Date | 2017/09/25
 |
|
National Kaohsiung University of Applied Sciences (KUAS) ก่อตั้งขึ้นในปี 1963 เป็นที่รู้จักกันในชื่อสถาบันเทคโนโลยีแห่งจังหวัด Kaohsiung มีจุดมุ่งหมายเพื่อให้ความรู้ทางด้านเทคนิคแบบมืออาชีพเพื่อตอบสนองความต้องการในการพัฒนาเศรษฐกิจของประเทศ ในปี 2000 เป็นช่วงเริ่มต้นของสหัสวรรษใหม่ สถาบันได้รับการพัฒนาให้เป็นมหาวิทยาลัยเทคนิคเป็นเวลา 4 ปีและมีการนำชื่อมาใช้ในปัจจุบัน (แหล่งที่มา: http://www.kuas.edu.tw)
Executive Summary
การฉีดขึ้นรูปวัสดุผง (Powder injection molding, PIM) เป็นที่นิยมใช้ในการผลิตชิ้นส่วนที่มีความซับซ้อน เช่น รากฟันเทียม zirconia (รูปที่ 1) อย่างไรก็ตามปัญหาการโค้งงอและการหดตัวที่ไม่พึงประสงค์จะเกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการฉีดขึ้นรูปแบบคู่ กรณีนี้เน้นการเพิ่มประสิทธิภาพตัวแปรกระบวนการโดยใช้วิธีการ Taguchi เพื่อปรับปรุงส่วนโค้งงอ, ลดการหดตัวและให้ความเข้มข้นของผงสม่ำเสมอ นอกจากนี้ยังได้ทำการวิเคราะห์ Filling, Packing และ Warp ของ Moldex3D เพื่อประเมินผลกระทบของตัวแปรในกระบวนการที่แตกต่างกันในด้านของคุณภาพ
รูปที่ 1 รากฟันเทียม zirconia แบบหนึ่งชิ้นด้วยการฉีดครั้งแรก (ซ้าย) และการฉีดครั้งสอง (ขวา)
ความท้าทาย
- ปัญหาความเปลี่ยนแปลงของขนาด
- ความเข้มข้นของผงไม่สม่ำเสมอ
วิธีแก้ปัญหา
ใช้การจำลองการฉีดขึ้นรูปแบบ Powder Injection Molding และ Multi-component Molding (MCM) ของ Moldex3D เพื่อคาดการณ์ปัญหาที่อาจเกิดขึ้นในการขึ้นรูปและใช้วิธีการ Taguchi เพื่อค้นหาตัวแปรที่ดีที่สุดเพื่อปรับปรุงคุณภาพชิ้นงาน
ประโยชน์
- ลดความโก่งงอและทำให้ความเข้มข้นของผงสม่ำเสมอ
- คุณภาพของชิ้นงานในการฉีดครั้งแรกดีขึ้น 12.12% และคุณภาพของการฉีดครั้งที่สองดีขึ้น 59.03%
- ลดการทำงานของแม่พิมพ์และค่าใช้จ่าย
- ประสบความสำเร็จในการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในระยะเวลาอันสั้น
กรณีศึกษา
วัตถุประสงค์หลักของกรณีนี้คือการปรับปรุงการหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอและความเข้มข้นของผงในส่วนของ Green part เพื่อที่จะแก้ปัญหานี้ ทาง KUAS ได้ใช้ Moldex3D เพื่อหาสภาวะสำหรับกระบวนการที่ดีที่สุดสำหรับกระบวนการขึ้นรูปแบบ Multi-component Molding (MCM)
ในขั้นแรก ทางทีม KUAS ใช้ Moldex3D จำลองการฉีดขึ้นรูปแบบ Powder Injection Molding เพื่อวิเคราะห์การออกแบบเดิม ผลการจำลองแสดงให้เห็นว่าการหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้เกิดการโก่งงออย่างมีนัยสำคัญในการฉีดครั้งที่สองของ Green part และอาจทำให้โครงสร้างมีความแข็งแรงลดลง
ใช้วิธีการ Taguchi เพื่อกำหนดตัวแปรของกระบวนการ เช่น เวลาในการเติมเนื้อพลาสติก, ความดันในการ packing, อุณหภูมิแม่พิมพ์และอุณหภูมิของเนื้อพลาสติก Orthogonal array ของวิธีการ Taguchi แนะนำตัวแปรที่แตกต่างกัน 4 แบบ โดยมี 3 ระดับและทีมงานของ KUAS ได้ปรับปรุงตัวแปรของการผลิตรากฟันเทียม zirconia แบบชิ้นเดียว จากผลการจำลองพบว่า การโก่งงอของการฉีดแบบคู่ลดลง การโก่งงอของชิ้นงานในการฉีดครั้งแรกลดลงจาก 0.488 มม. เป็น 0.145 มม. และครั้งที่สองลดลงจาก 0.059 มม. ถึง 0.022 มม. (รูปที่ 2 และรูปที่ 3) ความเข้มข้นของผงก็สม่ำเสมอมากขึ้น (รูปที่ 4 และรูปที่ 5) วิธีการนี้ช่วยให้พวกเขาผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงขึ้นโดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของแม่พิมพ์
รูปที่ 2 ผลการวิเคราะห์ Total warpage displacement ของการฉีดขึ้นรูปครั้งแรก (ซ้าย) และการการฉีดขึ้นรูปครั้งที่สอง (ขวา) ของการออกแบบเดิม
รูปที่ 3 ผลการวิเคราะห์ Total warpage displacement ของการฉีดขึ้นรูปครั้งแรก (ซ้าย) และการการฉีดขึ้นรูปครั้งที่สอง (ขวา) ของการแก้ไขการออกแบบ
รูปที่ 4 ผลการวิเคราะห์ความเข้มข้นของการฉีดขึ้นรูปครั้งแรก (ซ้าย) และการการฉีดขึ้นรูปครั้งที่สอง (ขวา) ของการออกแบบเดิม
รูปที่ 5 ผลการวิเคราะห์ความเข้มข้นของการฉีดขึ้นรูปครั้งแรก (ซ้าย) และการการฉีดขึ้นรูปครั้งที่สอง (ขวา) ของการแก้ไขการออกแบบ
ผลลัพธ์
KUAS สามารถพัฒนามิติ, ความโก่งงอและความเข้มข้นของผงก่อนการผลิตจริงด้วยการวิเคราะห์ของ Moldex3D (ตารางที่ 1) และวิธีการ Taguchi ทำให้มีการพัฒนาคุณภาพของชิ้นงาน ในการฉีดครั้งแรกเพิ่มขึ้น 12.12% คุณภาพของการฉีดครั้งที่สองเพิ่มขึ้น 59.03% นอกจากนี้ Moldex3D ยังช่วยให้ผู้ใช้สามารถปรับปรุงความเข้มข้นของผงที่ไม่สม่ำเสมอก่อนการผลิตจริงและเพิ่มคุณภาพของผลิตภัณฑ์, ประหยัดค่าใช้จ่ายในการทดลองทำแม่พิมพ์และลดระยะเวลาในการนำผลิตภัณฑ์ออกสู่ตลาด
| The First Shot | ||
| Warpage (mm) | Powder Concentration (%) | |
| Original Parameters | 0.165~0.002 | STD 1.089 |
| Optimal Parameters (Taguchi method) |
0.145~0.002 | STD 6.1 E-5 |
| The Second Shot | ||
| Warpage (mm) | Powder Concentration (%) | |
| Original Parameters | 0.0454~0.0001 | 4.941 |
| Optimal Parameters (Taguchi method) |
0.0186~0.0004 | STD 4.2E-4 |
ตารางที่ 1 เปรียบเทียบผลกระทบของตัวแปรในการออกแบบเดิมและแก้ไขการออกแบบกับคุณภาพชิ้นงาน