Hot Runner | FDU การผสานเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปและการอัดขึ้นรูป

กระบวนการที่เรียกว่า Flat Die Unit  หรือ FDU คือระบบทางวิ่งร้อนที่ส่งของเหลวหลอมละลายผ่านร่องยาว (long slit) แทนที่จะเป็นรูกลมแบบหัวฉีดทั่วไป ผลที่ได้คือสามารถฉีดวัสดุได้เร็วขึ้นและมากขึ้นผ่าน gate opening ที่บางลง โดยมีแรงดันการฉีดและแรงเฉือนต่ำกว่า รวมถึงมีอุณหภูมิในการหลอมที่ต่ำลงเช่นกัน

หลายปีที่ผ่านมาเทคโนโลยีการผลิตแม่พิมพ์ระบบทางวิ่งร้อน หรือ Hot Runner นั้นมีความก้าวหน้าเพิ่มขึ้นอย่างมากมายในกลุ่มผู้ผลิตแม่พิมพ์ โดยล่าสุดนี้มาจาก FDU Hot Runner GmbH จาก Frankenthal ประเทศเยอรมนีซึ่งได้พัฒนาหัวฉีดทางวิ่งร้อนแบบเปิด (open hot runner nozzle) ที่มีรูปร่างเหมือนแผ่นโลหะรีดแบน ทั้งนี้ FDU (Flat Die Unit) นั้น เดิมเป็นโครงการพัฒนาร่วมกันของกลุ่มบริษัท Haidlmair ภายใต้การนำของแผนกวิจัยและพัฒนา Haidlmair ซึ่งเป็นวิธีการที่ผสมรวมเอาข้อดีของเทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปและการอัดขึ้นรูปไว้ด้วยกัน ในการขึ้นรูปแม่พิมพ์โดยที่วัสดุหลอมเหลวไหลผ่านร่องยาว (ปัจจุบันมีสามขนาดให้เลือก) แทนที่การใช้หัวฉีดแบบรูกลมทั่วไป ผลที่ได้คือ การฉีดวัสดุ (พลาสติก) หลอมเหลวทำได้เร็วขึ้นและมากขึ้นผ่านทางเข้าแบบเปิดที่บางลง โดยมีแรงดันในการฉีดและแรงเฉือนต่ำกว่า ด้วยอุณหภูมิในการหลอมที่ต่ำลงและรอบเวลาเร็วขึ้นถึง 25%

Andreas Kißler ซีอีโอของ FDU Hot Runner ซึ่งเป็นบริษัทอิสระที่ทุ่มเทให้กับการพัฒนาโซลูชัน FDU hot runner ระบุว่า FDU เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานพลาสติกวิศวกรรม รวมถึงโพลิโอเลฟินส์และโพลีอะมิด 6 “อย่างไรก็ตาม ในบางโครงการยังมีการใช้พลาสติกรีไซเคิลด้วย” Kißlerกล่าว “เนื่องจากร่องกว้างรูปทรงสามเหลี่ยมทำให้วัสดุหลอมเหลวไหลผ่านเข้าสู่อนุภาคขนาดใหญ่กว่าของโมลด์ในวัสดุรีไซเคิลได้ง่ายกว่าระบบทั่วไป”

---

• HOT RUNNERS | STREAMRUNNER การออกแบบที่มาพร้อมความเป็นไปได้ใหม่ๆ
• TECH FOCUS | MICRO MOULDING การขึ้นรูปชิ้นงานขนาดเล็กแม่นยำได้ด้วย IOT
• SMART MOULD ช่วยเพิ่มผลผลิตและประสิทธิภาพในยุคอุตสาหกรรม 4.0
• ผลิตภาพอัจฉริยะในการผลิตแม่พิมพ์และเครื่องมือ

---

ปริมาณการหลอมไหลมากขึ้น อัตราแรงเฉือนลดลง

หัวฉีดพิเศษแบบนี้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับชิ้นส่วนขนาดใหญ่ เนื่องจากสามารถรองรับปริมาณการหลอมไหล (ของเม็ดพลาสติก) ได้มากกว่า โดยมีแรงเฉือนน้อยกว่าระบบทั่วไปซึ่งมีลักษณะกลม และมีขนาดให้เลือกโดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 10 มม. เนื่องจากต้องมีการกระจายความร้อนเพื่อควบคุมอุณหภูมิของพลาสติกหลอมเหลวให้มีความแม่นยำและคงที่เพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหาย

“เพื่อให้วัสดุหลอมเหลวไหลผ่านหัวฉีดในปริมาณเท่ากันต้องมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. ในระบบหัวฉีดกลมแบบเดิมสำหรับพื้นที่หน้าตัด 50 มม. ² เราคิดถึงพื้นที่หน้าตัดเดียวกันโดยใช้ช่องขนาด 25 มม. x 2 มม. ข้อดีก็คือระบบของเราอยู่ห่างจากผนังช่องระบายความร้อนเพียง 1 มม. ในขณะที่ศูนย์กลางของหัวฉีดกลมอยู่ห่างออกไป 5 มม. ซึ่งจำกัดการออกแบบในเรื่องของขนาดเพื่อให้เกิดการระบายความร้อนได้อย่างพอเหมาะ

การปรับขนาดหัวฉีดเป็นสิ่งสำคัญในการรักษาอัตราการไหลของวัสดุหลอมเหลว หรืออัตราการฉีดได้อย่างพอเหมาะ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการฉีดชิ้นส่วนที่มีความหนาของผนังชิ้นงานต่ำ หรือเมื่อระยะการไหล (flow distance) ต่อความหนาของผนังชิ้นงานไม่สอดคล้องกัน “เราจำลองการฉีดขึ้นรูปถ้วยป๊อปคอร์น ซึ่งมีระยะการไหล 285 มม. และความหนาของผนังชิ้นงาน 0.75 มม. ซึ่งจากการจำลองแบบผ่านซอฟต์แวร์ Mouldflow นั้นไม่สามารถทำได้โดยใช้หัวฉีดกลมแบบเปิดทั่วไป ระบบของเราสามารถรักษาอัตราการฉีดเข้าสู่เบ้า (cavity) แม่พิมพ์เนื่องจากอัตราการหลอมไหลของปริมาตรพลาสติกที่สูงขึ้นตามที่ต้องการได้”

 

---

FDU ช่วยให้การกระจายแรงดันสม่ำเสมอยิ่งขึ้น

เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของพลาสติกเพื่อชดเชยการหดตัวหลังจากฉีดพลาสติกเข้าเบ้าแม่พิมพ์แล้วการควบคุมสภาพหรือรักษาระดับแรงดัน (Holding Pressure) เป็นสิ่งที่จำเป็น เพื่อใช้แรงดันได้อย่างต่อเนื่องกับพลาสติกหลอมละลาย

“ในรักษาระดับแรงดัน อัตราการไหลของพลาสติกจะต่ำมาก ดังนั้นการไหลจึงไม่ได้มีความสำคัญในจุดนี้ ความดันเป็นปัจจัยหลักที่มีผลต่อกระบวนการบรรจุ” Kißler กล่าว “ในช่วงของการรักษาระดับแรงดันนั้น เนื่องจากแรงดันสูง พลาสติกก็จะถูกบีบอัดได้ทันที ทั้งนี้ ในบริเวณที่มีแรงดันสูง พลาสติกจะมีขนาดกะทัดรัดมากขึ้น ดังนั้นความหนาแน่นจึงสูงขึ้น ส่วนในบริเวณที่มีแรงดันต่ำกว่าเนื้อพลาสติกก็จะหลวมและมีความหนาแน่นต่ำกว่า ดังนั้นการกระจายความหนาแน่นจึงเปลี่ยนไปตามตำแหน่งและเวลา แต่การออกแบบพิเศษของ flat die unit ของเราช่วยให้การกระจายแรงดันเกิดความสม่ำเสมอยิ่งขึ้น”

ข้อดีอีกประการหนึ่งของการออกแบบของ FDU ก็คือ ไม่เกิด free jet formation ที่เกท (หรือ “sausage injection moulding”) ซึ่งเกิดขึ้นจากความเร็วในการฉีดที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้การเติมแม่พิมพ์ไม่สม่ำเสมอและเกิดความผิดพลาดของพื้นผิว หากไม่สามารถแก้ปัญหาข้อนี้ได้ด้วยการออกแบบแม่พิมพ์ที่เหมาะสม เครื่องจะต้องทำงานด้วยความเร็วในการฉีดต่ำ

---

*Free jet formation หรือ “sausage injection moulding”  เกิดขึ้นหากน้ำพลาสติกถูกฉีดเข้าไปในที่ว่างของคาวิตี้โดยตรง จะเกิดการไหลเป็นรูปไส้กรอกหรือตัวหนอน ดังภาพด้านบน(ภาพกลาง) ในกรณีนี้น้ำพลาสติกจะพุ่งเป็นลำเข้าไปภายในคาวิตี้ จนดูคล้ายตัวหนอน เมื่อสัมผัสกับผนังคาวิตี้ที่เย็นกว่า น้ำพลาสติกจะแข็งตัว และน้ำพลาสติกที่ไหลตามเข้ามา จะเป็นรูปคลื่น จะไม่รวมตัวกับพลาสติกส่วนที่เป็นรูปไส้กรอก และทำให้ผิวชิ้นงานมีความหยาบ )

---

อ้างอิง: https://www.etmm-online.com/combining-injection-moulding-and-extrusion-technology-a-998079/ 

บทความที่เกี่ยวข้อง:

พลาสติกในวิถีทางการแพทย์: Plastics in the service of medicine

‘บรรจุภัณฑ์’ แรงขับสำคัญในอุตสาหกรรมฉีดขึ้นรูป (พลาสติก)

ความสำเร็จของ ‘ระบบทางวิ่งร้อน’ (Hot Runners) ในอุตสาหกรรมยานยนต์

 

 

 

About The Author