กระบวนการขึ้นรูปแบบเทอร์โมฟอร์มิ่งเป็นกระบวนการขึ้นรูปแผ่นหรือฟิมล์พลาสติกประเภทเทอร์โมพลาสติกที่ผ่านการให้ความร้อน(Heating) แล้วทำให้เกิดการยืดตัว(Stretching)บนผิวแม่พิมพ์เพื่อให้ได้รูปร่างและขนาดชิ้นงานที่ต้องการ โดยหลังจากที่ชิ้นงานเย็นตัวและถอดจากแม่พิมพ์แล้วก็จะถูกนำไปตัด(Trim) เพื่อแยกเอาชิ้นงานออก ตัวอย่างชิ้นงานที่มีความหนาน้อยกว่า 1.5 mm. (Thin Gauge Thermoforming) ได้แก่ บรรจุภัณฑ์อาหาร, บรรจุภัณฑ์ยา เป็นต้น ส่วนชิ้นงานที่มีความหนามากกว่า 1.5 ~ 13 mm. (Thick Gauge Thermoforming) ได้แก่ แผงบุประตูตู้เย็น, อ่างอาบน้ำ, พื้นปูกระบะ อุปกรณ์แต่งรถเช่น สเกิร์ต, สปอยเลอร์ เป็นต้น


รูปที่1 ลำดับขั้นการการทำงานของกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งโดยทั่วไป

                a) บรรจุภัณฑ์สำหรับใส่ผลไม้                                                     b) อุปกรณ์จัดฟัน(ภาพจาก www.formlab.com)

รูปที่2 ตัวอย่างงานที่ผลิตจากกระบวนการขึ้นรูปแบบเทอร์โมฟอร์มมิ่ง

ข้อดีของกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งคือ

·      สามารถพัฒนาผลิตภัณฑ์ได้เร็ว

·      มีค่าใช้จ่ายโดยเฉพาะแม่พิมพ์ที่ถูกกว่ากระบวนการอื่น วัสดุที่ใช้ทำแม่พิมพ์อาจเป็น ไม้, อีพ็อกซี่, อะลูมิเนียม ฯลฯ

·      ประเภทของพลาสติกที่ใช้ในกระบวนการนี้ PP, PS, PET, LPDE, HPDE, PC, ABS เป็นต้น

          หลักการขึ้นรูปชิ้นงานโดยทั่วไปมีดังนี้

1.การขึ้นรูปโดยสูญญากาศ(Vacuum forming)
รูปที่3 รูปจำลองกระบวน Vacuum forming(ภาพจาก www.sinotech.com)

2.การขึ้นรูปโดยการใช้ความดัน(Pressure forming)

รูปที่4 รูปจำลองกระบวนการ Pressure forming(ภาพจาก www.sinotech.com)

3.การขึ้นรูปโดยทางกล(Mechanical forming)
รูปที่5 รูปจำลองกระบวนการ Mechanical forming(ภาพจาก www.sinotech.com)

ในการจำลองกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งเราสามารถนำ 3DEXPERIENCE Works Simulation มาช่วย เพื่อให้เห็นภาพลำดับเหตุการณ์ในช่วงการผลิตซึ่งเกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ นอกจากนี้สามารถวิเคราะห์ชิ้นงานที่ได้ว่า เกิดจุดบกพร่อง, มีรูปร่าง, ขนาด และ ความหนาของชิ้นงาน ตามที่เราต้องการหรือไม่ โดยใช้ Role หรือ Package ที่ชื่อว่า Structural Mechanics Engineer โดยสามารถทำงานร่วมกับ SOLIDWORKS ที่มีอยู่ได้เดิมอย่างราบรื่น

รูปที่6 ลำดับขั้นตอนการทำงานของ Structural Mechanics Engineer ร่วมกับ SOLIDWORKS(ภาพจาก Dassault Systems)

เพื่อให้ง่ายต่อการทำความเข้าใจ จึงยกตัวอย่างการจำลองกระบวนการเทอร์โมฟอร์มมิ่งแบบง่ายๆ  โดยมีรายละเอียดดังนี้

          1.เนื่องจากเหตุการณ์เกิดขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ จึงเลือกการจำลองแบบ Explicit Dynamics

          2.จำลองเหตุการณ์ที่เกิดขึ้น 3 ขึ้นตอน คือ

·      ให้ความดันแก่แผ่นพลาสติก

·      แม่พิมพ์เคลื่อนที่เพื่อรอรับการขึ้นรูปของแผ่นพลาสติกในขั้นตอนถัดไป

·      สร้างสุญญากาศเพื่อให้แผ่นพลาสติกเกิดการยืดตัวบนผิวแม่พิมพ์จนได้ชิ้นงานตามที่ต้องการ

หมายเหตุ

·      อุณหภูมิของแผ่นพลาสติด 480 K

·      ตัวอย่างละเว้น เรื่องการถ่ายเทความร้อน และ ขั้นตอนการจับยึ่ดแผ่นพลาสติด

3.แผ่นพลาสติกเลือกใช้เอเลเมนต์แบบ continuum shell

4.แบบจำลองวัสดุของแผ่นพลาสติก อาจจะเลือกใช้เป็น viscous – elastic หรือ Johnson – Cook อย่างใดอย่างหนึ่ง

5.กำหนดเงื่อนไขคอนแทคแบบ general

6.เลือกการคำนวณว่าจะเป็นแบบ Local หรือ Cloud


รูปที่7 ภาพตัวอย่างกระบวนการขึ้นรูปแบบเทอร์โมฟอร์มมิ่ง(ภาพจาก Dassault Systems)


รูปที่8 แสดงจุดบกพร่อง fold และ underfill(ภาพจาก Dassault Systems)


รูปที่9 แสดงค่าความหนา ณ ตำแหน่งต่างๆ บนชิ้นงาน(ภาพจาก Dassault Systems)