การวิเคราะห์ด้วย Moldex3D Simulation ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์(เลนส์ไฟหน้า)ด้วยเทคโนโลยี ICM

on 2015-06-02

 

การวิเคราะห์ด้วย Moldex3D Simulation ในการผลิตชิ้นส่วนยานยนต์

 

(เลนส์ไฟหน้า)ด้วยเทคโนโลยี ICM

 

Customer Profile ประวัติลูกค้า
KUAS

 

ห้องปฏิบัติการ Plastics Precision Laboratory (PPL) ที่ KUAS เป็นสถาบันวิจัยชั้นนำในด้านการศึกษาและการวิจัยพัฒนาผลิตภัณฑ์พลาสติก ห้องปฏิบัติการแห่งนี้ก่อตั้งขึ้นโดยมีพื้นฐานจากแนวคิดผลิตภัณฑ์พลาสติกในขั้นตอนต่างๆ ซึ่งพัฒนาจากการผสมเม็ดพลาสติกในระยะแรกให้ได้สูตรที่เหมาะสมและนำไปสู่ขั้นทดสอบวัสดุพลาสติก จากนั้นเป็นขั้นตอนการออกแบบแม่พิมพ์ให้มีความแม่นยำและมีการตรวจสอบควบคุมคุณภาพชิ้นงาน เมื่อมีการนำเทคโนโลยีมาใช้ประยุกต์และผสมผสานกับขั้นตอนในอุตสาหกรรมการผลิตพลาสติกไม่ว่าจะเป็นต้นกระบวนการ กลางกระบวนการ และท้ายกระบวนการ ทำให้ผู้เรียนสามารถศึกษาและดำเนินงานวิจัยในห่วงโซ่อุตสาหกรรมพลาสติก อีกทั้งได้รับความรู้และการฝึกอบรมอย่างเต็มที่ซึ่งจะช่วยเพิ่มพูนศักยภาพการแข่งขันของตลาดแรงงานในอนาคต 

 

บทสรุป

 

ปัจจุบันมีการพัฒนาเทคโนโลยีที่ใช้พลาสติกมาผลิตเลนส์ไฟหน้ารถแทนการใช้แก้วซึ่งใช้ต้นทุนในการผลิตสูงและซับซ้อนกว่า อย่างไรก็ตามเนื่องจากรูปร่างทางกายภาพและลักษณะการออกแบบเลนส์ไฟหน้ามีความหนาไม่สม่ำเสมอ จึงเป็นสาเหตุหนึ่งที่ก่อให้เกิดปัญหารอยบกพร่องบนชิ้นงานอันเนื่องมาจากการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างชั้นแกนและชั้นที่ผิวของชิ้นงานซึ่งขึ้นรูปด้วยกระบวนการฉีดพลาสติกแบบทั่วไป ดังนั้นจึงมีการนำเทคนิคกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบกดอัดหรือ Injection Compression Molding (ICM) มาช่วยแก้ปัญหาให้ดีขึ้น ในกรณีนี้ทาง PPL ได้นำโปรแกรม Moldex3D มาวิเคราะห์ และศึกษาความเป็นไปได้ของการฉีดขึ้นรูปแบบ ICM กับการผลิตชิ้นส่วนเลนส์ไฟหน้ารถยนต์ ทำให้สามารถหาค่าตัวแปรที่เหมาะสมสำหรับใช้ในกระบวนการผลิตโดยอ้างอิงจากผลการจำลอง นอกจากนี้ผลการจำลองด้วย Moldex3D’s ICM simulation ทำให้ PPL เข้าใจกระบวนการขึ้นรูปพลาสติกแบบ ICM ได้ดียิ่งขึ้นและแสดงให้ PPL ได้เห็นถึงข้อได้เปรียบทางด้านการแข่งขันการผลิตชิ้นส่วนเลนส์ไฟหน้า ซึ่งเป็นบทพิสูจน์ว่าเทคนิค ICM เป็นทางเลือกที่เป็นประโยชน์กับงานวิจัยของ PPL

 

 moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-1  moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-2
รูปที่. 1: เลนส์ไฟหน้ารถ รูปที่. 2: การออกแบบชิ้นงาน

 

ปัญหา

 

  • สมบัติเชิงแสงต่ำ (Poor optical properties)
  • ปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน (Warpage problem)
  • ชิ้นงานเกิดการหดตัวสูง (High product shrinkage)
moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-3   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-6
รูปที่ 3: การวิเคราะห์ด้วย Moldex3D จะช่วยบ่งบอกจุดที่มีการหดตัวอย่างรุนแรงบนชิ้นงานในบริเวณแกนอันเนื่องมาจากการออกแบบความหนาของชิ้นงานและกระจายความร้อนไม่สม่ำเสมอ   รูปที่. 4: การวิเคราะห์ด้วย Moldex3D Optical Analysis ชี้ให้เห็นถึงความเค้นตกค้างสูง ณ บริเวณ Gate

 

การวิเคราะห์ด้วย Moldex3D simulation กับผลที่ได้จากการทดลองกับแม่พิมพ์จริง ทำให้ PPL ประสบความสำเร็จในการพิสูจน์ว่า Injection Compression Molding (ICM) เป็นวิธีที่แก้ปัญหาคุณภาพของชิ้นงานได้ ยกตัวอย่างเช่น

  • สามารถปรับปรุงการหดตัวของชิ้นงานได้ถึง 44%
  • สามารถปรับปรุงปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นงานได้ถึง 29%
  • ส่วนที่เกิดความเค้นตกค้างมีความสม่ำเสมอมากขึ้น ดังนั้นสมบัติเชิงแสง(optical properties) ของชิ้นงานได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้นอย่างมาก

 

กรณีศึกษา

 

PPL มีจุดประสงค์ในการนำกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบกดอัดหรือ Injection Compression Molding (ICM) มาใช้ในการผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพโดยรวมและลดปัญหาการเกิดรอยบกพร่องได้ดีกว่าการผลิตชิ้นงานจากกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบทั่วไป

 

เหตุผลที่ ICM เป็นทางเลือกที่ดีกว่าการฉีดขึ้นรูปทั่วไปในด้านการผลิตชิ้นส่วนเลนส์ไฟหน้ารถ คือ

 

  1. ลดปริมาณความเสียหายที่เกิดจากการฉีด
  2. ลดการเกิดความเค้นตกค้าง
  3. ลดการจัดเรียงโมเลกุล
  4. ความดันในการอัดย้ำสม่ำเสมอทำให้ลดการหดตัว
  5. ลดการเกิด sink marks และ warpage
  6. เพิ่มประสิทธิภาพด้านแสง
  7. ลดความหลากหลายด้านปริมาตรจำเพาะ
  8. ปรับปรุงขนาดชิ้นงานให้มีความแม่นยำมากขึ้น

จากกรณีนี้มีวัตถุประสงค์คือนำ Moldex3D Injection Compression มาใช้ศึกษาความเป็นไปได้ของการผลิตเลนส์ไฟหน้าด้วยการขึ้นรูปแบบ ICM โดยสนใจปัจจัยหลัก 3 ปัจจัยคือ ปัญหา warpage, การหดตัวเชิงปริมาตร (volumetric shrinkage), และสมบัติเชิงแสง (optical properties) จากนั้นเปรียบเทียบผลความแตกต่างระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบทั่วไปกับกระบวนการฉีดแบบ ICM แล้วมีการตรวจสอบผลของการจำลองด้วยผลจากการทดลองกับการขึ้นรูปจริง ซึ่งผลทั้งสองยืนยันว่ากระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบ ICM สามารถผลิตชิ้นงานออกมามีคุณภาพดีกว่าอย่างเห็นได้ชัด

 

ในตอนแรก เมื่อทำการวิเคราะห์ปัญหา warpage ด้วย Moldex3D  ทำให้ทาง PPL เข้าใจได้ว่าปัญหานี้มีสาเหตุมาจากการออกแบบความหนาชิ้นงานที่ไม่สม่ำเสมอ และชิ้นงานที่ได้จากกระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไปมีความเค้นตกค้างสูง และมีปัญหารอยบกพร่องบนชิ้นงานซึ่งเกิดจากการกระจายความร้อนที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างแกนและส่วนที่เป็นชั้นผิวของชิ้นงาน เมื่อนำกระบวนการ ICM มาประยุกต์ใช้ จะช่วยให้มีการกระจายความดันอัดย้ำได้อย่างสม่ำเสมอภายในคาวิตี้ในขั้นการกดอัด ดังนั้นความดันที่ต้องการใช้ในการฉีดก็จะลดลง และลดปัญหา warpage (ซึ่งเกิดจากการกระจายความดันไม่สม่ำเสมอ) รูปที่ 5 และรูปที่ 6 แสดงการปรับปรุงปัญหา warpage ได้ถึง 29% โดยลดจาก 0.7mm ไปเหลือเพียง 0.5mm

 

moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-5   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-6
รูปที่ 5: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไป พบว่าปริมาณการเกิด warpage สูงสุดอยู่ระหว่าง 0.7mm (ไม่รวมส่วนที่เป็น gate และ cold slug well).   รูปที่. 6: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบกดอัด ICM พบว่าปริมาณการเกิด warpage สูงสุดอยู่ระหว่าง 0.5mm (ไม่รวมส่วนที่เป็น gate และ cold slug well).
  .     .

 

จากผลของ Moldex3D simulation, ความร้อนจะสะสมมากที่บริเวณด้านในของชิ้นงาน และมีระดับการหดตัวเชิงปริมาตรสูงถึง 12%, ชี้ให้เห็นถึงการหดตัวที่รุนแรงเมื่อผลิตจากกระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไป (รูปที่. 7).ในทางตรงกันข้ามกลับพบว่าการขึ้นรูปแบบ ICM มีการกระจายตัวของอุณหภูมิอย่างสม่ำเสมอที่บริเวณแกน และสามารถปรับปรุงการหดตัวของชิ้นงานได้มากถึง 44%.

 

moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-7   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-8
 .   .
moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-9   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-10
รูปที่. 7: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไป พบว่าสัดส่วนการหดตัวที่บริเวณด้านในชิ้นงานอยู่ที่ 12.1% (ส่วนบน). การหดตัวเชิงปริมาตรของชิ้นงานจริงมี่ค่า -862.4µm   รูปที่. 8: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบ ICM พบว่าสัดส่วนการหดตัวที่บริเวณด้านในชิ้นงานอยู่ที่ 9.96% (ส่วนบน). การหดตัวเชิงปริมาตรของชิ้นงานจริงมี่ค่า -490.5µm
  .     .

 

เมื่อเปรียบเทียบรูปแบบบริเวณขอบ (fringe pattern),  พบว่าบริเวณเกิด fringe patterns เข้มข้นที่บริเวณเกทซึ่งเป็นผลมาจากสมบัติเชิงแสงต่ำ (รูปที่ 9)  อย่างไรก็ตามเมื่อใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบ ICM พบว่าสมบัติทางด้านแสงดีขึ้น  เนื่องจากการกดอัดภายในแม่พิมพ์จะช่วยลดความดันทำให้มีการกระจายความเค้นตกค้างใกล้ๆ บริเวณเกทได้อย่างสม่ำเสมอ (รูปที่ 10)

 

 moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-11   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-12
.   .
 moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-13   moldex3d-simulation-analysis-help-validate-the-competitive-advantages-of-icm-process-in-automotive-optical-lens-manufacturing-14
รูปที่. 9: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไป พบว่าบริเวณที่เป็น intense fringe patterns ซึ่งมีความเข้มบริเวณขอบสูงจะพบที่บริเวณเกท (บน) การวัดความเค้นแบบ photo elastic แสดงให้เห็นถึงสมบัติเชิงแสงที่ไม่ดี (ล่าง)   รูปที่. 10: การใช้กระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบ ICM พบว่าบริเวณที่เป็น fringe patterns มีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ (บน) การวัดความเค้นแบบ photo elastic แสดงให้เห็นว่าสามารถปรังปรุงสมบัติเชิงแสงได้ดีขึ้น (ล่าง)
  .     .

 

ในท้ายที่สุดการวิเคราะห์ด้วย Moldex3D simulation, ทำให้ PPL สามารถเข้าใจกระบวนการ ICM เชิงลึกและประมวลผลบริเวณที่เกิดปัญหา ยกตัวอย่างเช่น ตัวแปรสำคัญที่ใช้กระบวนการได้แก่ injection/compression switch point, แรงกดอัด (compression force), ความเร็วที่ใช้ในการกดอัด (compression speed) และการกระจายความเค้น (stress distribution) ควรได้รับการตรวจสอบอย่างรอบคอบและเหมาะสมพอเพื่อให้ได้ผลที่มีคุณภาพมากที่สุด

 

ผลการทดลอง

 

ผลของ Moldex3D simulation มีส่วนช่วยให้ PPL เข้าใจพฤติกรรมการไหลของพลาสติกภายในคาวิตี้ได้ดีขึ้นเมื่อใช้ทั้งกระบวนการฉีดขึ้นรูปทั่วไปและกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบอัด (ICM) นอกจากจะทำนายผลที่เกิดขึ้นในกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบอัดได้อย่างแม่นยำ ดังที่เห็นได้กับการพัฒนาการผลิตเลนส์แว่นตาแล้ว Moldex3D simulation ยังช่วยในการหาตัวแปรในการขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดเพื่อให้ได้ชิ้นงานในขั้นสุดท้ายผลิตออกมาอย่างมีคุณภาพมากที่สุดตามที่เราต้องการ


深入瞭解Moldex3D

與專家討論您的模具問題與模流分析需求

線上展示服務

提供最即時的線上技術支援與產品展示服務