หัวข้อการปรับปรุง : ตัวอย่างการแก้ไขปัญหาของเสียในงานพลาสติก (ฉีดไม่เต็มและเกิดครีบ)

       แรงจูงใจ/สาเหตุที่ต้องทำการปรับปรุง
       ในสภาวะของการแข่งขันของธุรกิจในปัจจุบันมีการแข่งขันกันสูงมาก โดยเฉพาะธุรกิจในภาคอุตสาหกรรมการผลิต การที่จะทำให้ธุรกิจดำเนินอยู่ได้หรือมีผลกำไรนั้น ต้องอาศัยทั้งด้านความรู้ ประสบการณ์ เทคโนโลยีใหม่ๆ รวมถึงความตั้งใจขององค์กร ที่ต้องการที่จะพัฒนาหรือปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง เพราะถ้าองค์กรไม่มีการพัฒนา หรือใช้วิธีการผลิตแบบ เดิมๆไปเรื่อยๆ ก็ยากที่จะสู้กับคู่แข่งขันหรือดำเนินธุรกิจอยู่ได้ ลองพิจารณาดูกราฟข้างล่าง แสดงถึงความสัมพันธ์ระหว่างต้นทุนการผลิตและกำไรในแต่ละปี

       จากกราฟสามารถอธิบายได้ว่า ในการผลิตชิ้นส่วนในแต่ละรุ่นหรือในแต่ละโมเดลนั้น ยอดกำไรที่ได้จะน้อยกว่า 50 เปอร์เซนต์ของต้นทุน ซึ่งในการวางแผนการผลิตในแต่ละปีนั้น ถ้าต้องการผลกำไรเพิ่มขึ้นก็ต้องขายให้ได้จำนวนมากขึ้น โดยการเพิ่มจำนวนการผลิตเพื่อให้ผลรวมของกำไรต่อหน่วยเพิ่มมากขึ้น หรืออีกวิธีคือเพิ่มราคาขายให้สูงขึ้น ซึ่งคงจะเป็นไปได้ยากมากสำหรับการดำเนินธุรกิจด้านอุตสาหกรรม เพราะอย่างประการแรกนั้น ในวงการอุตสาหกรรมนั้น นับวัน รถรุ่นใหม่ๆก็ยิ่งเกิดขึ้นเรื่อยๆ เพื่อความตอบสนองกับความต้องการของลูกค้า ดังนั้นจึงเป็นไปได้ยากที่ยอดสั่งผลิตในรุ่นเดิมๆจะเพิ่มขึ้น ส่วนประการที่สองนั้นถ้าจะเพิ่มราคาขายให้สูงขึ้นกว่าเดิมยิ่งเป็นไปได้ ยากกว่าเพราะในภาวะตลาดปัจจุบัน การแข่งขันนั้นมีสูงมาก บริษัทที่ผลิตขายในราคาต่ำกว่าเรา เขาก็จะได้ออร์เดอร์ในการผลิตไป

       ดังนั้นเราควรรักษาออร์เดอร์ที่มีอยู่ให้คงไว้ (หรืออาจจะเพิ่มขึ้นซึ่งแล้วแต่ลูกค้าจะต้องการหรือไม่) และพยายามทำการลดต้นทุนการผลิตให้ต่ำลง สำหรับโรงงานผู้ผลิต ต้นทุนอย่างหนึ่งที่จะสามารถปรับปรุงให้ลดลงได้ ก็คือการลดปริมาณของเสียในการผลิต คงเป็นที่ทราบกันดีว่าเมื่อการผลิตมีของเสียเกิดขึ้น จะทำให้เกิดการสูญเสียตามมาหลายๆ อย่างเช่น ต้องเสียค่าแรง ค่าพลังงาน เสียเวลา เป็นต้น ทำให้ต้นทุนในการผลิตสูงขึ้น ยิ่งในภาวะเศรษฐกิจปัจจุบัน เรื่องของราคาน้ำมันเชื้อเพลิงที่ปรับตัวสูงขึ้น ทำให้ราคาวัตถุดิบต่างๆ ขยับตัวสูงขึ้นตามไปด้วย อย่างเช่นในกลุ่มของพลาสติก จากกราฟข้างล่างเป็นตัวอย่างของเม็ดพลาสติก โพลีโพรไพลีน (PP) ที่ปรับตัวสูงขึ้นเป็นเท่าตัว จากเดิมราคาอยู่ที่ 31 บาทต่อกิโลกรัม แต่หลังจากราคาน้ำมันโลกปรับตัวสูงขึ้นทำให้ราคาของเม็ด PP ปรับตัวไปอยู่ที่ 60 บาทต่อกิโลกรัม

       ข้อมูลพื้นฐานของโรงงาน : Process/เครื่องจักร
       ในกรณีศึกษาครั้งนี้ โรงงานที่เข้าร่วมโครงการคือ บริษัทไส้กรองดีเลิศ จำกัด ซึ่งบริษัทเป็นผู้ผลิตเกี่ยวกับ oil filter , fuel filter และ air filter สำหรับ case ที่ใช้ศึกษาครั้งนี้เป็นไส้กรองอากาศ (air filter) ซึ่ง ไส้กรองอากาศนั้น ในขบวนการผลิตจะใช้เครื่องฉีดพลาสติกในแนวดิ่งทำการฉีดพลาสติกเหลวเข้าไปใน แม่พิมพ์ โดยปกติแล้วแม่พิมพ์ที่ใช้ฉีดในโรงงานอุตสาหกรรมทั่วไป จะทำการทำแม่พิมพ์เองหรือไม่ก็เป็นแม่พิมพ์ที่เป็นของลูกค้าส่งมาให้ สำหรับบริษัทไส้กรองดีเลิศนั้น มีข้อดีกว่าโรงงานทั่วไป คือ บริษัทสามารถทำแม่พิมพ์เองได้ ดังนั้นเมื่อประสบปัญหาในงานฉีด ซึ่งในบางครั้งไม่สามารถทำการแก้ไขปัญหา โดยการปรับ condition ของเครื่องได้ดังตัวอย่างในกรณีศึกษาครั้งนี้ ต้องแก้ไขโดยปรับปรุงแม่พิมพ์ใหม่ ทางบริษัทเองก็สามารถทำการแก้ไขได้เลย แต่นั่นก็ใช่ว่าจะเป็นหนทางที่ดีเพราะเป็นการแก้ไขปัญหาที่ปลายเหตุ ทางที่ดีที่สุด คือ การออกแบบแม่พิมพ์ให้เหมาะสมหรือดีที่สุด จึงจะเป็นการแก้ไขปัญหาที่ดี รูปข้างล่างแสดงเครื่องฉีดพลาสติกแนวดิ่ง (vertical) และแม่พิมพ์แบบสามแผ่น (three plates mould) พร้อมทั้งไส้กรองอากาศชนิดต่างๆ

       แม่พิมพ์แบบสามแผ่น ( Three Plates Mould ) : ข้อแตกต่างที่เห็นได้ชัดของแม่พิมพ์สามแผ่น คือ แม่พิมพ์จะเปิดออกในสองระนาบ ส่วนที่อยู่กับที่ของแม่พิมพ์ จะประกอบด้วยแผ่นสองแผ่น  แม่พิมพ์สามแผ่นมักจะใช้รูเข้าแบบเข็ม ซึ่งยอมให้เห็นรอย gate ได้เพียงเล็กน้อยบนชิ้นงาน ชิ้นงานที่ใช้แม่พิมพ์สามแผ่นก็คือ
         - เมื่อพิจารณาแล้วเห็นว่าไม่สามารถใช้ gate แบบอื่นได้ และจำนวนชิ้นงานที่ต้องการมากพอที่จะใช้แม่พิมพ์สามแผ่น ซึ่งมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าแม่พิมพ์สองแผ่น
         - ปกติแล้วจะใช้แม่พิมพ์สามแผ่น เฉพาะกับชิ้นงานที่มีผนังบาง
         - การตัดส่วน gate จะทำโดยอัตโนมัติ ซึ่ง operator คนเดียวสามารถที่จะควบคุมเครื่องได้มากกว่า 1 เครื่องได้
         - จะมีพลาสติกส่วนทีเป็น sprue และ runner เกิดขึ้นทุกครั้งที่ฉีด และมักจะมีปริมาตรใหญ่กว่า ที่เกิดจากการใช้แม่พิมพ์สองแผ่น แต่ก็อาจนำมาบดและผสมกับเม็ดพลาสติกใหม่ได้

       ส่วนประกอบที่สำคัญของแม่พิมพ์แบบสามแผ่น :

       แนวคิดที่เอามาใช้ในการปรับปรุง :
       เนื่องจากปัญหาในการฉีดชิ้นงานพลาสติกในครั้งนี้ คือ ปัญหาฉีดไม่เต็มและการเกิดครีบล้น ซึ่งเกิดในชิ้นงานตัวเดียวกันหรือ shot เดียวกัน ดังนั้นในการที่จะปรับ condition ของเครื่องฉีดเพื่อแก้ไขปัญหาจะทำได้ยากมากเพราะว่า ปัญหาทั้งสองนี้ต้องปรับในสภาวะที่ตรงข้ามกัน ดังนั้นในการแก้ปัญหาที่ดีก็น่าจะทำการ แก้ไขที่แม่พิมพ์ เหตุที่เลือกแก้ไขที่แม่พิมพ์ก็เพราะว่า ทางโรงงานนี้มีแผนกแม่พิมพ์ซึ่งทำแม่พิมพ์เองดังนั้นจึงค่อยข้างที่จะง่ายใน การทำการปรับปรุงแก้ไข

       ปัญหาที่เกิดคือ ฉีดไม่เต็ม ถ้าจะแก้ไขโดยการปรับ condition ต้องทำการปรับเพิ่มแรงดันฉีด แต่ปัญหาการเกิดครีบต้องปรับ condition โดยการลดแรงดันฉีด แต่เมื่อทางอาจารย์ได้ไปดูที่หน้างานพบว่า แม่พิมพ์ที่ใช้ฉีดมีจำนวนของ runner และ sprue อยู่ 12 ขา ซึ่งเป็นจำนวนที่เยอะมาก มันจะส่งผลต่อแรงดันฉีด นั่นคือ เมื่อ runner และ sprue มีจำนวนมากเท่าใด หรือยาวขึ้นเท่าใด ก็ยิ่งทำให้แรงดันฉีดตก (pressure drop) ลงเท่านั้น ทางอาจารย์ก็เลยให้ทดลองลดจำนวนของ runner และ sprue ลง ให้เหลือเพียง 8 ขา ดูก่อนว่าจะลดปัญหาได้หรือไม่

       รายละเอียดการปรับปรุง : การแก้ปัญหาชิ้นงานพลาสติกฉีดไม่เต็มและเกิดครีบของไส้กรองอากาศ

       Part ที่ใช้เป็นกรณีศึกษา คือ ไส้กรองอากาศของรถยนต์ (air filter) ดูรูปที่ 1.

       ปัญหาที่พบไส้กรองอากาศชิ้นนี้หลังจากที่ทำการฉีดเสร็จจะมีปัญหาหลักๆอยู่ 2 ปัญหา นั่นคือ ปัญหาการฉีดไม่เต็ม (short shot) และปัญหาการเกิดครีบล้น (flash) ดูรูปที่ 2

       ก่อนการปรับปรุงแก้ไขนั้น part ชิ้นนี้จะมีปัญหาเกี่ยวกับงานฉีดไม่เต็มประมาณ 6,500 PPM และปัญหางานเกิดครีบประมาณ 550 PPMซึ่งชนิดของพลาสติกที่ทำการฉีด คือ โพลี โพพิลีน (PP) เครื่อง ฉีดเป็นประเภทฉีดแนวดิ่งเพราะจะเหมาะสำหรับการวางผ้ากรอง(ผ้าสักหลาด)บนแม่ พิมพ์แล้วทำการฉีด ถ้าเป็นเครื่องในแนวนอนที่ใช้ทั่วไปในโรงงานอุตสาหกรรม นั้นไม่เหมาะสมสำหรับการวางผ้ากรองบนแม่พิพม์ จะทำให้หล่นได้ง่าย แม่พิมพ์ที่ใช้ฉีดเป็นแบบสามแผ่น แนวทางการวิเคราะห์และแก้ไข

       จากทฤษฎีทั่วไป ถ้าจะทำแก้ไขปัญหาการฉีดไม่เต็มและครีบ โดยการปรับ condition จะมีดังนี้

       จากตารางข้างบนจะเห็นว่า ถ้าจะทำการแก้ปัญหาฉีดไม่เต็ม โดยการเพิ่มแรงดันฉีดของเครื่องก็ได้ แต่ปัญหาที่จะตามมาก็คือ ปัญหาเรื่องของครีบล้น ซึ่งตอนนี้กำลังเป็นปัญหาอยู่ แต่ในการแก้ปัญหาครีบคือ ต้องลดแรงดันฉีด จะเห็นว่าถ้าทำการแก้ปัญหาโดยการปรับ condition ของเครื่องนั้นทำได้ยากมาก ดังนั้นทางที่ดีที่สุดที่จะกำจัดปัญหาทั้งสองนี้ก็คือ เรื่องของการออกแบบแม่พิมพ์ที่ดี

       การวิเคราะห์เรื่องของแม่พิมพ์ พบว่าจำนวนของ sprue มีทั้งหมด 12 ขา ดังรูปที่ 3

       ตามคำแนะนำของอาจารย์เสนอว่า จำนวนของ sprue ยิ่งมีจำนวนมากยิ่งทำให้ความดันของแรงฉีดลดลงมากตามไปด้วย และระยะทางวิ่ง (runner) ยิ่งยาวก็ยิ่งจะทำให้ความดันของแรงดันฉีดลดลงตามไปด้วยเช่นเดียวกัน เพราะพลาสติกเหลวที่ไหลไปตาม runner และ sprue นั้นจะมีแรงต้าน (friction) จากผิวสัมผัสเกิดขึ้นด้วย ดังนั้นผู้ที่ทำการออกแบแม่พิมพ์ต้องคำนึงถึงจุดนี้ด้วย

       ในกรณีของบริษัทไส้กรองดีเลิศนั้น แม่พิมพ์ที่ใช้ฉีดไส้กรองชิ้นนี้ มีจำนวน sprue ทั้ง หมด 12 ขา ในการทดลองครั้งนี้ถ้าจะออกแบบแม่พิมพ์หรือทำการสร้างแม่พิมพ์ตัวใหม่ คงต้องเสียเวลานานมาก ทางอาจารย์จึงให้ทางบริษัททำการปิดทางวิ่งของ runner ที่ต้องการจะลดโดยการใช้ชิ้นส่วนของ runner วางไว้บน runner ของ cavity plate ดูรูปที่ 4 หรือถ้าจะปิดแบบถาวรก็อาจจะใช้แท่งทองแดง ฝังอุดที่ทางวิ่งเลยก็ได้

       ในรูปที่ 4 จะเห็นการปิด runner ซึ่งทางแผนกแม่พิมพ์ได้ใช้แนวคิดของอาจารย์แต่ทำด้วยตัวเอง โดยการ modify แม่พิมพ์ใหม่(ปิดทางวิ่งของน้ำพลาสติก) ซึ่งไม่ได้ใช้แท่งทองแดงแต่ผลที่ออกมาก็ได้ผลลัพธ์เช่นเดียวกัน

       ผลของการแก้ปัญหาพบว่า สามารถแก้ปัญหาเรื่องฉีดไม่เต็มและการเกิดครีบได้ ซึ่งจำนวนของ sprue ลดลงจาก12 ขาเหลือเพียง 8 ขา ดังรูปที่ 5.

       คำแนะนำเพิ่มเติม
       จากกรณีศึกษาครั้งนี้ ทางอาจารย์ยังได้แนะนำอีกว่า ในการลดจำนวนของ runner และ sprue เหลือ 8 ขานั้น ถือว่ายังมีจำนวนมาก ถ้าจะให้ดีกว่านี้ ควรจะลดให้เหลือเพียง 4 ขา ดังแสดงในรูปที่ 6.

       แต่ต้องมีการเพิ่ม air vent บริเวณตรงกลางที่พลาสติกไหลมาบรรจบกันด้วยไม่เช่นนั้นจะเกิดปัญหาฉีดไม่เต็มตามมาอีก แต่มีวิธีที่ดีกว่า คือ เปลี่ยนทิศทางการฉีดเข้าทางด้านข้างก็อาจจะแก้ปัญหาได้นอกจากนี้ อาจารย์ได้แนะนำอีกว่า ในการทำ sprue นั้น ควรจะทำให้ผิวในมีความเรียบสูง โดยการใช้ taper tool ในการทำ machining ทั้งนี้ก็เพราะว่า เมื่อผิวในของ sprue มีความเรียบนอกจากจะทำให้พลาสติกไหลได้ง่ายแล้ว ยังทำให้ง่ายต่อการดึง sprue และ runner ออกด้วยเมื่อทำการปลดชิ้นงาน
คำศัพท์เทคนิด

           Air vent : ทางระบายอากาศ
           Cavity plate : แม่พิมพ์ด้าน cavity (ด้านที่อยู่กับที่)
           Core plate : แม่พิมพ์ด้าน core (ด้านที่เคลื่อนที่)
           Feed plate : แผ่นทางเดินพลาสติกหรือแผ่นป้อนในแม่พิมพ์แบบสามแผ่น
           Flash : การเกิดครีบแลบ
           Floating cavity : แผ่นเบ้าลอยในแม่พิมพ์แบบสามแผ่น

       Polypropylene (PP) : ชื่อทางการค้า คือ Hostalen PP, Luparen, Vestolen P ลักษณะที่ผลิตออกมาขาย คือ เป็นเม็ด และผสมสีโปร่งแสงจนถึงทึบแสง คุณสมบัติทั่วไปของผลิตภัณฑ์จากพลาสติก PP คือ ทนต่อการแปรรูปจากความร้อน ทนต่อแรงดึง ทนต่อแรงกระแทกและทรงตัวดี ผิวแข็งไม่มีแนวโน้มของการสึกกร่อน ฆ่าเชื้อโรคที่อุณหภูมิ 120 องศาเซลเซียสได้ ไม่ดูดซึมน้ำ จะเปราะที่อุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศาเซลเซียส ตัวอย่างการใช้งาน(จากกรรมวิธีการฉีด) คือ ใช้ทำเครื่องใช้ในบ้าน ( เช่น ถัง กระจาด อ่าง ตะกร้า และขวด ฯลฯ) ของเด็กเล่น ชิ้นส่วนงานละเอียดและชิ้นส่วนทางไฟฟ้า หมวกกันน๊อค ส้นรองเท้าสตรี อุณหภูมิที่ใช้งานได้เป็นระยะเวลานานๆ คือ สูงสุดจะอยู่ที่ 120 – 130 องศาเซลเซียส ระยะเวลาอบแห้ง (ก่อนนำเข้าเครื่องฉีด) 1 – 1.5 ชั่วโมงที่อุณหภูมิ 75 องศาเซลเซียส อัตราการหดตัวอยู่ระหว่าง 2 – 3 % ถ้าเป็นแบบไหลยาก

       PPM : เป็นหน่วยที่ใช้วัดปริมาณของเสีย ชิ้นต่อล้านส่วน (part per million) ซึ่งจะมีความละเอียดเปอร์เซนต์ จะเหมาะกับชิ้นงานที่มีคุณภาพสูงๆ เช่น ของเสีย 6500 PPM จะเท่ากับ 0.65 เปอร์เซนต์

          Runner : ทางวิ่ง (ของพลาสติกเหลว)
          Short shot : ฉีดไม่เต็ม
          Sprue : ช่องที่น้ำพลาสติกไหลไปยังทางวิ่งร้อนหรือไปยังชิ้นงาน

       Three plate mould : แม่พิมพ์ฉีดแบบสามแผ่นหรือบางทีอาจจะเรียกว่า แม่พิมพ์ฉีดแบบสามส่วน ( Three parts mould ) เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดความสับสน จะมีช่องเปิดสองช่อง ( Double daylight )