❄️ ระบบหล่อเย็น (Cooling System): ลด Cycle Time ด้วยการออกแบบรูน้ำเย็น
ระบบหล่อเย็นถือเป็นหัวใจสำคัญในกระบวนการฉีดพลาสติก เนื่องจากเวลาส่วนใหญ่ของ รอบเวลาการผลิต (Cycle Time) (ประมาณ 50-80%) มักถูกใช้ไปกับขั้นตอนการทำให้ชิ้นงานเย็นตัวลง ดังนั้น การออกแบบ รูน้ำเย็น (Cooling Channel) ที่มีประสิทธิภาพจึงเป็นกุญแจสำคัญในการ ลด Cycle Time และปรับปรุงคุณภาพของชิ้นงาน
💡 หลักการออกแบบรูน้ำเย็นเพื่อลด Cycle Time
หลักการสำคัญในการออกแบบระบบหล่อเย็นคือการ ควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์ให้สม่ำเสมอและเย็นตัวเร็วที่สุด โดยที่ยังคงรักษาคุณภาพชิ้นงานไว้ได้ (ป้องกันการบิดเบี้ยวหรือรอยยุบ)
1. ความใกล้ชิดกับโพรงแม่พิมพ์ (Proximity to Cavity)
จัดวางให้ใกล้ที่สุด: รูน้ำเย็นควรอยู่ใกล้กับพื้นผิวโพรง (Cavity) และแกนแม่พิมพ์ (Core) ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ โดยต้องไม่กระทบต่อความแข็งแรงทางกลของเหล็กแม่พิมพ์
ระยะห่างที่เหมาะสม: โดยทั่วไป ระยะห่างระหว่างรูน้ำเย็นกับผิวชิ้นงานควรอยู่ที่ประมาณ $1-2$ เท่าของเส้นผ่านศูนย์กลางรูน้ำ และมีความสม่ำเสมอตลอดแนว
2. การกระจายความร้อนสม่ำเสมอ (Uniform Heat Distribution)
ความสมมาตร: ควรออกแบบรูน้ำเย็นให้ สอดคล้องกับรูปทรงของชิ้นงาน มากที่สุด เพื่อให้เกิดการดึงความร้อนออกจากชิ้นงานอย่างสม่ำเสมอ
ความหนาที่แตกต่าง: ในบริเวณที่ชิ้นงานมีความหนามากเป็นพิเศษ (Thick Sections) ควรมีการระบายความร้อนเสริมเฉพาะจุด (เช่น การใช้ Baffle/Bubbler หรือ Conformal Cooling) เพื่อป้องกันจุดร้อน (Hot Spots) ที่อาจทำให้เกิดรอยยุบ (Sink Marks) หรือการบิดเบี้ยว
3. การไหลและประสิทธิภาพ (Flow and Efficiency)
ความปั่นป่วน (Turbulence): อัตราการไหลของน้ำหล่อเย็นต้องสูงพอที่จะทำให้เกิด การไหลแบบปั่นป่วน (Turbulent Flow) (Reynolds Number สูงกว่า $4,000$) ซึ่งช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้ดีกว่าการไหลแบบราบเรียบ (Laminar Flow)
การแบ่งวงจร (Multiple Loops): สำหรับแม่พิมพ์ขนาดใหญ่ ควรแบ่งระบบหล่อเย็นออกเป็น หลายวงจร (Independent Loops) เพื่อให้สามารถควบคุมอัตราการไหลและอุณหภูมิในแต่ละพื้นที่ได้อย่างแม่นยำ และลดการสูญเสียแรงดัน (Pressure Drop)
การไหลย้อนกลับ (Counter-Flow): ควรออกแบบให้ทิศทางการไหลของน้ำหล่อเย็นเป็นแบบ ทิศทางสวนทาง (Counter-Flow) เพื่อช่วยรักษาความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างทางเข้าและทางออกให้น้อยที่สุด (มักกำหนดไว้ที่ $2-5$ องศาเซลเซียส)
4. Conformal Cooling (ระบบหล่อเย็นตามรูปทรง)
นวัตกรรมเพื่อประสิทธิภาพสูงสุด: เป็นเทคโนโลยีการสร้างรูน้ำเย็นโดยใช้ การพิมพ์ 3 มิติ (3D Printing) ทำให้รูน้ำเย็นสามารถ เลียนแบบรูปทรง (Conform) ของโพรงแม่พิมพ์ได้อย่างแม่นยำ
ประโยชน์: การจัดวางรูน้ำเย็นได้ใกล้ชิดกับผิวโพรงและสม่ำเสมอตามรูปทรงชิ้นงาน ช่วยลดเวลาในการหล่อเย็นได้ถึง $20\%$ ถึง $60\%$ เมื่อเทียบกับรูน้ำเย็นแบบเจาะตรง (Drilled Channel) แบบดั้งเดิม
| ระบบหล่อเย็น | Cooling System, รูน้ำเย็น, Cooling Channel, ระบบระบายความร้อน, การควบคุมอุณหภูมิแม่พิมพ์ |
| ปัจจัยสำคัญ | Cycle Time Reduction, ลดรอบเวลาผลิต, Heat Transfer, การถ่ายเทความร้อน, Hot Spot, จุดร้อน |
| เทคนิคการออกแบบ | Conformal Cooling, Turbulent Flow, การไหลปั่นป่วน, Baffle/Bubbler, การออกแบบรูน้ำ |
| ปัญหาที่เกี่ยวข้อง | Part Warpage, ชิ้นงานบิดเบี้ยว, Sink Mark, รอยยุบ |
1. ความใกล้ชิดกับโพรงแม่พิมพ์ (Proximity to Cavity)
ภาพที่ 1: การวางตำแหน่งรูน้ำเย็นที่เหมาะสม
ภาพนี้แสดงการเปรียบเทียบระหว่างการวางรูน้ำเย็นที่ใกล้และไกลจากผิวชิ้นงาน และผลต่อประสิทธิภาพการหล่อเย็น

ภาพที่ 1: การวางตำแหน่งรูน้ำเย็นที่เหมาะสม
ภาพนี้แสดงการเปรียบเทียบระหว่างการวางรูน้ำเย็นที่ใกล้และไกลจากผิวชิ้นงาน และผลต่อประสิทธิภาพการหล่อเย็น
2. การกระจายความร้อนสม่ำเสมอ (Uniform Heat Distribution)
ภาพที่ 2: การจัดการ Hot Spots ด้วย Cooling Channels เฉพาะจุด
ภาพนี้แสดงให้เห็นถึงปัญหา Hot Spots ในบริเวณที่ชิ้นงานหนา และการใช้รูน้ำเย็นเสริม เช่น Baffle/Bubbler เพื่อการระบายความร้อนที่สม่ำเสมอ

ภาพที่ 2: การจัดการ Hot Spots ด้วย Cooling Channels เฉพาะจุด
ภาพนี้แสดงให้เห็นถึงปัญหา Hot Spots ในบริเวณที่ชิ้นงานหนา และการใช้รูน้ำเย็นเสริม เช่น Baffle/Bubbler เพื่อการระบายความร้อนที่สม่ำเสมอ
3. การไหลและประสิทธิภาพ (Flow and Efficiency)
ภาพที่ 3: Turbulent Flow vs Laminar Flow ใน Cooling Channels
ภาพนี้แสดงความแตกต่างระหว่างการไหลแบบ Laminar (ราบเรียบ) ที่ไม่ถ่ายเทความร้อนได้ดี และการไหลแบบ Turbulent (ปั่นป่วน) ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าในการดึงความร้อน

ภาพที่ 3: Turbulent Flow vs Laminar Flow ใน Cooling Channels
ภาพนี้แสดงความแตกต่างระหว่างการไหลแบบ Laminar (ราบเรียบ) ที่ไม่ถ่ายเทความร้อนได้ดี และการไหลแบบ Turbulent (ปั่นป่วน) ที่มีประสิทธิภาพสูงกว่าในการดึงความร้อน

