การเพิ่มประสิทธิภาพ Array lens ใน Laser Projector ด้วย Moldex3D Optics Solution
 |
|
Metal Industries Research & Development Centre ก่อตั้งขึ้นในเดือนตุลาคม ปี 1963 สำหรับการวิจัยและพัฒนาเทคโนโลยีชั้นนำของโลหะและอุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องในไต้หวัน อุตสาหกรรมที่ให้บริการหลักของ MIRDC ประกอบด้วยอุตสาหกรรมโลหะพื้นฐาน อุตสาหกรรมผลิตภัณฑ์โลหะ อุตสาหกรรมเครื่องจักร อุตสาหกรรมไฟฟ้าและเครื่องใช้ไฟฟ้า อุตสาหกรรมอุปกรณ์ขนส่งและอุตสาหกรรมเครื่องมือวัดละเอียด เป็นต้น (แหล่งที่มา: www.mirdc.org.tw/English/index.aspx)
บทสรุปผู้บริหาร
Moldex3D Optics module มีการใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมออฟติกเพื่อปรับปรุงคุณภาพชิ้นงานและลดต้นทุนการผลิต Metal Industries Research & Development Center (MIRDC) ได้ใช้ Moldex3D DOE method และ Optics moduleเพื่อเฝ้าสังเกตความสัมพันธ์กันระหว่างการหักเหสองแนว (birefringence) และสภาวะขึ้นรูปของ array lens ใน laser projector เพื่อลดความเค้นตกค้างและการบิดงอให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ทาง MIRDC ยังพบว่า มีความสอดคล้องกันอย่างมากระหว่างผลการจำลองสถานการณ์กับผลิตภัณฑ์ทดลองแม่พิมพ์จริง และสามารถประหยัดเวลาและต้นทุนโดยการหาพารามิเตอร์การขึ้นรูปที่เหมาะสมได้อย่างรวดเร็วก่อนทำการผลิตจริงได้เป็นผลสำเร็จ
ความท้าทาย
- ลดการหักเหสองแนว )birefringence)
- ปรับปรุงการบิดงอของชิ้นงาน
- ปรับปรุงความคงเส้นคงวาของลำแสง
การแก้ไข
ใช้วิธี Moldex3D DOE method และ Optics module เพื่อหาการตั้งค่าการขึ้นรูปที่เหมาะสมเพื่อที่จะลด birefringence และปรับปรุงการบิดงอของผลิตภัณฑ์และความคงเส้นคงวาของลำแสง
ประโยชน์
- ค้นพบว่าความเร็วในการฉีดและความดันการอัดย้ำเป็นปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์
- ประสบความสำเร็จในการปรับปรุง birefringence ได้ถึง 3%
- total displacement ลดลงจาก 7X10-2mm เป็น 1.7X10-2 mm
กรณีศึกษา
เนื่องจากข้อกำหนดเรื่องการส่องผ่านของแสง ผลิตภัณฑ์ optics ส่วนใหญ่จึงสร้างมาจากวัสดุประเภทอสันฐาน วัสดุพลาสติกต้องทนต่อการเปลี่ยนแปลงความเค้นที่มีนัยสำคัญซึ่งเกิดจากการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและความดันอย่างรุนแรง ดังนั้น จึงเป็นเรื่องยากที่จะควบคุมการหดตัวในผลิตภัณฑ์สุดท้าย นอกจากนี้หากเกิดแรงดันมากขึ้นในผลิตภัณฑ์ ผลิตภัณฑ์มีแนวโน้มที่จะเสียหาย; ถ้าอุณหภูมิสูงเกินไปจะทำให้เกิดการย่อยสลายทางความร้อนขึ้น ดังนั้นการหาสภาวะการขึ้นรูปที่เหมาะสมเป็นปัจจัยสำคัญเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ optic ที่มีคุณภาพดี
ผลิตภัณฑ์ในกรณีนี้คือ array lens ใน laser projector โดยมีวัตถุประสงค์เพื่อหาการตั้งค่ากระบวนการขึ้นรูปที่ดีที่สุดในการลด birefringence การบิดงอ และความคงเส้นคงวาของลำแสงผ่านการวิเคราะห์การจำลองเพื่อลดความเค้นตกค้างให้เหลือน้อยที่สุด
รูปที่ 1. Array lens ในกรณีนี้
MIRDC ใช้ Moldex3D optics module เพื่อทำการจำลองการออกแบบดั้งเดิมและการออกแบบที่ได้รับการแก้ไขแล้วด้วยการตั้งค่ากระบวนการที่ต่างกันซึ่งประกอบไปด้วยอุณหภูมิแม่พิมพ์ ความเร็วในการฉีด ความดันในการอัดย้ำ และเวลาในการอัดย้ำ จากผลลัพธ์ของวิธี DOE ที่จำลองด้วย Moldex3D พบว่า การเพิ่มความเร็วในการฉีดจะลด birefringence และความดันในการอัดย้ำที่สูงขึ้นสามารถช่วยปรับปรุงการบิดงอของชิ้นงานได้ ดังนั้นจึงทำการแก้ไขการออกแบบที่ได้รับการแก้ไขครั้งที่ 1 ด้วยการเพิ่มความเร็วในการฉีดและความดันในการอัดย้ำ อย่างไรก็ตาม ความดันที่สูงขึ้นสามารถทำให้เกิดความเค้นตกค้างมากขึ้นและส่งผลต่อความคงเส้นคงวาของลำแสงบริเวณ gate ทาง MIRDC จึงเลือกที่จะไม่ปรับค่าควานดันในการอัดย้ำเพราะความแตกต่างของ total displacement ระหว่างการออกแบบดั้งเดิมและการออกแบบที่ได้รับการแก้ไขแล้วมีค่าน้อยกว่า 1 μm ท้ายที่สุดทาง MIRDC ได้ทำการหาพารามิเตอร์กระบวนการขึ้นรูปที่เหมาะสมได้เป็นผลสำเร็จและได้สร้างการออกแบบที่มีความเหมาะสมที่สุด
MIRDC ได้ใช้ Moldex3D ในการจำลองการออกแบบเดิมและการออกแบบที่เหมาะสมที่ใช้ความเร็วในการฉีดสูงขึ้น ผลการวิเคราะห์ในรูปที่ 2 แสดงให้เห็นว่าเมื่อความเร็วในการฉีดสูงขึ้น birefringence จะลดน้อยลงเนื่องจากผลของความเค้นตกค้าง นอกจากนี้ผลการจำลองยังสอดคล้องกับการทดลองอีกด้วย
| Original design | Revised design | Experiment of revised design |
 |
 |
 |
รูปที่ 2 การออกแบบที่ได้รับการแก้ไขที่ใช้ความเร็วการฉีดสูงขึ้น มีการปรับปรุงอย่างเห็นได้ชัดในแง่ของการลดลงของระดับ ของ birefringence และการยืนยันผลการจำลองด้วยการทดลองจริง สีตรงข้ามกันเนื่องจากความแตกต่างของบริเวณที่สว่างและบริเวณที่มืด
ผลลัพธ์
จากผลการวิเคราะห์ของ Moldex3d ทาง MIRDC สามารถสังเกตและเข้าใจถึงผลของการตั้งค่ากระบวนการและทำนายได้ถึงปัญหาที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์ ผลการจำลองทั้งหมดถูกยืนยันด้วยข้อมูลจากการทดลองจริงของ optical table system (รูปที่ 3) MIRDC ไม่เพียงแต่ประสบความสำเร็จในการหาพารามิเตอร์การขึ้นรูปที่เหมาะสมแต่ยังสามารถลดการลองผิดลองถูกของแม่พิมพ์และประหยัดต้นทุนในเรื่องกำลังคนได้อีกด้วย ในอนาคต พวกเขาสามารถนำ Moldex3D ไปใช้กับกระบวนการขึ้นรูปแบบ injection compression molding และกระบวนการแม่พิมพ์หลายคาวิตี้เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างความเค้นตกค้าง ความสมดุลในการไหลและการบิดงอ
รูปที่ 3 การจำลองของ Moldex3d สอดคล้องกับพฤติกรรมการไหลจากผลการขึ้นรูปจริง