Barry Pai วิศวกรที่ Product R&D Division of CoreTech System (Moldex3D)

ในกระบวนการฉีดขึ้นรูปโฟมพลาสติก การผสมของไหลวิกฤตยิ่งยวด (N2 หรือ CO2) และพลาสติกเหลวให้หลอมรวมกันเป็นของเหลวเฟสเดียวแบบสม่ำเสมอในสกรูจะถูกทำเป็นขั้นตอนแรก และส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันนี้จะทำให้เกิดความไม่เสถียรทางอุณหพลศาสตร์อันเนื่องมาจากการปล่อยแรงดันทันทีในระหว่างกระบวนการฉีด ทำให้ของไหลวิกฤตยิ่งยวดในพลาสติกเหลวเกิดการสร้างฟองเล็กๆ หลายหมื่นฟองผ่านการเปลี่ยนเฟส และหลังจากการหล่อเย็นของแม่พิมพ์และการแข็งตัวจึงได้ผลิตภัณฑ์ที่มีโครงสร้างแบบเซลล์

การนำแบบจำลองของ Han และ Yoo เกี่ยวกับการเติบโตของฟองมาใช้ ทำให้เราจำลองกระบวนการและตรวจสอบการเติบโตของฟองได้ อย่างไรก็ตามเมื่อลักษณะทางเรขาคณิตของผลิตภัณฑ์มีความซับซ้อนและใช้กระบวนการต่างๆ ความดันในแม่พิมพ์จะไม่ต่ำเสมอไป ตัวอย่างเช่น แรงดันของพลาสติกเหลวในบริเวณที่บางกว่าจะยังคงสูงมาก และสูงกว่าแรงดันในการอัดย้ำด้วยซ้ำ ในทางกลับกัน กระบวนการ core-back (รูปที่ 1) จะทำให้เกิดแรงดันการอัดย้ำเพิ่มขึ้น ดังนั้นฟองอากาศในแม่พิมพ์จะไม่เติบโตอีกต่อไปเนื่องจากแรงดันที่ปล่อยออกมา แต่อาจหดตัวเนื่องจากแรงดันพลาสติกหลอมในแม่พิมพ์ที่เพิ่มขึ้น ภายใต้สถานการณ์ดังกล่าว แบบจำลองของ Han และ Yoo มีข้อจำกัดและไม่สามารถจำลองปรากฏการณ์การหดตัวของฟองได้อย่างแม่นยำ

รูปที่ 1 กระบวนการ core-back

เพื่อปรับปรุงความสามารถในการคาดการณ์ของแบบจำลองดั้งเดิม Moldex3D ได้ร่วมมือกับมหาวิทยาลัยคานาซาว่าเพื่อพัฒนาแบบจำลองของ Han และ Yoo ฉบับปรับปรุง เนื่องจากแบบจำลองไดนามิกของการเกิดฟองที่เสนอโดยศาสตราจารย์ทากิจากคานาซาว่าและข้อมูลการทดลองของแบทช์ [1] ฟองอากาศจะทะลุแนวกั้นพลังงานเพื่อสร้างนิวเคลียสและเติบโตขึ้นเมื่อแรงดันถูกปล่อย หากแรงดันที่กดบนฟองอากาศเพิ่มขึ้น ฟองอากาศจะค่อยๆ หดตัวจนละลายกลับรวมกับพลาสติกหลอม (กล่าวคือกลับสู่สถานะเริ่มต้นของส่วนผสมของเหลวและก๊าซ) หากปล่อยแรงดันอีกครั้งในเวลานี้ ฟองอากาศจะสร้างนิวเคลียสและเติบโตในตำแหน่งเดิม ผลการทดลองยังมีแนวโน้มที่ใกล้เคียงกันมากกับแบบจำลองการเกิดฟองซึ่งตรวจสอบได้จากกระบวนการการหดตัวของฟองที่เกิดจากแรงดันที่กำหนด (รูปที่ 3)

รูปที่ 2 การทดลองการหดตัวของฟอง

รูปที่ 3 การเปรียบเทียบผลการจำลองและผลการทดลอง

ในอดีต เมื่อแบบจำลอง Han และ Yoo ถูกใช้เพื่อจำลองรูปทรงเรขาคณิตแบบบาง การหดตัวของฟองอากาศไม่สามารถถูกคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจำนวนฟองอากาศที่หายไปเนื่องจากแรงดันที่เพิ่มขึ้นจึงถูกประเมินต่ำไป ในเวอร์ชันล่าสุดของ Moldex3D 2021 ได้มีการเพิ่มตัวเลือกของแบบจำลอง Han และ Yoo ฉบับปรับปรุงแล้ว (รูปที่ 4) เมื่อเทียบกับโมเดล Han และ Yoo แบบดั้งเดิม แบบจำลองที่ถูกดัดแปลงสามารถคาดการณ์ฟองอากาศที่หดตัวได้แม่นยำยิ่งขึ้น (รูปที่ 5) ในทำนองเดียวกัน หากเราใช้แบบจำลองที่ได้รับการปรับปรุงนี้ในกระบวนการ core-back จะสามารถคาดการณ์เวลาในการอัดย้ำที่จำเป็นสำหรับการทำให้ฟองทั้งหมดละลายกลับไปสู่พลาสติกหลอม

รูปที่ 4 เพิ่มตัวเลือกแบบจำลอง Han และ Yoo ฉบับปรับปรุง ใน Moldex3D 2021

รูปที่ 5 การเปรียบเทียบระหว่างแบบจำลอง Han และ Yoo รุ่นดั้งเดิมกับฉบับปรับปรุง

กระบวนการเกิดฟองนั้นมีความหลากหลายและซับซ้อนมากและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านต่างๆ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการควบคุมการเปลี่ยนแปลงระหว่างกระบวนการทั้งหมด หากเราสามารถคาดการณ์ขนาดฟองอากาศได้อย่างแม่นยำผ่านแบบจำลองด้วยกล้องจุลทรรศน์ จะเป็นประโยชน์สำหรับการคาดการณ์คุณสมบัติมหภาคอีกมากมาย เช่น การถ่ายเทความร้อน ความแข็งแรงเชิงกล การดูดซับเสียง และค่าคงที่ไดอิเล็กตริกต่ำ เป็นผลให้การออกแบบผลิตภัณฑ์และประสิทธิภาพการผลิตจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก

เอกสารอ้างอิง