ ความหนาก็อาจถูกบังคับ (โดยส่วนใหญ่จะเลือกเป็น ความหนาน้อยสุดที่สามารถทำได้ไว้ก่อน) เช่น เมื่อชิ้นงานต้องการให้สามารถทนไฟได้ หรือต้องการให้สามารถทนไฟฟ้า นอกจากการกำหนดความหนาที่เหมาะสมแล้ว วัสดุหรือ material ที่เลือกใช้ก็ต้องมีคุณสมบัติตามที่ต้องการด้วย

บางครั้งผู้ออกแบบ ก็ออกแบบให้มีส่วนที่มีความหนามากกว่าส่วนอื่น อาจเรียกว่า flow leaders หรือ internal runners เพื่อเหตุผลในการสร้างทางวิ่ง ให้กับพลาสติกในตัวชิ้นงาน และเพื่อช่วยในเรื่องของ mold filling คือช่วยให้พลาสติกไหลจนเต็มแม่พิมพ์ก่อนที่พลาสติกจะแข็งตัว โดยเฉพาะจุดที่อยู่ไกลจากทางเข้าหรือ gate อีกประโยชน์ของ flow leaders หรือ internal runners คือช่วยทำให้การไหลของพลาสติกในชิ้นส่วนที่ไม่สมมาตรให้มีความสมดุลมากขึ้น เพราะ flow leader จะสามารถไปเปลี่ยนรูปแบบการไหล จนพลาสติกสามารถที่จะ ไหลจนเต็มแม่พิมพ์ก่อนที่พลาสติกจะแข็งตัว แล้วอีกข้อดีคือช่วยลดปัญหา sink บนชิ้นงาน (รูปด้านล่างคือ ตัวอย่างของ flow leaders หรือ internal runners จากทางเข้าหรือ gate ไปยังมุมของชิ้นงาน เพราะมุมของชิ้นงานมักเป็นจุดที่ถูกเติมเต็มได้ช้า)

Plastic product design - flow leader

เพื่อป้องกันปัญหาของการบิดงอ (warpage) และการหดตัว (shrinkage) ในชิ้นงานที่อาจจะเกิดขึ้น

  • การเพิ่มความหนาไม่ควรเกิน 25% ของความหนาชิ้นงาน (nominal wall thickness) สำหรับพลาสติกที่มีค่าความหดตัวต่ำ เช่น พลาสติกประเภท amorphous
  • การเพิ่มความหนาไม่ควรเกิน 15% ของความหนาชิ้นงาน (nominal wall thickness) สำหรับพลาสติกที่มีค่าความหดตัวสูง เช่น พลาสติกประเภท crystalline

มีอีกเทคนิคในการช่วยปรับรูปแบบการไหลของพลาสติกหรือ fill pattern คือการทำ flow restrictors หรือการลดเนื้อของวัสดุโดยทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของรูปร่างชิ้นงาน (ตัวอย่างตามรูปด้านล่าง) นอกจากนี้ flow restrictors ยังสามารถช่วยลดปัญหา air-entrapment หรือช่วยลดปัญหา knit-lines ได้ด้วย

Plastic product design - flow restriction

การทำ flow restrictors บนชิ้นงานควรพิจารณาดังนี้

  • ทำช่องของ flow restrictors ให้เต็มตลอดทั้งรูปร่างในส่วนนั้นของชิ้นงาน เพื่อประโยชน์ในการเปลี่ยนเส้นทางการไหลของพลาสติก (ดูรูปด้านบนเพิ่มเพิ่มความเข้าใจ)
  • อย่าลดเนื้อของชิ้นงานมากกว่า 33% สำหรับพลาสติกที่มีค่าความหดตัวสูง
  • อย่าลดเนื้อของชิ้นงานมากกว่า 50% สำหรับพลาสติกที่มีค่าความหดตัวต่ำ
  • ทำช่องของ flow restrictors ให้กว้างหรือยาว ที่สุดที่จะทำได้ เพื่อลดการไหลของพลาสติก (ดูรูปด้านบนเพิ่มเพิ่มความเข้าใจ)

ทั้ง flow leader และ flow restrictor นั้น บางทีก็ยากที่จะกำหนดรูปร่างที่ถูกต้องได้ในทันที อาจต้องมีการทดลองแก้ไขหลังจากฉีดชิ้นงานออกมา แต่เดี๋ยวนี้การทำทั้ง flow leader และ flow restrictor นั้นก็ง่ายขึ้นเพราะมี software ช่วยในการวิเคราะห์ทั้ง ตำแหน่ง รูปร่าง และขนาดที่เหมาะสมในในเบื่องต้นได้อย่างใกล้เคียง

7 comments