ผลิตภัณฑ์พลาสติกส่วนใหญ่ในโลกปัจจุบันถูกผลิตขึ้นด้วยกระบวนการฉีดขึ้นรูป อย่างไรก็ตาม การผลิตแม่พิมพ์นั้นอาจมีค่าใช้จ่ายสูงมากและใช้เวลานาน โชคดีที่แม่พิมพ์ไม่ได้จำเป็นต้องถูกกัดขึ้นรูปจากโลหะเสมอไป แต่สามารถพิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติได้

การพิมพ์สามมิติแบบสเตอริโอลิโทกราฟี (SLA) เป็นทางเลือกที่คุ้มค่ากว่าการกัดขึ้นรูปแม่พิมพ์อะลูมิเนียม ชิ้นงานที่พิมพ์ด้วย SLA จะมีเนื้อแน่นสมบูรณ์และมีคุณสมบัติสม่ำเสมอทุกทิศทาง อีกทั้งยังมีวัสดุที่มีอุณหภูมิการโก่งตัวภายใต้ความร้อนสูงได้ถึง 238°C ที่แรงดัน 0.45 MPa ซึ่งหมายความว่าวัสดุดังกล่าวสามารถทนต่อความร้อนและแรงดันของกระบวนการฉีดขึ้นรูปได้

การผลิตแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปแบบพิมพ์สามมิติสำหรับงานจำนวนน้อยได้อย่างรวดเร็ว

แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ ซึ่งติดตั้งอยู่ในโครงอะลูมิเนียม พร้อมด้วยชิ้นงานที่ฉีดขึ้นรูปเสร็จแล้ว

ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติระดับมืออาชีพที่มีราคาเข้าถึงได้ วัสดุสำหรับการพิมพ์สามมิติที่ทนต่ออุณหภูมิ และเครื่องฉีดขึ้นรูป จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วย 3D ภายในองค์กร เพื่อผลิตต้นแบบที่ใช้งานได้จริง และชิ้นส่วนขนาดเล็กที่ใช้งานได้จากพลาสติกสำหรับการผลิต สำหรับการผลิตปริมาณน้อย (ประมาณ 10-1000 ชิ้น) แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วย 3D สามารถช่วยประหยัดเวลาและค่าใช้จ่าย เมื่อเทียบกับแม่พิมพ์โลหะที่มีราคาสูง นอกจากนี้ยังช่วยให้กระบวนการผลิตมีความยืดหยุ่นมากขึ้น ทำให้วิศวกรและนักออกแบบสามารถสร้างต้นแบบแม่พิมพ์ ทดสอบรูปแบบของแม่พิมพ์ หรือปรับแก้แม่พิมพ์ได้อย่างง่ายดาย และพัฒนาการออกแบบอย่างต่อเนื่องด้วยระยะเวลานำสั้นและต้นทุนต่ำ

เทคโนโลยีการพิมพ์สามมิติแบบ SLA เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับงานขึ้นรูป โดยมีลักษณะเด่นคือผิวงานเรียบและความแม่นยำสูง ซึ่งแม่พิมพ์จะถ่ายทอดคุณสมบัตินี้ไปยังชิ้นงานสุดท้าย และยังช่วยให้การถอดชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ทำได้ง่ายขึ้น ชิ้นงานที่พิมพ์ด้วย SLA จะมีการยึดเกาะทางเคมี ทำให้มีความหนาแน่นเต็มที่และมีคุณสมบัติสม่ำเสมอทุกทิศทาง จึงสามารถสร้างแม่พิมพ์ที่ใช้งานได้จริงในระดับคุณภาพที่ไม่สามารถทำได้ด้วยเทคโนโลยี FDM เครื่องพิมพ์ SLA แบบตั้งโต๊ะและแบบเบนช์ท็อป เช่น ที่ผลิตโดย Formlabs ช่วยทำให้ขั้นตอนการทำงานง่ายขึ้น เนื่องจากติดตั้ง ใช้งาน และบำรุงรักษาได้ง่าย

Rigid 10K Resin ของ Formlabs เป็นวัสดุเกรดอุตสาหกรรมที่มีการเติมเส้นใยแก้วในปริมาณสูง ซึ่งเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นวัสดุทำแม่พิมพ์ในหลากหลายรูปทรงและเงื่อนไขของกระบวนการฉีดขึ้นรูป Rigid 10K Resin มีค่าอุณหภูมิการโก่งตัวภายใต้ความร้อน (HDT) ที่ 218°C ที่แรงดัน 0.45 MPa และมีโมดูลัสแรงดึง 10,000 MPa ทำให้เป็นวัสดุที่แข็งแรง แข็งตัวสูงมาก และมีเสถียรภาพทางความร้อน สามารถคงรูปภายใต้แรงดันและอุณหภูมิ เพื่อผลิตชิ้นงานที่มีความแม่นยำ

Rigid 10K Resin เป็นวัสดุหลักของ Formlabs สำหรับการพิมพ์แม่พิมพ์ที่มีความซับซ้อนสำหรับการฉีดขึ้นรูป ซึ่งมีการนำเสนอผ่านกรณีศึกษาสามกรณีในเอกสารไวท์เปเปอร์ของบริษัท ศูนย์เทคนิคอุตสาหกรรม IPC ในฝรั่งเศสได้ทำการศึกษาวิจัยและพิมพ์ชิ้นงานหลายพันชิ้น ผู้ผลิตแบบรับจ้าง Multiplus ใช้วัสดุนี้สำหรับการผลิตปริมาณน้อย และบริษัทพัฒนาผลิตภัณฑ์ Novus Applications ได้ทำการฉีดขึ้นรูปฝาปิดที่มีเกลียวซับซ้อนหลายร้อยชิ้นจากแม่พิมพ์ Rigid 10K Resin เพียงชิ้นเดียว

High Temp Resin เป็นวัสดุทางเลือกที่สามารถพิจารณาใช้ได้ เมื่อแรงกดและแรงฉีดไม่สูงมาก และเมื่อ Rigid 10K Resin ไม่สามารถรองรับอุณหภูมิที่ต้องการได้ High Temp Resin มีค่าอุณหภูมิการโก่งตัวภายใต้ความร้อน (HDT) ที่ 238°C ที่แรงดัน 0.45 MPa ซึ่งสูงที่สุดในบรรดาวัสดุเรซินของ Formlabs และเป็นหนึ่งในค่าที่สูงที่สุดในตลาด ทำให้สามารถทนต่ออุณหภูมิในการขึ้นรูปที่สูงและช่วยลดเวลาในการทำให้เย็นลง ในเอกสารไวท์เปเปอร์มีการยกตัวอย่างกรณีศึกษาของบริษัท Braskem ซึ่งเป็นบริษัทปิโตรเคมี ที่ทำการฉีดขึ้นรูป 1,500 รอบ ด้วยอินเสิร์ตแม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วย High Temp Resin เพื่อผลิตสายรัดหน้ากาก โดยบริษัทได้พิมพ์อินเสิร์ตและนำไปติดตั้งภายในแม่พิมพ์โลหะทั่วไปที่รวมอยู่ในระบบฉีดขึ้นรูป ซึ่งเป็นโซลูชันที่มีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตปริมาณระดับกลางอย่างรวดเร็ว

อย่างไรก็ตาม High Temp Resin มีความเปราะค่อนข้างสูง ในกรณีของรูปทรงที่ซับซ้อนมาก วัสดุอาจเกิดการบิดงอหรือแตกร้าวได้ง่าย สำหรับบางโมเดล การใช้งานให้เกินกว่าสิบกว่ารอบอาจเป็นเรื่องที่ท้าทาย เพื่อแก้ไขปัญหานี้ สตาร์ทอัพจากฝรั่งเศสชื่อ Holimaker ได้หันมาใช้ Grey Pro Resin ซึ่งมีค่าการนำความร้อนต่ำกว่า High Temp Resin ทำให้ใช้เวลาในการทำให้เย็นนานกว่า แต่มีความยืดหยุ่นมากกว่า และสามารถรองรับการใช้งานได้หลายร้อยรอบ

ดาวน์โหลดเอกสารไวท์เปเปอร์ของเราได้ฟรี เพื่อดูรายละเอียดกรณีศึกษา และเรียนรู้วิธีการสร้างแม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วย 3D ภายในองค์กรสำหรับงานฉีดขึ้นรูป

กรณีศึกษา: แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วยสามมิติ (3D Printing)

พื้นผิว (Textures) บนแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วยสามมิติจาก Rigid 10K Resin และบนชิ้นงานที่ฉีดขึ้นรูปสำเร็จแล้ว

การฉีดขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติ สามารถนำไปใช้ได้กับการใช้งานที่หลากหลาย ดาวน์โหลดเอกสารไวท์เปเปอร์ของเราเพื่อดูกรณีศึกษาจริง 5 กรณี เพื่อเรียนรู้ว่ากระบวนการผลิตแบบผสมผสานนี้ช่วยให้สามารถผลิตแม่พิมพ์ตามต้องการ และผลิตชิ้นส่วนเทอร์โมพลาสติกจำนวนน้อยได้อย่างรวดเร็วได้อย่างไร:

IPC ได้ดำเนินการศึกษาทางเทคนิคเกี่ยวกับการฉีดขึ้นรูปโดยใช้แม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติ
Multiplus ใช้แม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติจาก Rigid 10K Resin สำหรับการผลิตปริมาณน้อย
Novus Applications ทำการฉีดขึ้นรูปฝาปิดแบบเกลียวหลายร้อยชิ้นด้วยแม่พิมพ์แบบสามชิ้นที่ทำจาก Rigid 10K Resin
Braskem ผลิตสายรัดหน้ากากจำนวน 3000 ชิ้นภายในหนึ่งสัปดาห์ โดยใช้แม่พิมพ์อินเสิร์ตจาก High Temp Resin
Holimaker ผลิตชิ้นส่วนทางเทคนิคหลายร้อยชิ้นโดยใช้แม่พิมพ์จาก Grey Pro Resin และ Rigid 10K Resin

การเลือกเรซินที่เหมาะสมสำหรับการพิมพ์แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปด้วยสามมิติ (3D Printing)

แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วยเครื่องพิมพ์สามมิติ โดยใช้เรซิน High Temp ของ Formlabs
จากการทดสอบภายในและกรณีศึกษาร่วมกับลูกค้าของเรา เราแนะนำให้เลือกเรซินสำหรับการพิมพ์สามมิติโดยพิจารณาจากเกณฑ์ในตารางด้านล่าง โดยสัญลักษณ์สามดาวหมายถึงเรซินมีประสิทธิภาพสูงมาก และหนึ่งดาวหมายถึงมีประสิทธิภาพน้อยกว่า

วิธีการฉีดขึ้นรูปชิ้นงานโดยใช้แม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติ (3D Printing)

ความซับซ้อนของกระบวนการฉีดขึ้นรูปส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของชิ้นงานและโครงสร้างของแม่พิมพ์ เทอร์โมพลาสติกหลากหลายชนิดสามารถนำมาใช้ฉีดขึ้นรูปกับแม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติได้ เช่น PP, PE, TPE, TPU, POM หรือ PA วัสดุที่มีความหนืดต่ำจะช่วยลดแรงดันและยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์ พลาสติกประเภทโพลีโพรพิลีน (Polypropylene) และ TPEs เป็นวัสดุที่ขึ้นรูปได้ง่ายและสามารถทำงานได้ในจำนวนรอบสูง ในทางกลับกัน พลาสติกเชิงวิศวกรรม เช่น PA จะรองรับจำนวนรอบการผลิตได้น้อยกว่า การใช้สารช่วยถอดแบบ (release agent) จะช่วยให้แยกชิ้นงานออกจากแม่พิมพ์ได้ง่ายขึ้น โดยเฉพาะกับวัสดุการพิมพ์สามมิติที่มีความยืดหยุ่น เช่น TPU หรือ TPE

ประเภทของเครื่องฉีดขึ้นรูปไม่ได้มีอิทธิพลอย่างมีนัยสำคัญต่อกระบวนการ หากคุณเพิ่งเริ่มต้นกับการฉีดขึ้นรูปและต้องการทดลองด้วยงบประมาณจำกัด การใช้เครื่องฉีดขึ้นรูปแบบตั้งโต๊ะ เช่น Holipress หรือ Galomb Model-B100 อาจเป็นตัวเลือกที่ดี อุปกรณ์ฉีดขึ้นรูปขนาดเล็กแบบอัตโนมัติ เช่น เครื่องแบบตั้งโต๊ะ Micromolder หรือเครื่องระบบไฮดรอลิก Babyplast 10/12 ก็เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับการผลิตชิ้นส่วนขนาดเล็กในปริมาณมาก

แนวทางการออกแบบสำหรับแม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติ (3D Printing)

เราแนะนำให้ปฏิบัติตามหลักการออกแบบสำหรับการผลิตแบบเพิ่มเนื้อวัสดุ (additive manufacturing) รวมถึงหลักการทั่วไปของการออกแบบแม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูป เช่น การกำหนดมุมดราฟต์ (draft angle) ประมาณ 2 ถึง 3 องศา การรักษาความหนาของผนังชิ้นงานให้สม่ำเสมอทั่วทั้งชิ้น หรือการลบมุมให้โค้งมน นี่คือคำแนะนำที่เป็นประโยชน์บางประการจากผู้ใช้งานและผู้เชี่ยวชาญ ซึ่งเฉพาะสำหรับแม่พิมพ์ที่พิมพ์จากโพลิเมอร์:

เพื่อเพิ่มความแม่นยำของขนาด:

วางแผนเผื่อเนื้อวัสดุ (stock allowance) บนแม่พิมพ์สำหรับการปรับแต่งและเก็บผิวหลังการผลิต
พิมพ์แม่พิมพ์หนึ่งชุดเพื่อศึกษาความคลาดเคลื่อนของขนาด และนำข้อมูลนี้ไปปรับใช้ในโมเดล CAD ของแม่พิมพ์

 

เพื่อยืดอายุการใช้งานของแม่พิมพ์:

ขยายขนาดทางไหล (gate) เพื่อช่วยลดแรงดันภายในโพรงแม่พิมพ์ (cavity)

หากเป็นไปได้ ให้ออกแบบด้านหนึ่งของแม่พิมพ์ให้เรียบ และให้อีกด้านหนึ่งเป็นส่วนที่มีรายละเอียดของชิ้นงาน วิธีนี้จะช่วยลดโอกาสการเยื้องศูนย์ของชิ้นส่วนแม่พิมพ์ และลดความเสี่ยงของการเกิดครีบ (flashing)

เพิ่มช่องระบายอากาศ (air vents) ขนาดใหญ่จากขอบของโพรงแม่พิมพ์ไปยังขอบของแม่พิมพ์ เพื่อให้อากาศสามารถระบายออกได้ ซึ่งจะช่วยให้การไหลของวัสดุเข้าสู่แม่พิมพ์ดีขึ้น ลดแรงดัน และลดการเกิดครีบบริเวณ gate ส่งผลให้ลดระยะเวลาต่อรอบการผลิต

หลีกเลี่ยงหน้าตัดที่บางเกินไป: ความหนาพื้นผิวที่น้อยกว่า 1-2 มม. อาจเกิดการเสียรูปเมื่อโดนความร้อน

เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการพิมพ์:

ปรับด้านหลังของแม่พิมพ์เพื่อลดการใช้วัสดุ: ลดหน้าตัดในบริเวณที่ไม่ได้รองรับโพรงแม่พิมพ์ จะช่วยประหยัดเรซิน และลดความเสี่ยงของการพิมพ์ล้มเหลวหรือการบิดงอ

เพิ่มมุมเฉียง (chamfer) เพื่อช่วยให้นำชิ้นงานออกจากแท่นพิมพ์ได้ง่ายขึ้น

เพิ่มพินจัดตำแหน่ง (centering pins) ที่มุม เพื่อช่วยให้การประกบแม่พิมพ์ทั้งสองชิ้นตรงกัน

หากคุณมีคำถามเพิ่มเติมเกี่ยวกับขั้นตอนการทำงาน โปรดตรวจสอบบทความ FAQ ของเรา: Injection Molding With 3D Printed Molds และสำหรับขั้นตอนกระบวนการทั้งหมดรวมถึงแนวปฏิบัติที่ดีที่สุดอื่น ๆ โปรดดาวน์โหลดเอกสารไวท์เปเปอร์ของเรา

แม่พิมพ์ฉีดขึ้นรูปที่พิมพ์ด้วยสามมิติสามารถรองรับการทำงานแบบไซด์แอคชัน (side actions) ได้

แม่พิมพ์พิมพ์สามมิติ: เทคนิคสำหรับการสร้างต้นแบบและการผลิต

การผสานการทำแม่พิมพ์เข้ากับการพิมพ์สามมิติแบบตั้งโต๊ะ ช่วยให้วิศวกรและนักออกแบบสามารถขยายขอบเขตของวัสดุที่ใช้งาน และนำศักยภาพของเครื่องพิมพ์สามมิติไปไกลกว่าการสร้างต้นแบบอย่างรวดเร็ว (rapid prototyping) สู่ระดับของการผลิตจริง

การใช้แม่พิมพ์ แม่พิมพ์ปั๊ม (dies) และแพทเทิร์น (patterns) ที่พิมพ์ด้วยสามมิติ เพื่อเสริมกระบวนการขึ้นรูปและการหล่อ มักจะทั้งรวดเร็วและมีต้นทุนต่ำกว่าการกัดด้วย CNC และยังทำงานได้ง่ายกว่าการใช้แม่พิมพ์ซิลิโคน

นอกเหนือจากการฉีดขึ้นรูปแล้ว แม่พิมพ์ที่พิมพ์ด้วยสามมิติยังสามารถใช้กับกระบวนการขึ้นรูปและการหล่อดังต่อไปนี้:

การขึ้นรูปด้วยความร้อน (Thermoforming) และการขึ้นรูปสุญญากาศ (Vacuum Forming)
การทำแม่พิมพ์ซิลิโคน (รวมถึง overmolding และ insert molding)
การขึ้นรูปยางแบบวัลคาไนซ์ (Vulcanized rubber molding)
การหล่อเครื่องประดับ (Jewelry casting)
การหล่อโลหะ (Metal casting)

แม่พิมพ์จากการพิมพ์สามมิติ: เทคนิคสำหรับการสร้างต้นแบบและการผลิต
สามารถกดลิงก์เพื่อดาวน์โหลดเอกสารไวท์เปเปอร์ของเรา ซึ่งมีแนวทางเฉพาะสำหรับแต่ละกระบวนการ

	รายละเอียดเครื่อง Formlab form4 SLA คลิก    เช็คราคา คลิก
	รายละเอียดเครื่อง Formlab Fuse 1+ 30W SLS คลิก    เช็คราคา คลิก

 

แหล่งอ้างอิง

https://formlabs.com/blog/3d-printing-for-injection-molding/