การหาพารามิเตอร์การขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดเพื่อ

ปรับปรุงปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนผ่านโมดูล

DOE ของ Moldex3D

ข้อมูลลูกค้า

ลูกค้า: National Taiwan University of Science and Technology ประเทศ: ไต้หวัน อุตสาหกรรม: การศึกษา วิธีการแก้ปัญหา: Moldex3D Advanced & Expert Module

 

มหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (NTUST) ก่อตั้งเมื่อวันที่ 1 สิงหาคม 1974 เป็นสถาบันการศึกษาระดับอุดมศึกษาแห่งแรกที่อุทิศตนโดยเฉพาะเพื่อวัตถุประสงค์ในการศึกษาทางด้านเทคนิคและอาชีวศึกษาในไต้หวัน เป้าหมายของพวกเขาคือการสร้างสภาพแวดล้อมเพื่อที่จะบ่มเพาะวิศวกรและผู้จัดการรุ่นต่อไปที่มีทักษะสูงในการที่จะตอบสนองความต้องการที่เกิดขึ้นจากการพัฒนาทางเศรษฐกิจและอุตสาหกรรมอย่างรวดเร็วด้วยการขยายการนำเสนอหลักสูตรที่แตกต่างกันตั้งแต่รากฐานของสถ​​าบัน (ที่มา: www-e.ntust.edu.tw )

 

บทสรุปผู้บริหาร

การหล่อเป็นหนึ่งในวิธีการที่พบมากที่สุดในการผลิตคอนแทคเลนส์ เทคโนโลยีการฉีดขึ้นรูปแบบปฏิกิริยา (Reaction injection molding) เป็นกระบวนการในการเตรียมคอนแทคเลนส์รวมทั้ง front shell และ basic shell พอลิเมอร์ที่ฉีดเข้าไประหว่าง shell ทั้งสองจะแข็งตัวเป็นคอนแทคเลนส์ เนื่องจากมาตรฐานในการผลิตคอนแทคเลนส์ต้องมีความแม่นยำของขนาดสูง การบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนควรได้รับการควบคุมอย่างเคร่งครัดภายในค่า tolerance ที่ต่ำและยอมรับได้ ดังนั้นนักวิจัยที่ NTUST จึงได้หันไปมาใช้เทคโนโลยีการจำลองของ Moldex3D; พวกเขาใช้โมดูล DOE ของ Moldex3D เพื่อจำลองกระบวนการฉีดและสามารถหาการตั้งค่ากระบวนการที่เหมาะสมที่สุดเพื่อที่จะเปลี่ยนแปลงการออกแบบให้เกิดการปรับปรุงปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนได้สำเร็จ

รูปที่ 1 Front shell และ basic shell ของคอนแทคเลนส์

ความท้าทายChallenges

• การควบคุมที่จำกัดในเรื่องขนาดของผลิตภัณฑ์เนื่องจากการใช้วิธีการผลิตแบบ multi-cavity ในการผลิตจำนวนมาก (mass production)
• ชิ้นส่วนที่ขึ้นรูปจำเป็นต้องมีความแม่นยำทางเรขาคณิตสูง และจำเป็นต้องใช้กระบวนการทุติยภูมิ(secondary processing)เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์สุดท้ายออกมา ดังนั้นจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นที่จะต้องลดปัญหาการบิดเบี้ยวในขั้นตอนการผลิต

วิธีการแก้ปัญหา

ใช้โมดูล  DOE ของ Moldex3D เพื่อหาการตั้งค่ากระบวนการที่เหมาะสมที่สุดเพื่อที่จะปรับปรุงปัญหาการบิดเบี้ยวของชิ้นส่วนให้สำเร็จ

ประโยชน์ที่ได้รับ

• ส่งเสริมการวิจัยทางการศึกษาและช่วยให้นักวิจัย NTUST และนักเรียนได้รับประสบการณ์จากการปฏิบัติในการใช้ซอฟต์แวร์ CAE เพื่อให้เห็นภาพพฤติกรรมการเติม(filling)
• ลดเวลาการทดลองแม่พิมพ์และลดความเสี่ยงเช่นเดียวกับการประหยัดค่าใช้จ่ายแรงงาน
• มีอัตราการปรับปรุงโดยรวมต่อการบิดเบี้ยวของชิ้นงาน28%

กรณีศึกษา

กรณีนี้เป็นกรณีที่สมบูรณ์แบบที่แสดงให้เห็นว่านักวิจัย NTUST ประเมินและระบุสภาวะการขึ้นรูปที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการผลิตคอนแทคเลนส์เพื่อประหยัดค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมแม่พิมพ์ได้โดยการใช้ซอฟต์แวร์การจำลอง CAE ของ Moldex3D อันดับแรก มีการใช้โมดูล DOE ของ Moldex3D เพื่อวัดการเปลี่ยนแปลงการหดตัว จากนั้นจะได้พารามิเตอร์ที่ดีที่สุดสำหรับนำไปเปลี่ยนแปลงการออกแบบ ด้วยเหตุนี้จึงช่วยเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย

วัตถุประสงค์หลักของกรณีนี้ คือ การลดปัญหาการบิดเบี้ยวซึ่งทำให้ระยะการเคลื่อนที่ทั้งหมดเป็นปัจจัยทางคุณภาพที่มีผลต่อคุณภาพชิ้นส่วน จากนั้นเลือก 4 พารามิเตอร์อื่นๆ ที่มีนัยสำคัญให้เป็นปัจจัยควบคุมซึ่งจะส่งผลกระทบต่อสภาวะการบิดเบี้ยวในการตั้งค่าโมดูล DOE ของ Moldex3D ปัจจัยควบคุมที่แสดงในรูปที่ 2 จะเป็นอุณหภูมิแม่พิมพ์ อุณหภูมิของ melt  ความดันในการอัดย้ำและเวลาในการหล่อเย็น การออกแบบวิธีการทดลองเชิง CAE จะถูกนำไปใช้ในการวิเคราะห์ผลกระทบของแต่ละปัจจัยที่มีอิทธิพล ผลกระทบโดยตรงของแต่ละปัจจัยได้มีการคำนวณและแสดงผลดังแผนภาพการตอบสนองต่อปัจจัย(รูปที่ 3) จากรูปที่ 3 ระบุว่าปัจจัยควบคุม B (อุณหภูมิของ melt) เป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุด

รูปที่ 2 ปัจจัยคุณภาพและปัจจัยควบคุมของโมดูล DOE ของ Moldex3D

รูปที่ 3 แผนภาพการตอบสนองต่อปัจจัย

นอกจากนี้ตามการวิเคราะห์ของ Moldex3D (รูปที่ 4) มีการตรวจพบพฤติกรรมการไหลที่ไม่สมดุลในการออกแบบแบบเดิม เมื่อทำการ filling ที่ 80% พบว่า basic shell ถูกเติมจนเต็มเรียบร้อยแล้ว ในขณะที่ front shell ยังคงถูกเติมไปน้อยกว่าครึ่ง จากผลลัพธ์ที่ได้ จะมีการขยายขนาด gate ของ front shell  ให้กว้างขึ้นเพื่อช่วยให้ filling ได้เร็วขึ้น (รูปที่ 5) การจำลองของ Moldex3D จะถูกนำมาใช้อีกครั้งเพื่อทดสอบประสิทธิภาพของการออกแบบใหม่ที่ได้รับการเปลี่ยนแปลงแล้ว จากรูปที่ 6 จะเห็นถึงการปรับปรุงอย่างนัยสำคัญต่อความสมดุลในการไหล เนื่องจากความจริงที่ว่ากรณีนี้เป็นเพียงแค่สำหรับวัตถุประสงค์ของการศึกษาทางวิชาการที่มีจุดมุ่งหมายเพื่อช่วยให้นักเรียนเข้าใจวิธีการใช้เครื่องมือการจำลอง CAE ในการทำนายและการปรับปรุงปัญหาการขึ้นรูป  ถ้ามีการทดสอบการออกแบบที่มีการเปลี่ยนแปลงมากขึ้น การปรับปรุงประสิทธิภาพของการ filling จะสามารถมีการปรับปรุงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ

รูปที่ 4 การออกแบบเดิม

รูปที่ 5 การเปลี่ยนแปลงการออกแบบ

รูปที่ 6 การวิเคราะห์ Melt front time หลังการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ

ตารางต่อไปนี้ (ตารางที่ 1) แสดงให้เห็นถึง ผลการจำลองของการออกแบบเดิม, DOE (ที่เหมาะสม) และการเปลี่ยนแปลงการออกแบบ ด้วยความช่วยเหลือของโมดูล DOE ของ Moldex3D และการเปลี่ยนแปลงการออกแบบที่มีประสิทธิภาพ ทำให้คาดว่าอัตราการปรับปรุงโดยรวมจะสูงถึง 17.28%; ดังนั้น ปัญหาเรื่องระยะการเคลื่อนที่ไปจะมีการปรับปรุงอย่างมีนัยสำคัญ(รูปที่ 7)

Table 1 The comparison table

รูปที่ 7 การเปลี่ยนแปลงของการบิดเบี้ยว

ผลลัพธ์

โมดูล DOE ของ Moldex3D ไม่เพียงแต่จะช่วยให้นักวิจัยที่ NTUST เห็นภาพกระบวนการฉีดขึ้นรูป แต่ยังช่วยระบุปัจจัยที่มีอิทธิพลที่สำคัญมากที่สุดซึ่งมีผลต่อคุณภาพของชิ้นส่วนเพื่อที่จะปรับการตั้งค่ากระบวนการได้อย่างมีประสิทธิภาพในการปรับปรุงปัญหาการบิดเบี้ยว นอกจากนี้ Moldex3D ยังเสนอโอกาสในภาคปฏิบัติให้แก่นักวิจัยและนักศึกษาที่ NTUST เพื่อให้ได้รับประสบการณ์บนโลกจริงและเรียนรู้วิธีการใช้ซอฟต์แวร์การจำลอง CAE เพื่อลดความเสี่ยงในการผลิตและหลีกเลี่ยงการทดลองแบบลองผิดลองถูกได้อย่างมีประสิทธิภาพก่อนที่จะเริ่มอาชีพของพวกเขาในอุตสาหกรรม