Credit: Traininteractive (www.youtube.com/watch?v=wtbNRyzogpE)

การขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติก: กระบวนการและเครื่องจักรที่ใช้ในการผลิต

กระบวนการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติกเป็นขั้นตอนสำคัญในอุตสาหกรรมพลาสติก ซึ่งช่วยให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพ ตรงตามความต้องการของผลิตภัณฑ์แต่ละประเภท การขึ้นรูปพลาสติกมีหลายวิธี ขึ้นอยู่กับลักษณะของผลิตภัณฑ์และคุณสมบัติที่ต้องการ โดยต่อไปนี้คือวิธีการขึ้นรูปพลาสติกที่สำคัญและเครื่องจักรที่ใช้ในกระบวนการ:

การขึ้นรูปด้วยเครื่องฉีดพลาสติก (Injection Molding)

การฉีดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์ เป็นกระบวนการที่แพร่หลายในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติกในอุตสาหกรรม ใช้พลาสติกหลอมเหลวฉีดเข้าสู่แม่พิมพ์ด้วยแรงดันสูง เพื่อสร้างชิ้นงานที่มีความละเอียด ซับซ้อน และตรงตามแบบที่ต้องการ วิธีนี้เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่ต้องการความละเอียดสูง เช่น ของเล่น ขวดบรรจุภัณฑ์ และชิ้นส่วนในอุตสาหกรรมต่างๆ

ส่วนประกอบสำคัญของเครื่องฉีดพลาสติก 

1. ฮอปเปอร์ (Hopper): กรวยขนาดใหญ่สำหรับบรรจุเม็ดพลาสติกและสารเติมแต่ง เพื่อส่งเข้าสู่เครื่องฉีดพลาสติก
2. กระบอกฉีดและสกรู (Injector and Screw): หน่วยที่ทำหน้าที่หลอมเหลวพลาสติกและสร้างแรงดันเพื่อฉีดพลาสติกเข้าสู่แม่พิมพ์
3. หัวฉีด (Nozzle): อุปกรณ์ที่นำพลาสติกหลอมเหลวจากกระบอกฉีดเข้าสู่ช่องว่างในแม่พิมพ์
4. แม่พิมพ์ (Mold): โครงสร้างที่ออกแบบให้เป็นรูปร่างของผลิตภัณฑ์ ซึ่งมักประกอบด้วยสองส่วนเพื่อให้สามารถถอดชิ้นงานออกได้ง่าย
5. หน่วยหนีบยึดแม่พิมพ์ (Hydraulic Clamp Unit): กลไกที่ทำหน้าที่เปิด-ปิดแม่พิมพ์ พร้อมระบบควบคุมอุณหภูมิทั้งความร้อนและความเย็น เพื่อให้แม่พิมพ์อยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสมต่อการขึ้นรูปพลาสติก

ประโยชน์ของการฉีดพลาสติกในอุตสาหกรรม

• ความละเอียดสูง: สามารถผลิตชิ้นงานที่มีรายละเอียดซับซ้อนได้ดี
• ความเร็วในการผลิต: เครื่องฉีดพลาสติกสามารถผลิตชิ้นงานจำนวนมากได้ในเวลาอันรวดเร็ว
• คุณภาพคงที่: ช่วยให้ผลิตภัณฑ์ที่ได้มีความสม่ำเสมอและคงทนสูง

การฉีดพลาสติกถือเป็นกระบวนการหลักในอุตสาหกรรมพลาสติกที่มีความสำคัญ ช่วยให้สามารถผลิตชิ้นงานที่มีคุณภาพสูง ตอบโจทย์การใช้งานในหลากหลายอุตสาหกรรมและส่งเสริมความน่าเชื่อถือของผลิตภัณฑ์

๑. การขึ้นรูปด้วยเครื่องฉีดพลาสติกเข้าแม่พิมพ์ (Injection molding machine)

เป็นวิธีการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์โดยการฉีดพลาสติก ที่กำลังหลอมเหลวเข้าสู่แบบพิมพ์ ด้วยความดันสูง เครื่องจักรที่ใช้ในการนี้มีขนาดค่อนข้างใหญ่ เป็นที่นิยมแพร่หลาย มีส่วนประกอบสำคัญคือ

• ฮอปเปอร์ (Hopper)

อุปกรณ์ส่วนนี้มีลักษณะเป็นกรวยขนาดใหญ่ เป็นส่วนที่ใช้บรรจุเม็ดพลาสติก และสารเติมแต่ง เพื่อป้อนเข้าเครื่องฉีดพลาสติก

• กระบอกฉีดและสกรู (Injector and screw)

เป็นส่วนสำคัญของเครื่องฉีดพลาสติก ทำหน้าที่หลอมเหลวพลาสติก และสร้างแรงดัน เพื่อฉีดพลาสติกหลอมเหลวเข้าสู่แม่พิมพ์ ประกอบด้วยกระบอกตรึงติดอยู่กับที่ ส่วนต้นของกระบอกเป็นที่ติดตั้งฮอปเปอร์ ตรงส่วนกลาง และส่วนปลายของกระบอก มีเครื่องให้ความร้อน ที่สามารถควบคุมอุณหภูมิให้คงที่ได้ ปลายของกระบอก จะต่อเข้ากับหัวฉีด ภายในของกระบอกนี้ เป็นสกรูที่มีความยาวสั้นกว่ากระบอกเล็กน้อย มีลักษณะเป็นเกลียวหยาบหมุนป้อนส่วนผสมของพลาสติก ให้เคลื่อนที่เข้าสู่กระบอก สามารถเคลื่อนถอยหลัง และดันกลับ เพื่อเพิ่มแรงดันให้พลาสติกหลอมเหลว ไหลเข้าสู่แม่พิมพ์

• หัวฉีด (nozzle)

เป็นส่วนต่อปลายกระบอกฉีดพลาสติก เข้ากับช่องทางไหลของพลาสติกในแม่พิมพ์ หัวฉีดมีรูขนาดเล็ก เพื่อให้พลาสติกหลอมเหลว ไหลผ่านเข้าสู่ช่องว่างในแม่พิมพ์ ด้วยความรวดเร็ว

• มอเตอร์ขับสกรู (Drived motor)

มอเตอร์ขับสกรู อาจเป็นมอเตอร์ไฟฟ้า หรือมอเตอร์ไฮดรอลิก สำหรับหมุนสกรู และขับดันสกรู เพื่อฉีดพลาสติกที่กำลังหลอมเข้าสู่ช่องว่างในแม่พิมพ์

• แม่พิมพ์ (mold)

เป็นอุปกรณ์ที่มีลักษณะเป็นช่องว่าง ที่มีรูปร่างตามผลิตภัณฑ์ที่ต้องการผลิต แม่พิมพ์ โดยทั่วไปมักออกแบบให้มี ๒ ชิ้น เพื่อให้สะดวกต่อการถอดผลิตภัณฑ์ออกจากแม่พิมพ์ นอกจากนี้ ต้องมีช่องทางไหลของพลาสติกหลอมเหลวต่อจากหัวฉีด เข้าสู่ช่องว่างในแม่พิมพ์เรียกว่า สปรู (sprue)

• ตัวหนีบยึดแม่พิมพ์ (Hydraulic clamp unit)

ตัวหนีบยึดแม่พิมพ์ซึ่งมักเรียกกันว่า แคล้ม เป็นกลไก สำหรับเปิดและปิดฝาแม่พิมพ์ ขับเคลื่อนด้วยกำลังไฮดรอลิก อุปกรณ์ส่วนนี้ยังรวมทั้งอุปกรณ์ทำความร้อน เพื่ออุ่นแม่พิมพ์ก่อนฉีด และอุปกรณ์ทำความเย็น เพื่อลดอุณหภูมิแม่พิมพ์ ทำให้ผลิตภัณฑ์แข็งตัวก่อนถอดออกจากแม่พิมพ์

• ชุดควบคุมกลาง (Central control)

เป็นชุดควบคุมเครื่องจักรรวมทุกส่วน ได้แก่ อุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์วัดและควบคุมอุณหภูมิ อุปกรณ์ควบคุมความดัน และอุปกรณ์ตั้งเวลา

๒. การขึ้นรูปด้วยเครื่องรีดหรือเอกซ์ทรูเดอร์ (Extruder)

เครื่องจักรที่ใช้สำหรับการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติกด้วยการรีดนี้ มีลักษณะคล้ายกับวิธีแรก แต่แตกต่างกันตรงที่ เอกซ์ทรูเดอร์ ไม่มีส่วนแม่พิมพ์ และอุปกรณ์ควบ สำหรับแม่พิมพ์ ตรงปลายกระบอกฉีดพลาสติก จะติดตั้ง ดาย (die) ซึ่งมีลักษณะเป็นช่องรีดพลาสติกออกมาเป็นเส้นหรือแผ่น ที่มีรูปหน้าตัดตามรูปดาย การขึ้นรูปด้วยวิธีนี้ สามารถประยุกต์ เพื่อผลิตผลิตภัณฑ์ได้มากมาย เช่น ท่อหรือเส้นพลาสติก ถุงพลาสติก ฟิล์ม แผ่น หรือแท่งพลาสติกที่มีรูปหน้าตัดพิเศษ

๓. การขึ้นรูปด้วยแม่พิมพ์ความร้อน

เครื่องจักรที่ใช้ในการขึ้นรูปผลิตภัณฑ์ พลาสติกในลักษณะนี้ มักมีลักษณะไม่ซับซ้อนนัก และมักเรียกชื่อตามลักษณะวิธีการ คือ

• การหล่อแบบพิมพ์แบบลดความดัน (Vacuum molding)
• การหล่อแบบพิมพ์แบบอัด (Compression molding)
• การหล่อแบบพิมพ์แบบถ่ายเท (Transfer molding)
• การหล่อแบบพิมพ์แบบขยายตัวด้วย ความร้อน (Thermalexpansion molding)

๔. การขึ้นแผ่นด้วยการรีด (Carlendering)

เป็นการขึ้นรูปเป็นแผ่นด้วยลูกกลิ้ง ชุดละไม่น้อยกว่า ๓ ลูกขึ้นไป โดยลูกกลิ้ง ๒ ลูกแรก จะมีอุปกรณ์ให้ความร้อน ทำให้พลาสติกอ่อนนิ่ม แล้วถูกอัดรีดออกมาเป็นแผ่น

๕. การขึ้นรูปด้วยการจุ่ม (Dipping)

เป็นการขึ้นรูปอย่างง่าย มักใช้กับพลาสติกชนิดพลาสติซอล เช่น หุ้มด้ามเครื่องมือช่าง

๖. การหล่อแบบ (Casting)

การขึ้นรูปด้วยการหล่อแบบ มักนิยมใช้ผลิตผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีขนาดใหญ่ เช่น เรือเร็ว ตัวถังรถยนต์ ถังเก็บน้ำ รูปปั้น เป็นต้น