เครื่องเชื่อมอัลตร้าโซนิคดียังไง แต่ถ้ารอยเส้นเชื่อม (Weld Line) ออกแบบไม่ถูก ก็เชื่อมยากหรือเชื่อมไม่ได้
บทความที่แล้วเราได้กล่าวถึงขั้นตอนในการเชื่อมพลาสติกด้วยอัลตร้าโซนิคกันไปแล้ว ว่าเชื่อมอย่างไรให้สมานระดับโมเลกุล บทความนี้ผมจะมาคุยเรื่องหลักการออกแบบรอยเส้นเชื่อมที่ดี ต้องรู้อะไรบ้างกันนะครับ
การออกแบบรอยเส้นเชื่อมของชิ้นงานมีความสำคัญอย่างยิ่ง ส่งผลโดยตรงต่อผลงาน ว่าเชื่อมแล้วติดดีระดับโมเลกุล (Molecular Bonding) ติดกันน้ำกันฝุ่น (Hermatic Seal) หรือไม่? การออกแบบที่ดี นอกจากทำให้ชิ้นงานติดดีขึ้นแล้ว ยังทำให้เชื่อมง่ายและลดของเสียได้อีกด้วย
การออกแบบรอยเส้นเชื่อมของชิ้นงาน ขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ประเภทของพลาสติก รูปทรงของชิ้นงาน และข้อกำหนดของรอยเส้นเชื่อมบนชิ้นงาน
มีการออกแบบรอยเส้นเชื่อมที่แตกต่างกันมากมาย แต่ละแบบมีข้อดีแตกต่างกันไป
การออกแบบชิ้นงานเชื่อมที่ดีจะต้องมี 3 อย่างนี้
Step
พื้นผิวสัมผัสที่สม่ำเสมอ ผิวสัมผัสของการเชื่อมควรเป็นผิวเรียบ ไม่ขรุขระ เพราะจะทำให้ควบคุมการหลอมละลายได้ยากขึ้น
Step
จุดสัมผัสแรกของการเชื่อมจะต้องมีพื้นที่น้อย การทำเช่นนี้หมายถึงพลังงานที่ใช้น้อยลง เพราะการ “เริ่มหลอมละลาย (Meltdown)” ระหว่างชิ้นงานพลาสติกจะทำได้ง่ายขึ้น
Step
แนวการเชื่อมควรวางอยู่ในแนวระนาบเดียวกัน เพราะการเชื่อมอัลตร้าโซนิคจะทำงานได้ไม่ทั่วถึงและสม่ำเสมอ (uniform) หากแนวระนาบไม่ขนานกันหรือมีแนวโค้งเอียง
ปัญหาของการไม่มีรอยเส้นเชื่อม (Flat Butt Joins Welds)
การเชื่อมโดยไม่มีเส้นเชื่อม หรือเส้นเชื่อมที่แบน ไม่มีมุม คลื่นอัลตร้าโซนิคจะผ่านจากจุดที่แคบและสูงที่สุดก่อน ส่งผลให้รอยเชื่อมไม่แน่นอน จุดที่เชื่อมกระจัดกระจาย
ส่วนใหญ่ จะใช้การขยายเวลาเชื่อม (Weld Time) เพื่อแก้ปัญหานี้ แต่ขยายเวลาไม่ได้แก้ปัญหาที่ต้นเหตุ การเพิ่มเวลาเชื่อมจะขยายผลเฉพาะส่วนที่สูงที่สุดบนรอยเชื่อมนั้น ซึ่งถ้ารอยไม่แน่นอน ก็จะยิ่งทวีคูณความไม่แน่นอนนั้นเข้าไปอีก
ผลคือจะทำให้เกิดการน้ำพลาสติกแลบหรือแฟลช (Flash)ออกมานอกรอยเชื่อม ทำให้ชิ้นงานไม่สวยหรือเกิดเป็นงานเสีย เป็น Part Defect ปรับแก้ยังไงก็ไม่หาย
ขยายเวลาเชื่อมไม่ได้แก้ปัญหาที่ต้นเหตุ ถ้ารอยเชื่อมไม่แน่นอน ก็จะยิ่งทวีคูณความไม่แน่นอนนั้นเข้าไปอีก
บางที่จึงออกแบบมาแก้ด้วยการทำให้มุมของชิ้นงานเป็นแบบมุมแหลม (Pointed Wall Parts) แต่ก็ยังไม่ใช่การแก้ปัญหาในระยะยาวอยู่ดี เพราะหากเชื่อมเอาสวย งานก็อาจติดไม่ดี แต่ถ้าเชื่อมเอาติดแน่น งานก็ปลิ้นหรือเกิดแฟลชน้ำพลาสติกล้นออกมาด้านข้าง ทำให้รูปลักษณ์ของงานเสียและทำให้ชิ้นงานไม่ผ่าน quality test กลายเป็น defect
โหลดฟรี! ข้อมูลลับ*
ตารางตรวจความเข้ากันได้
ในการเชื่อมของเชื้อพลาสติก
โหลดฟรี! ข้อมูลลับ*
ตารางตรวจความเข้ากันได้ในการเชื่อม
ของเชื้อพลาสติก
เชื่อมติดไม่ดีอาจไม่ใช่เครื่องเชื่อม ไม่ใช่รอยเชื่อม
แต่เป็นเชื้อโพลิเมอร์ที่ไม่แมทช์กัน ข้อมูลสรุปกว่า หมื่นงานเชื่อมจากอเมริกา จำกัดเฉพาะ 100 สิทธิ์แรกเท่านั้น
เชื่อมติดไม่ดี
อาจไม่ใช่เครื่องเชื่อม
ไม่ใช่รอยเชื่อม
แต่เป็นเชื้อโพลิเมอร์ที่ไม่แมทช์กัน
ข้อมูลสรุปกว่า หมื่นงานเชื่อมจากอเมริกา จำกัดเฉพาะ 100 สิทธิ์แรกเท่านั้น
*ตารางนี้ใช้เฉพาะภายในแผนกวิศวกรของประทานกิจฯเท่านั้น
THE ENERGY DIRECTOR (มุมเหนี่ยวนำพลังงาน) คือคำตอบ
มุมเหนี่ยวนำพลังงาน จริงๆส่วนใหญ่ในวงการเชื่อมพลาสติกแล้ว จะเรียกกันทับศัพท์ไปเลยว่า เอนเนอร์จี้ ไดเรคเตอร์ (Energy Director) ครับ
คอนเซ็ปต์ของ Energy Director ถูกพัฒนาขึ้น เพื่อให้การหลอมละลายมีความแข็งแรงในการยึดเกาะที่ดี โดยที่ปริมาณน้ำพลาสติกที่หลอมละลายลงมา พอดีกับรอยเชื่อม ผลคือทำให้แทบไม่มีแฟลช เป็นการออกแบบที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในพวกพอลิเมอร์อสัณฐาน (amorphous polymers)
Energy Director คือ รอยเส้นเชื่อมที่ดูจากหน้าตัดแล้วเป็นรูปสามเหลี่ยม โดยทั่วไปจะวิ่งไปรอบรอยเชื่อมของชิ้นงานทั้งหมด เมื่อพลังงานอัลตราโซนิคถูกส่งผ่านชิ้นส่วนภายใต้ความกดดันและเมื่อเวลาผ่านไป พลังงานจะเข้มข้นขึ้น
ปลายแหลมของ Energy Director (มุมแหลมที่สุดของสามเหลี่ยม หากมองจาก cross section หรือภาพหน้าตัด) จะเกิดความร้อนขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งทำให้เส้นเชื่อมเริ่มละลาย วัสดุของชิ้นงานเริ่มหลอมเหลวและไหลผ่านไปที่จุดเชื่อมประสาน ทำให้เกิดพันธะโมเลกุลกับพื้นผิวการเชื่อม
Energy Director สำหรับเรซินอสัณฐาน (Amorphous Resin)
Energy Director เรซินกึ่งผลึก (Semi-Crystalline Resin)
ในแง่ของข้อกำหนดพื้นฐานสามประการของการออกแบบการเชื่อมที่ดี Energy Director มีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดสองอย่าง: คือพื้นที่สัมผัสของการเชื่อมสม่ำเสมอและพื้นที่สัมผัสเริ่มต้นขนาดเล็ก
อย่างไรก็ตาม Energy Director เองไม่ได้ควบคุมแฟลชของงานเชื่อม การที่จะเชื่อมโดยมีแฟลชน้อยที่สุด จะต้องมีการออกแบบรอยเชื่อมเสริมจากการออกแบบ Energy Director
การออกแบบตัว Energy Director สำหรับเรซินอสัณฐาน (Amorphous Resin) จะต้องเป็นรูปสามเหลี่ยมมุมฉากที่มีมุม 90 องศาที่ปลายยอดและมุมฐานแต่ละมุม 45 องศา โดยที่ความสูงไม่ควรเกิน 1 มม. และฐานไม่ควรเกิน 1.5 มม.
และสำหรับ Polycarbonate, Acrylics และพวกเรซินกึ่งผลึกอื่นๆ (Semi-Crystalline Resin) Energy Director จะต้องเป็นรูปสามเหลี่ยมด้านเท่าโดยมีมุมทั้งสามมุมเป็น 60 องศา โดยที่ความสูงไม่เกิน 1.3 มม. โดยประมาณ
อัตราส่วนการออกแบบกว้างและยาวของ Energy Director ที่ถูกต้องตามหลักการดีไซน์ Ultrasonic Welding
เป็นยังไงกันบ้างครับ บทความนี้เริ่มเจาะลงรายละเอียดในหลักการดีไซน์รอยเชื่อม ซึ่งเป็นถือศาสตร์และศิลป์ หากเรามีความรู้พื้นฐานที่ถูกต้องและได้เริ่มวางแผนดีไซน์ชิ้นงานตั้งแต่ก่อนผลิตงาน จะทำให้ประหยัดเวลาและลดค่าใช้จ่ายได้อย่างมหาศาลเพราะว่าไม่ต้องมาแก้ไขปัญหาทีหลัง (เชื่อมไม่ติด เชื่อมไม่สม่ำเสมอ ชิ้นงานเสีย อุปกรณ์เสีย ปรับตั้งค่าเชื่อมเยอะ ฯลฯ)
บทความถัดไป เรามาดูรูปแบบรอยเชื่อมต่างๆกันครับ
หากคุณมีโปรเจ็กต์ที่ต้องการจะเชื่อมพลาสติกเข้าด้วยกัน หรือพลาสติกเข้ากับอย่างอื่น แล้วไม่รู้จะเริ่มตรงไหน สามารถติดต่อและปรึกษาฟรีกับเรา รวมจนถึงทดลองเทสการเชื่อมฟรีด้วย ได้ที่ลิ้งค์นี้
https://patankit.com/plastic-welding-cutting-and-assembly/
หรือสามารถติดต่อเราได้ที่ 02-869-8970 หรือไลน์มาที่ @patankit-vho
