การฉีดขึ้นรูปพลาสติก Injection Molding คืออะไร?

การฉีดขึ้นรูปพลาสติก

วันนี้เราจะพาไปรู้จักกับกระบวนการผลิตพลาสติกที่เรียกว่า Injection Molding หรือ การฉีดขึ้นรูปพลาสติก ที่เป็นกระบวนการเบื้องหลังข้าวของเครื่องใช้ที่พวกเราคุ้นเคยในชีวิตประจำวันและถึงกับขาดไม่ได้มากมาย ทั้งข้าวของเครื่องใช้ ของเล่น ไข่กาชาปอง โมเดลตั้งโต๊ะที่เราหลงรัก ไปจนถึงกล่องทิชชู่ ช้องส้อม กระปุกใส่ครีม กระป๋องขนม กล่องเก็บของกระจุกระจิก กล่องเก็บอาหารในตู้เย็นของเรา แถมยังถูกใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตอุปกรณ์ เครื่องมือ และชิ้นส่วนในอีกหลายอุตสาหกรรมที่เราอาจไม่ได้ใช้โดยตรงหรือไม่รู้ตัวเลยหากไม่สังเกตดีๆ ทั้งการแพทย์ ยานยนต์ เกษตรกรรม สุขภัณฑ์ และวิศวกรรม ชิ้นงานจากการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นส่วนประกอบของ เตียงนอน เครื่องปรับอากาศ และรถยนต์ของพวกเรา

การฉีดขึ้นรูปพลาสติก ทำอย่างไร?

ลองนึกถึงสมัยเด็กๆ ที่เราหล่อปูนปลาสเตอร์ในแม่พิมพ์ยาง เมื่อปูนเหลวๆแข็งตัวก็สามารถแกะตุ๊กตาออกมาได้ กระบวนการผลิตนี้ก็ใช้ไอเดียเดียวกันกับการหล่อปูนปลาสเตอร์นั่นเอง คือนำของเหลวมาขึ้นรูปตามแบบที่ต้องการและทำให้มันแข็งตัวกลายเป็นหน้าตาชิ้นงานที่เราต้องการ

ที่กระบวนการนี้ถูกเรียกว่า “การฉีดขึ้นรูปพลาสติก” เป็นเพราะว่าวัตถุดิบตั้งต้นอย่างเม็ดพลาสติกที่มีลักษณะแข็งจะถูกหลอมเหลวและฉีดเข้าไปในช่องว่างของแม่พิมพ์เหล็ก 3 มิติสำหรับขึ้นรูป และเมื่อพลาสติกเย็นตัวลงก็จะแข็งตัวตามรูปทรงของแม่พิมพ์ที่เราได้ออกแบบไว้ เป็นการผลิตที่ไม่ซับซ้อนแต่ก็มีรายละเอียดที่สำคัญมากมายที่จะส่งผลให้สินค้าแต่ละชิ้นเสร็จสมบูรณ์อย่างมีคุณภาพ

“กระบวนการผลิตนี้ก็ใช้ไอเดียเดียวกันกับการหล่อปูนปลาสเตอร์นั่นเอง คือนำของเหลวมาขึ้นรูปตามแบบที่ต้องการและทำให้มันแข็งตัวกลายเป็นหน้าตาชิ้นงานที่เราต้องการ”

ความสำคัญของ การฉีดขึ้นรูปพลาสติก

กระบวนการฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นเทคโนโลยีที่ทรงพลังในวงการผลิตและถูกเชือกใช้อย่างกว้างขวางในวงการ เพราะมันถูกออกแบบมาเพื่อตอบโจทย์ที่สำคัญในการผลิต คือ คุณภาพ และ ประสิทธิภาพ โดยการผลิตด้วยแม่พิมพ์ที่แข็งแรง ผู้ผลิตเลือกใช้การฉีดขึ้นรูปพลาสติกสำหรับชิ้นงานที่ต้องการความละเอียดสูง มีความสลับซับซ้อน เช่น ข้อต่อ บานพับ ระบบล็อค เป็นต้น

อีกทั้งการฉีดขึ้นรูปพลาสติกลดระยะเวลาในการขึ้นรูปพลาสติกให้มีวงจรที่สั้น ผลิตชิ้นงานปริมาณมากได้อย่างรวดเร็ว จึงมีความเหมาะสมในการผลิตแบบ mass production โดยมักจะมีการใช้เทคโนโลยี 3D printing ในการพิมพ์ชิ้นงานตัวอย่างแบบ rapid prototyping ก่อนผลิตจริง ส่งผลให้สามารถลดต้นทุนต่อชิ้นงานได้อย่างมหาศาล

มาทำความรู้จักกับส่วนต่างๆของเจ้าเครื่องจักร Injection Molding Machine กันก่อนว่า แต่ละส่วนมีบทบาทที่สำคัญอย่างไรต่อการฉีดขึ้นรูปพลาสติกบ้าง

ส่วนประกอบของเครื่อง Injection Molding

เครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติก

เครื่องฉีดขึ้นรูปพลาสติก หรือ Injection Molding Machine แบ่งเป็น 2 ส่วนใหญ่ๆ คือ Injection Unit และ Clamping Unit โดยเราจะต้องเริ่มจากส่วนแรกก่อนคือ

  1. Injection Unit มีหน้าที่ในการรับวัตถุดิบที่บริเวณ Feed Hopper และหลอมเหลวด้วยความร้อน จากนั้นก็ฉีดพลาสติกเหลวเข้าไปสู่แม่พิมพ์ในส่วนที่สองคือ
  2. Clamping Unit ในส่วนนี้แม่พิมพ์จะถูกบีบให้อยู่ในสภาพปิด เมื่อได้รับพลาสติกเหลวแล้วก็จะเกิดการหล่อเย็น จากนั้นแม่พิมพ์จะเปิดออกโดยอัตโนมัติเพื่อให้ชิ้นงานถูกปลดออกมาเพื่อนำไปบรรจุต่อไป

หากมาดูในรายละเอียดจะมีส่วนประกอบหลักดังนี้

  1. ฮอปเปอร์ (Hopper) กรวยขนาดใหญ่อยู่ด้านบน ทำหน้าที่รับเม็ดพลาสติกและสารเติมแต่งต่างๆที่จำเป็น เช่น เม็ดสี เพื่อป้อนเข้าสู่เครื่องฉีดพลาสติก
  2. กระบอกฉีดและสกรู (Injector and Screw) ส่วนที่เป็นเหมือนกระบอกฉีดตรงกลางจะมีสกรูเกลียวอยู่ด้านใน ทำหน้าที่หลอมเหลวเม็ดพลาสติกจากฮอปเปอร์โดยตัวทำความร้อนที่อยู่รอบๆ และฉีดพลาสติกที่หลอมเหลวแล้วเข้าสู่แม่พิมพ์ เกลียวนี้จะหมุนเคลื่อนถอยหลังและไปข้างหน้าได้เพื่อเพิ่มแรงดันให้พลาสติกไหลเข้าสู่แม่พิมพ์ได้
  3. หัวฉีด (Nozzle) ที่ปลายกระบอกฉีดจะมีหัวฉีดที่มีรูขนาดเล็กเชื่อมเข้ากับช่องทางไหลของพลาสติกสู่แม่พิมพ์
  4. มอเตอร์ขับสกรู (Drive Motor) มอเตอร์นี้ทำหน้าที่บังคับหมุนสกรูเกลียวด้านในกระบอกฉีดและขับดันเพื่อฉีดพลาสติกที่หลอมแล้วเข้าสู่ช่องว่างร อาจใช้เป็นมอเตอร์ไฟฟ้าหรือมอเตอร์ไฮดรอลิกก็ได้
  5. แม่พิมพ์ (Mold) ส่วนประกอบชิ้นสำคัญที่เป็นพระเอกของเราเลย แม่พิมพ์เป็นชิ้นส่วนที่ทำมาจากเหล็กที่ถูกสกัดให้เป็นช่องว่างภายในตามรูปทรงของสินค้าที่เราออกแบบไว้ รายละเอียดต่างๆที่จำเป็นจะถูกแกะสลักลงไปด้วยถ้าจำเป็น เช่น โลโก้ของชิ้นงาน โดยทั่วไปมักจะมี 2 ชิ้นประกบกันเพื่อให้มีความสะดวกเวลาปลดชิ้นงานที่เสร็จสมบูรณ์แล้วออกมา
  6. ตัวหนีบยึดแม่พิมพ์ (Hydraulic clamp unit) ตัวหนีบยึดแม่พิมพ์นี้หลายคนเรียกว่า “แคลมป์” ทำหน้าที่เป็นกลไกเปิดและปิดฝาแม่พิมพ์ และยังมีอุปกรณ์ทำความร้อนเพื่ออุ่นแม่พิมพ์ก่อนฉีดและอุปกรณ์ทำความเย็นเพื่อลดอุณหภูมิแม่พิมพ์ หรือที่เรียกว่าการหล่อเย็น (cooling) ให้ผลิตภัณฑ์แข็งตัวก่อนจะปลดออกจากแม่พิมพ์
  7. ชุดควบคุมกลาง (Central control) สุดท้ายคือส่วนสมองของเครื่องจักรนี้ ทำหน้าที่เป็นตัวควบคุมระบบที่สำคัญทั้งหมดของเครื่อง ได้แก่ อุปกรณ์จ่ายกระแสไฟฟ้า อุปกรณ์วัดและควบคุมอุณหภูมิ อุปกรณ์ควบคุมความดัน และอุปกรณ์ตั้งเวลา นั่นเอง
แม่พิมพ์การฉีดพลาสติก
ตัวอย่างแม่พิมพ์และชิ้นงานเลโก้ ขอบคุณรูปภาพจาก LNS Technology

ฉีดขึ้นรูปพลาสติกหลายแบบ

 

4 ขั้นตอนการผลิตพลาสติก

วงจรการผลิต หรือ ระยะเวลาในการผลิตของการฉีดขึ้นรูปพลาสติกนั้นสั้นมาก โดยปกติมักจะใช้เวลาเพียงแค่ 2 วินาที ถึง 2 นาทีเท่านั้น หลังจากมีการตกลงสรุปแบบชิ้นงาน รายละเอียดเรื่องและวางแผนการผลิตประกอบด้วย 4 ขั้นตอนง่ายๆ ตามนี้

ขั้นตอนการฉีดพลาสติก

 

1.การติดตั้งแม่พิมพ์ (Clamping)

ก่อนที่เราจะบรรจุเม็ดพลาสติก เราจะต้องติดตั้งแม่พิมพ์ทั้ง 2 ส่วนของเราให้เรียบร้อยก่อนโดยการหนีบเข้ากับตัวหนีบแคลมป์ โดยที่แม่พิมพ์หนึ่งฝั่งสามารถเลื่อนเข้าออกได้เพื่อเปิดปิดแม่พิมพ์ ตัวหนีบแม่พิมพ์ที่ทำงานด้วยระบบไฮดรอลิกจะดันแม่พิมพ์ทั้งสองฝั่งเข้าด้วยกันและประคองให้มั่นคงเมื่อพลาสติกเหลวถูกฉีดเข้ามา โดยที่ระยะเวลาในการเปิดปิดแม่พิมพ์นั้นขึ้นอยู่กับขนาดของเครื่องจักรซึ่งสะท้อนขนาดของชิ้นงาน หากเป็นเครื่องจักรขนาดใหญ่ก็จะใช้เวลามากกว่าเครื่องจักรขนาดย่อมนั่นเอง

ไมตรีแบ่งปัน

แม่พิมพ์เหล่านี้ทำจากเหล็กคุณภาพดีและสามารถใช้งานในการผลิตขึ้นรูปพลาสติกได้ปริมาณหลายล้านชิ้น! เมื่อทำแม่พิมพ์ออกมาแล้วส่วนใหญ่จะมีอายุการใช้งาน 1-2 ปีเลยทีเดียว

ฉีดขึ้นรูปเลโก้
ตัวอย่างงานฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นของเล่น เช่น ตัวต่อเลโก้

2. การฉีดพลาสติก (Injection)

เมื่อติดตั้งแม่พิมพ์เรียบร้อยแล้ว วัตถุดิบตั้งต้นคือเม็ดพลาสติกจะถูกบรรจุใส่เครื่องจักรตรงกรวยฮอปเปอร์และดันส่งไปที่แม่พิมพ์ผ่าน Injection Unit ระหว่างขั้นตอนนี้เม็ดพลาสติกจะถูกหลอมเหลวด้วยความร้อนและความดันให้มีลักษณะคล้ายยาสีฟันคือยังคงมีความหนืดไม่ได้เป็นน้ำ ทุกครั้งที่มีการฉีดพลาสติกเหลวเข้าสู่แม่พิมพ์และผลิตชิ้นงานสำเร็จหนึ่งครั้งจะเรียกว่า 1 ช็อต (shot) และแต่ละช็อตสามารถนำมาช่วยในการคำนวณระยะเวลาในการผลิตได้

แม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

 

3. การหล่อเย็น (Cooling)

พลาสติกเหลวที่อยู่ภายในแม่พิมพ์จะเริ่มเย็นตัวลงเมื่อได้สัมผัสกับผิวหน้าของแม่พิมพ์ ขณะที่เกิดการเย็นตัวนั้นเองพลาสติกจะแข็งตัวไปตามแบบของแม่พิมพ์ตามที่เราต้องการ อย่างไรก็ตามในระหว่างนี้อาจเกิดการหดตัว (shrinkage) ของพลาสติก พลาสติกที่ยังหลงเหลืออยู่จึงสามารถไหลเข้ามาเติมเต็มส่วนที่หดตัวไปได้ส่วนหนึ่ง ระยะเวลาของการเย็นตัวประเมินได้จากคำนวณคุณสมบัติทางเทอร์โมไดนามิกส์ของพลาสติกหลายๆอย่างด้วยกัน รวมถึงความหนาสูงสุดของชิ้นงานก็จะมีผลด้วยเช่นเดียวกัน

4. การปลดชิ้นงานจากแม่พิมพ์ (Ejection)

หลังจากให้ระยะเวลาในการเย็นตัวแล้ว ชิ้นส่วนที่แข็งตัวเรียบร้อยจะถูกปลดออกจากแม่พิมพ์โดยระบบการปลดชิ้นงาน เมื่อแม่พิมพ์ถูกเปิดออกระบบที่ทำการดันชิ้นงานออกจะเริ่มทำงานโดยต้องใ้ช้แรงพอสมควรเนื่องจากชิ้นงานอาจหดตัวและเกาะกับแม่พิมพ์ได้ บางชิ้นงานที่ปลดจากแม่พิมพ์ยากอาจจะต้องถูกดึงออกโดยมือของผู้ควบคุมเครื่องจักรเอง เมื่อชิ้นงานถูกปลดเรียบร้อยแล้วแม่พิมพ์จะถูกปิดเพื่อรอรับการฉีดพลาสติกในช็อตต่อไป

ผลิตภัณฑ์พลาสติกฉีด

ไมตรีแบ่งปัน

หลายครั้งเมื่อกระบวนการผลิตเสร็จสิ้นและได้ชิ้นงานออกมาแล้วก็ยังต้องมีกระบวนการ post-processing หลังการผลิตเพื่อเก็บรายละเอียดให้เรียบร้อย เพราะชิ้นงานอาจมีพลาสติกส่วนเกินติดมาด้วย โดยวิธีการง่ายๆคือการใช้คัตเตอร์ปาดพลาสติกส่วนเกินเหล่านี้ออกไป

ฉีดขึ้นรูปพลาสติก

ไมตรีแบ่งปัน

เศษพลาสติกที่ได้จากการปาดเอาส่วนเกินออกจากชิ้นงาน สามารถนำไป recycle ได้โดยการนำไปปั่นบดในเครื่องบดและนำมาผสมกับเม็ดพลาสติกใหม่เพื่อผลิตเป็นชิ้นงานอื่นๆต่อไป

 

งานพลาสติก

 

สรุป

การฉีดขึ้นรูปพลาสติกเป็นเทคโนโลยีชั้นเยี่ยมในการผลิตชิ้นงาน ปริมาณมาก (mass production) เหมาะกับการผลิตงานแบบสมบูรณ์ (finished products) เพราะจะต้องมีการสรุปแบบและแม่พิมพ์ที่ครบถ้วนสมบูรณ์พร้อมสำหรับการผลิตชิ้นงานจริง

ถึงตาคุณบ้าง 🙂

มาถึงตรงนี้ผู้ประกอบการหลายท่านน่าจะมีความเข้าใจที่ชัดเจนมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการผลิตและการทำงานร่วมกับโรงงานพลาสติก เราหวังว่าการเริ่มต้นงานผลิตสินค้าพลาสติกจะไม่ยากอย่างที่เคยคิด ขอแค่มีไอเดีย แล้วโทรปรึกษาโรงงานพลาสติกเกี่ยวกับโปรเจคของคุณได้เลย หรือจะโทรหาพวกเราก็ได้ ยินดีให้คำปรึกษาฟรีค่ะ

โรงงานผลิตพลาสติก ไมตรี อุตสาหกรรม ให้บริการผลิตงานพลาสติกหลายประเภท คุณภาพเยี่ยม

โรงงานผลิตพลาสติก

 

สนใจการออกแบบชิ้นงานหรือสอบถามรายละเอียด

หรือ ช่องทาง social media คลิ๊กเพื่อรับคำปรึกษาได้ทุกเวลา!