Thermoforming vacuum machine

หลักการทำงานทั่วไปมีหลายแบบตามหลักวิชาการ แต่บทความนี้แนะนำขั้นตอนง่ายๆ ดังนี้

ให้ความร้อนกับแผ่นฟิล์ม จนถึงจุดที่เริ่มอ่อนตัว (ขึ้นอยู่กับพลาสติกฟิล์มแต่ละชนิด)

จากนั้นจึงใช้การกดหรือดันแผ่นฟิล์มให้เข้ากับ แบบ แม่พิมพ์ (mold) แล้วใช้ลมดูดเข้าให้ติดกับแม่พิมพ์ (Vacuum)

การปลอดชิ้นงานออกจากพิมพ์ใช้ลมในการเป่าออก (blow) เพื่อให้ไม่ให้แผ่นฟิล์มที่เข้ารูปแล้วเสียหาย  จากการแกะด้วยมือ ขั้นตอนนี้อาจะมีหรือไม่มีก็ได้ สำหรับเครื่องขนาดเล็ก แต่ในระดับอุตสาหกรรมจำเป็นต้องมี เพราะแรงคนไม่สามารถปลดชิ้นงานจากแม่พิมพ์ได้

ส่วนของแม่พิมพ์บางครั้งก็มีแบบนูนออกมา (positive mold) หรือเป็นหลุมลึกลงไป (negative mold) ขึ้นอยู่กับรูปทรง รูปร่างของผลิตภัณฑ์ที่ต้องการขึ้นรูป

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

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

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

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