การวางตำแหน่งของช่องหล่อเย็น ของแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมัน “3D Printing Applications in Plastic Injection Mould, R&D Case in TGI (Session 1: High Technology Solution for Mould Design and Manufacturing)”Hi-Tech Solution for Success Montian Watcharakamol Mould & Die Division Manager Mould Die and Machine Tool Center, Thai - German Institute Page 1 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมันHi-Tech Solution for Success Principles of Mould Cooling System Design Page 2 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนัHi-Tech Solution for Success Page 3 of 34 Pages

Thai-German Institute A สถาบนั ไทย-เยอรมันPart Defects B การโก่งงอของชิน้ งานที่มพี ืน้ ท่ีหน้าตัดต่างกัน : ความหนาท่ี A น้อยกว่าความหนาท่ี B ทาให้การหดตัวของชิน้ งานไม่เท่ากนั ความหนา B มากกว่าจะทาให้การหดตัวมากกว่า จึงทาให้ชิน้ งานโก่งงอHi-Tech Solution for Success Page 4 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมัน Cooling Channelการโก่งงอของชิน้ งานเน่ืองมาจากความแตกต่างของอณุ หภูมิท่ีผิวหน้าของแม่พิมพ์Hi-Tech Solution for Success Page 5 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมัน A B การโก่งงอของชิน้ งานที่เป็นรูปมมุ ฉาก (Angle Shape) : การหล่อเยน็ ส่วนคอร์ (ตาแหน่ง A)ทาได้ยากกว่าที่ตาแหน่ง B และอุณหภมู ิแม่พิมพ์สองด้านไม่เท่ากนั เม่ือนาชิน้ งานออกจากแม่พิมพ์ ชิน้ งานจะโก่งตัวไปทางด้านที่มอี ุณหภูมิมากกว่าHi-Tech Solution for Success Page 6 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมนั C D การโก่งงอของชิน้ งานที่เป็นรูปกล่อง (Box Shape) : การหล่อเยน็ ส่วนคอร์และมมุ ของคอร์ท่ีตาแหน่ง D ทาได้ลาบากกว่าและมอี ุณหภูมิสูงกว่าท่ีตาแหน่ง C เม่ือนาชิน้ งานออกจากแม่พิมพ์จะเกิดการโก่งตัวHi-Tech Solution for Success Page 7 of 34 Pages

Thai-German Institute Core Heat is concentrated in the (Hot) corner of the core สถาบนั ไทย-เยอรมนัCavity(Cold) Hot Corner Page 8 of 34 Pages (shrinks relative to frozen sections, causing warpage)Hi-Tech Solution for Success

Thai-German Institute Heat out by convectionสถาบนั ไทย-เยอรมนั Heat out by radiationHeat out to platen Heat in from plastic Heat in or out through cooling lines Heat transfer in the mouldHi-Tech Solution for Success Page 9 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบันไทย-เยอรมันแนวทางการออกแบบระบบหล่อเยน็ ของแม่พิมพ์ฉีด 1. การถ่ายเทอุณหภมู ิของแม่พิมพ์เป็นไปอย่างสมา่ เสมอและคงท่ี :  ได้คณุ ภาพทางเทคนิคของชิน้ งานฉีดท่ีต้องการ 2. ระบายความร้อนออกจากคาวิตีไ้ ด้อย่างรวดเร็ว :  เวลาในการผลิตสั้นท่ีสุดHi-Tech Solution for Success Page 10 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบนั ไทย-เยอรมนัขนาดเส้นผ่านศนู ย์กลางของช่องทางนา้ หล่อเยน็การถ่ายเทความร้อนไม่สมา่ เสมอ การถ่ายเทความร้อนสมา่ เสมอHi-Tech Solution for Success Page 11 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมันCooling IsothermalChannelHi-Tech Solution for Success Page 12 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนั w c db w d c b Wall thickness of Diameter of the Center distance Center distance the product (mm.) cooling channels with respect to between cooling mould cavity 2 (mm.) channels 4 2-3 d 6 6-10 2-3 d 10-12 12-15Hi-Tech Solution for Success Page 13 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมันHi-Tech Solution for Success Selective Laser Sintering (SLS) Technology and LaserCUSING® Technology Page 14 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบนั ไทย-เยอรมัน เทคโนโลยี Selective laser sintering (SLS) Selective laser sintering (SLS) เป็นเทคโนโลยกี ารสร้างต้นแบบรวดเร็ว (Rapid prototyping)ประเภทหน่ึง ซ่ึงใช้เทคนิคการสร้างแบบเพิ่มเข้า (Additive technology) คือ เป็นการสร้างชิน้ งานโดยการเติมเนือ้ วสั ดเุ ข้าไปตามลาดับ เพื่อให้ได้ชิน้ งานที่มรี ูปร่างตามที่ต้องการ โดยที่ Selective lasersintering (SLS) จะสร้างชิน้ งานด้วยการใช้เลเซอร์กาลงั สูง เช่น คาร์บอนไดออกไซด์เลเซอร์ หลอมละลายอนุภาคเลก็ ๆ ของผงพลาสติก ผงโลหะ ผงเซรามิค หรือผงแก้ว ให้เป็นชิน้ งานรูปทรงสามมิติตามต้องการHi-Tech Solution for Success Page 15 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนั เลเซอร์จะหลอมละลายวัสดโุ ดยวิธีการกวาดลาแสงเลเซอร์ลงบนผงวัสดทุ ี่อย่บู นแท่นวางชิน้ งานตามรูปร่างภาคตดั ขวางของชิน้ งานที่สร้างจากไฟล์สามมิติ เช่น CAD ไฟล์ หรือ ไฟล์ข้อมลู ที่มาจากการสแกน หลงั จากหลอมละลายเสร็จสิ้นในแต่ละชั้น แท่นวางชิน้ งานจะลดลงเท่ากับหน่ึงชั้นความหนาที่จะสร้าง และผงวัสดชุ ้ันใหม่จะถกู กวาดมาไว้ด้านบนของช้ันท่ีสร้างเสร็จแล้ว กระบวนการนีจ้ ะดาเนินต่อเนื่องซา้ ๆ กนั ไปเรื่อยๆ จนได้ชิน้ งานท่ีสมบรู ณ์Hi-Tech Solution for Success Page 16 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบนั ไทย-เยอรมัน เทคโนโลยี LaserCUSING® เทคโนโลยี LaserCUSING® เป็นเทคโนโลยที ่ีพฒั นาโดยบริษทั Concept Laser GmbH ซึ่งเป็นบริษทั ในเครือของบริษทั Hofmann Innovation Group AG ตัง้ อย่ทู ี่เมือง Lichtenfels ประเทศสหพันธ์สาธารณรัฐเยอรมนี คาว่า “CUSING” เกิดจากการรวมกันของตวั อักษร “C” ซึ่งมาจากตัวอักษรตวั แรกของช่ือบริษทั คือ Concept Laser และคาว่า “USING” ท่ีมาจากคาว่า Fusing ซ่ึงหมายถึงการหลอมละลาย เทคโนโลยี LaserCUSING® คือเทคโนโลยกี ารขึน้ รูปชิน้ งานจากผงโลหะ (Metal Powder) ด้วยลาแสงเลเซอร์ (Laser Beam) ซึ่งสามารถขึน้ รูปด้วยวสั ดทุ ี่เป็นโลหะได้เกือบทุกชนิดและมีให้เลือกหลายประเภทตามความต้องการHi-Tech Solution for Success Page 17 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบันไทย-เยอรมนั ในการขึน้ รูปชิน้ งานจะเป็นการขึน้ รูปทีละช้ันๆ (Layer) ตามรูปทรงที่ได้สร้างขึน้ ด้วย Softwareเป็นสามมิติ (CAD 3D Model) ซึ่งแต่ละช้ันกาหนดความหนาได้ระหว่าง 20 ถึง 50 ไมครอน แล้วหลอมละลายผงโลหะในแต่ละช้ันให้เป็นเนือ้ เดยี วกันด้วยการใช้ลาแสงเลเซอร์ (Laser Beam)Hi-Tech Solution for Success Page 18 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบนั ไทย-เยอรมัน ชิน้ งานจะถกู สร้างอย่บู นแผ่นรองรับชิน้ งาน (Construction plate) ทีละชั้นๆ สูงขึน้ เร่ือยๆ จนเป็นรูปร่างชิน้ งานที่ต้องการ ชิน้ งานที่สร้างเสร็จแล้วจะติดอย่บู นแผ่นรองรับชิน้ งาน (Construction plate)และอาจมโี ครงรองรับ (Support) ที่สร้างขึน้ มาเป็นพิเศษเพ่ือช่วยในการขึน้ รูปติดอย่ดู ้วย จึงต้องมีขน้ั ตอนการกาจัดออกต่อไป นอกจากนีช้ ิน้ งานที่สร้างเสร็จแล้วสามารถนาไปผ่านกระบวนการทาผิวสาเร็จ (Surface finishing)ได้ เช่น กดั ขึน้ รูปผิวสาเร็จ ขดั เงา หรือพ่นทราย เป็นต้นHi-Tech Solution for Success Page 19 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบนั ไทย-เยอรมัน เนื่องจากกระบวนการ LaserCUSING® นีจ้ ะขึน้ รูปชิน้ งานโดยการหลอมละลายผงโลหะเป็นช้ันๆดังนนั้ จึงสามารถท่ีจะสร้างชิน้ งานที่เป็นรูปทรงตนั หรือชิน้ งานที่มโี พรงข้างในได้ ถ้าชิน้ งานนัน้ ถกูออกแบบมาอย่างถกู ต้องเหมาะสม และชิน้ งานที่ถกู สร้างขึน้ มานีจ้ ะสามารถป้องกนั การรั่วซึมของของเหลวและก๊าซได้ด้วย อีกทั้งการสร้างชิน้ งานด้วยกระบวนการนีไ้ ม่ต้องอาศยั เคร่ืองมือใดๆ ในการขึน้ รูป การสร้างชิน้ งานจึงไม่ถกู จากดั ด้วยความสามารถในการขึน้ รูปของเครื่องมือ และการสร้างชิน้ งานกส็ ามารถทาได้อย่างรวดเร็วHi-Tech Solution for Success Page 20 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนัHi-Tech Solution for Success Page 21 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบันไทย-เยอรมนั สามารถสร้างชิน้ งานท่ีเป็นแบบผสม (Hybrid) ได้ ซ่ึงชิน้ งานจะประกอบด้วยส่วนประกอบ 2 ส่วนคือ ส่วนฐานจะเป็นส่วนของชิน้ งานท่ีมรี ูปร่างท่ีง่ายต่อการขึน้ รูป ที่จะถกู สร้างขึน้ ก่อนด้วยกระบวนการผลิตแบบดั้งเดิมคือขึน้ รูปด้วยเครื่องจักรพืน้ ฐานทั่วไป เช่นกัดขึน้ รูป กลึง หรือเจาะ และส่วนบนซ่ึงเป็นส่วนที่ไม่สามารถขึน้ รูปด้วยกระบวนการผลิตแบบดงั้ เดิมได้จะถกู สร้างขึน้ รูปด้วยกระบวนการLaserCUSING® ในภายหลงั โดยจะสร้างชิน้ งานลงบนส่วนฐานซึ่งยึดติดกบั แผ่นรองรับชิน้ งาน(Construction plate) ชิน้ งานทั้งสองส่วนจึงติดเป็นก้อนเดียวกนั การสร้างชิน้ งานที่เป็นแบบผสม(Hybrid) นีจ้ ะสามารถลดต้นทุนในการผลิตชิน้ งานได้Hi-Tech Solution for Success Page 22 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมนั ชิน้ งานแบบผสม (Hybrid insert) สาหรับ Car lamp holder ซ่ึงภายในมที ่อนา้ หล่อเยน็ ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของท่อนา้ เข้า (Inlet) และท่อนา้ ออก (Outlet) ø8 mm และมีท่อนา้ หล่อเยน็ ต่อเชื่อมแบบParallel จานวน 15 ท่อ (หน้าตัดรูปวงรีขนาด 2.2 x 1.5 mm)Hi-Tech Solution for Success Page 23 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมัน ข้อมลู ทางด้านเทคนิคของเครื่องสร้างต้นแบบรวดเร็ว M2 CusingHi-Tech Solution for Success Page 24 of 34 Pages

Thai-German Institute 250 x 250 x 280 mm (x, y, z) 20 - 50 µm สถาบันไทย-เยอรมนั 2 - 20 cm3/h (depending on material) Fibre laser 200W (cw) Build envelope LaserCUSING® 7 m/s Layer thickness LaserCUSING® 70 - 200 µm Production speed LaserCUSING® EROWA, System 3R Laser system Power consumption 7.0 kW Max. scanning speed Power supply 3/N/PE AC 400V, 32A Focus diameter Compress air 5 bar Reference clamping system 2 gas connections provided Connected loads approx. 2.5 m3/h 2440 x 1630 x 1992 mm (W x D x H) Inert gas supply 1500 kg Inert gas consumption 15 - 35 oC Dimensions Weight Page 25 of 34 Pages Operating conditionsHi-Tech Solution for Success

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมันMaterial DIN Yield point Tensile Hardness E-modulus Elongation Thermal (N/mm2) (HRC) (%) conductivity strength (103 N/mm2) (N/mm2) at 20 oC (W/mK) at 20 oC CL 20ES 1.4404 470 570 20 - >30 ca. 15Stainless steel Untempered 950 1,100 35-40 140 4 ca. 14 1,800 1,900 CL 50WS 1.2709 Tempered 1,550 1,650 54 160 >2-3 ca. 14Hot-work steel (490 oC) 950 1,100 1,800 1,900 CL 60DG Tempered 1,550 1,650 48 160 >2-3 ca. 14Hot-work steel (540 oC) 570 850for pressure die 1,000 1,100 Untempered ca. 1,600 ca. 1,700 35-40 140 4 ca. 14 casting 1.2709 Tempered 54 160 >2-3 ca. 14 CL 90RW (490 oC)Hot-work steel Tempered 48 160 >2-3 ca. 14 CL 91RW (540 oC)Hot-work steel Untempered 35-40 135 2.5 ca. 13 Tempered 45-48 135 >1 ca. 13 (510 oC) 48-50 ca. 140 ca. 2 ca. 13 Tempered (525 oC)Hi-Tech Solution for Success Page 26 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมนั การนาเทคโนโลยี LaserCUSING® มาใช้ในการผลิตชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติก เทคโนโลยี LaserCUSING® นี้ สามารถนามาใช้ในการผลิตชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกที่มีรูปทรงซับซ้อนซึ่งไม่สามารถผลิตด้วยการใช้กระบวนการขึน้ รูปแบบดงั้ เดิมได้ เช่น ชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ท่ีมรี ะบบทางนา้ หล่อเยน็ ประสิทธิภาพสูงท่ีเป็นไปตามรูปทรงชิน้ งาน หรือชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ท่ีมหี น้าตดับางแต่ต้องการคณุ สมบตั ิทางกลที่ดเี ยย่ี ม และการนาแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกท่ีสร้างได้นีม้ าใช้ผลิตชิน้ งานส่ิงท่ีจะได้ตามมากค็ ืออายกุ ารใช้งานแม่พิมพ์ท่ีจะเพิ่มขึน้ รอบระยะเวลาในการฉีดขึน้ รูปจะลดลง ยิ่งไปกว่าน้ันค่าใช้จ่ายในการผลิตกจ็ ะลดลง และราคาของผลิตภณั ฑ์ต่อชิน้ จะถกู ลงกว่าเดิมอีกด้วยHi-Tech Solution for Success Page 27 of 34 Pages

Thai-German Institute สถาบันไทย-เยอรมันข้อดขี องการผลิตชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกด้วยเทคโนโลยี LaserCUSING®1.ไม่ต้องอาศยั เครื่องมือใดๆ ในการขึน้ รูป และไม่ต้องการใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการผลิต(CAM)2. ใช้กระบวนการขึน้ รูปเพยี งขน้ั ตอนเดยี ว บนเคร่ืองจักรเพยี งเครื่องเดียว จึงลดเวลาการผลิตแม่พิมพ์ได้มาก3. ใช้สร้างชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ท่ีมรี ะบบทางนา้ หล่อเยน็ เป็นไปตามรูปทรงของชิน้ งานได้ เน่ืองจากไม่มีข้อจากัดด้านการออกแบบและสร้างชิน้ ส่วนแม่พิมพ์Hi-Tech Solution for Success Page 28 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมัน 4. สามารถนามาใช้สร้างระบบทางนา้ หล่อเยน็ เพื่อทาการหล่อเยน็ ในบริเวณที่ ยากต่อการสร้างระบบทางนา้ หล่อเยน็ ด้วยกระบวนการสร้างชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ แบบดงั้ เดิมได้ 5. ชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ที่ขึน้ รูปด้วยเทคโนโลยนี ีส้ ามารถสร้างให้มรี ะบบทางนา้ หล่อเยน็ ท่ีมปี ระสิทธิภาพสูง ทาให้ลดรอบระยะเวลาในการฉีดขึน้ รูปได้ เนื่องจากสามารถขึน้ รูปเป็นชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ได้โดยตรงจากแบบคอมพิวเตอร์ สามมิติ (3D CAD file) 6. ทาให้ชิน้ งานพลาสติกซ่ึงฉีดขึน้ รูปจากแม่พิมพ์ท่ีผลิตด้วยเทคโนโลยแี บบนี้ มคี ุณภาพของผลิตภณั ฑ์ดีกว่า เพราะมกี ารยบุ ตวั หรือบิดตวั เน่ืองจากอุณหภูมิ ลดลง 7. สามารถเปลย่ี นแบบผลิตภัณฑ์ได้อย่างสะดวกและรวดเร็ว 8. สามารถเลือกวัสดโุ ลหะผงท่ีจะใช้ทาชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ได้หลากหลาย เพ่ือให้ มคี ณุ สมบตั ิตามความต้องการ และยงั สามารถวิจัยและพัฒนาวัสดโุ ลหะผง ใหม่ๆ มาใช้งานได้อีกด้วยHi-Tech Solution for Success Page 29 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมันข้อจากัดของการผลิตชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ฉีดพลาสติกด้วยเทคโนโลยี LaserCUSING®1. ชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ที่ขึน้ รูปด้วยเทคโนโลยแี บบนี้ จะมคี วามเท่ียงขนาดตา่2. ชิน้ ส่วนแม่พิมพ์ที่ขึน้ รูปด้วยเทคโนโลยแี บบนี้ จะมผี ิวหยาบ มคี ุณภาพผิวตา่3. เคร่ืองจักรและวสั ดโุ ลหะผงท่ีใช้สาหรับขึน้ รูป มรี าคาแพงHi-Tech Solution for Success Page 30 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนั Mould insert with conformal surface cooling Size : 100 x 135 x 47 mm Material : Hot-work steel Hardness : 54 HRC Building time : 170 hrHi-Tech Solution for Success Page 31 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบันไทย-เยอรมนั Mould insert with conformal cooling Size : 52 x 60 x 82 mm Material : CL50WS (Hot-work steel) Hardness : 54 HRC Building time : 25 hrHi-Tech Solution for Success Page 32 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมัน Diagonal slide insert with conformal cooling Size : 52 x 60 x 110 mm Material : CL50WS (Hot-work steel) Hardness : 54 HRC Building time : 48 hrHi-Tech Solution for Success Page 33 of 34 Pages

Thai-German Instituteสถาบนั ไทย-เยอรมนั Thank you for your attentionHi-Tech Solution for Success Montian Watcharakamol Email : [email protected] Mobile : 081 927 4119 Page 34 of 34 Pages