บทท 2

แนวคดทฤษฎและงานวจยทเกยวของ

ในสวนของทฤษฎ วรรณกรรม และเอกสารทเกยวของกบงานวจย ทางผวจยนาทฤษฎตาง ๆ มาประยกตใชใหเหมาะสมกบลกษณะของงานวจยเพอใชสาหรบการหาสวนผสมทเหมาะสมของวสดผสมสาหรบแมพมพขนรปดวยความรอนของพลาสตกแผน ซงมทฤษฏตาง ๆ ทเกยวของมอยดวยกนหลายทฤษฎ และยงทบทวนวรรณกรรมรวมถงเอกสารทเกยวของ อกหลายเรอง ทมความใกลเคยงหรอมความสมพนธกบงานวจยน เพอนามาใชเปนขอมลอางอง ในการดาเนนงานวจย 2.1 การออกแบบการทดลอง (Design of Experiment: DOE)

การออกแบบการทดลองเปนการออกแบบเพอใหไดผลตภณฑทมความเหมาะสม โดยการหาคาทเหมาะสมทสด (Optimization) ซงอาศยแบบจาลองหรอสมการทางคณตศาสตรมาอธบายความสมพนธของปจจยทมผลตอคณภาพของผลตภณฑ สามารถศกษาผลของหลาย ๆ ปจจย พรอมกนในเวลาเดยวกนดวยวธใชจานวนการทดลองนอยกวาการศกษาทละปจจย การออกแบบ การทดลองจงเปนวธการเกบขอมลทมประสทธภาพโดยการเปลยนแปลงหรอปรบคาของปจจย (factors) อยางมจดมงหมายทจะสงเกตการเปลยนแปลงของผลตอบ (response) ทเกดขน

กระบวนการทมปจจย (factors) หรอผลตอบ (response : X1, X2, X3, X4) ตาง ๆ ทสงผลตอ คา Y ซงเปนคณลกษณะดานคณภาพ (quality characteristic) ของกระบวนการ ในการออกแบบ การทดลองเราตองทาการทดลองอยางเปนระบบเพอทจะหาความสมพนธเชงสถตของ Y และ X อน ๆ โดยทพยายามใชทรพยากรในการทดลองใหมประสทธภาพมากทสด ความสมพนธเชงสถต ทไดจะทาใหเรามความรเกยวกบกระบวนการ (process knowledge) เพอนาไปปรบปรงกระบวนการตอไป

2.1.1 การออกแบบการทดลองเชงแฟกทอเรยล การออกแบบการทดลองเชงแฟกทอเรยล (Experiment of Factorial Design) หมายถง การทดลองทพจารณาถงผลทเกดจากการรวมกนของระดบของปจจยท งหมดทเปนไปไดใน การทดลองนน การออกแบบเชงแฟกทอเรยลมประโยชนหลายประการ ไดแก ทาใหสามารถหลกเลยงปญหาทเกดจากอนตรกรยาของปจจยทจะกอใหเกดขอสรปทผดพลาดได เนองจากเปนการออกแบบการทดลองทมประสทธภาพเหนอกวาการทดลองทละปจจย และทาใหเราสามารถประมาณผลของปจจยหนงทระดบตางๆ ของปจจยอนได รวมทงทาใหเราสามารถหาขอสรปท

10

สมเหตผลตลอดเงอนไขของการทดลองไดซงการออกแบบเชงแฟกทอเรยลมอยดวยกนหลายแบบ ไดแก 2.1.1.1 การออกแบบเชงแฟกทอเรยล 2 ปจจย เปนการออกแบบเชงแฟกทอเรยล ชนดทงายทสด จะเกยวของกบปจจย 2 ปจจย เชน ปจจย A และปจจย B โดยปจจย A จะประกอบดวย a ระดบ สวนปจจย B จะประกอบดวย b ระดบ ซงในแตละเรพลเคตของการ ทดลองจะประกอบดวยการทดลองรวมปจจยทงหมดเทากบ a x b การทดลองและโดยปกตจะมจานวนเรพลเคตทงหมด n ครง 2.1.1.2 การออกแบบเชงแฟกทอเรยลแบบ 2k เปนการออกแบบการทดลองในกรณ มปจจย k ปจจย ซงแตละปจจยประกอบดวย 2 ระดบ ระดบเหลานอาจจะเกดจากขอมลเชงปรมาณ เชน อณหภม ความดน หรออาจจะเกดจากขอมลเชงคณภาพ เชน เครองจกร คนงานและใน 2 ระดบทกลาวนจะแทนดวยระดบสงและตาของปจจยหนง ๆ ใน 1 เรพลเคตทบรบรณสาหรบ การออกแบบเชนน จะประกอบดวยขอมลทงสน 2k ขอมล การออกแบบการทดลองแบบน มประโยชนมากตองานทดลองในชวงเรมแรก เมอมปจจยเปนจานวนมากทเราตองการทจะตรวจสอบ การออกแบบเชนนจะทาใหเกดการทดลองจานวนนอยทสดทสามารถจะทาได 2.1.1.3 การออกแบบเชงแฟกทอเรยลแบบ 3 ระดบ หรอการออกแบบเชงแฟกทอเรยล 3k หมายถง การออกแบบเชงแฟกทอเรยลทแตละปจจยประกอบดวย 3 ระดบ ไดแก ระดบตา ระดบกลางและระดบสง ซงสญลกษณทใชแทนระดบทงสามอาจจะใชตวเลข -1, 0 และ 1 ตามลาดบ สงเกตวาการทดลองแบบนจะมระดบทสามของปจจยเพมเขามาในแบบจาลอง ซงทาใหเราสามารถทจะแสดงความสมพนธระหวางผลตอบ และปจจยทสนใจในลกษณะลกษณะทเปนสมการแบบควอดราตกได

2.1.2 การออกแบบการทดลองแบบสวนผสม (Mixture Design) เปนการออกแบบการทดลองเพอหาสดสวนทเหมาะสมของปจจยเชงปรมาณตงแต 2

ปจจยขนไป โดยยดหลกวาผลรวมปรมาณของปจจยทงหมดจะตองเปน 1.0 (หรอ 100%) เสมอ กลาวคอ เมอปจจยหนงมปรมาณทเพมขน ยอมทาใหปจจยอนๆ มสดสวนลดลง ซงแตกตางจากการทดลองทไมใชแบบผสม (Mixture) ทตวแปรแตละตวเปนอสระจากกน การออกแบบการทดลองแบบสวนผสมมแบบแผนการออกแบบยอยแบงไดเปน 4 แบบ ดงน 2.1.2.1 การออกแบบ แบบเชฟเฟซมเพลกซแลคทส (Scheffe’ Simplex-Lattice) พกด (Coordinate) ซงเปนสวนประกอบตาง ๆ ของการทดลอง โดยแตละตวแปรสามารถคานวณระดบ ไดดงน

11

1,...,2

,1

,0mm

xi

โดยท i = 1, 2, 3, …, q

m = เปนสดสวนของแตละปจจยจาก 0 – 1 (0 – 100 เปอรเซนต)

สาหรบในกรณทมจานวนสวนผสม (q ) เทากบ 3 หรอม 3 ปจจย เปนตวอยางทนยมใชแสดงใหเหนถงการออกแบบดงกลาว หาก m = 3 พกดทไดเปนสวนประกอบของ

1x , 2x และ 3x จะเปน 0, 1/3 และ 2/3 ตามลาดบจานวนของจดในการทดลองทงหมดคานวณจาก M = (m+q-1)/m(q-1)

= q(q+1)..(q+m-1) / (1)(2)…(m)

M = 321

543

= 10

ซงตวอยางของสงทดลองทมจานวน q และ m ตาง ๆ ดงรภาพท 2-1 และ 2-2

ภาพท 2-1 สงทดลองสาหรบแผนการทดลองแบบเชฟเฟซมเพลกซแลคทส (อศรพงษ, 2544)

ภาพท 2-2 สงทดลองสาหรบแผนการทดลองแบบเชฟเฟซมเพลกซแลคทส ทม 3 ตวแปร

แตละตวแปรม 2 ระดบ และ 3 ระดบ (ไมรวม 0) (อศรพงษ , 2544)

12

2.1.2.2 การออกแบบแบบเชฟเฟซมเพลกซเซนทรอยด (Scheffe’ Simplex-Centroid) เปนการออกแบบการทดลองทมสงทดลองเทากบ 2q – 1 แตละปจจยมสดสวนทเทากนทกปจจย สงทดลองประกอบดวยจดทเปนสวนผสมเดยว (Pure Component) ตาง ๆ หมายถง สงทดลองทมปจจยนน 100 เปอรเซนต หรอเทากบ 1.0 และ 0.5, 0.5, 0, …, 0 เปนสวนผสมค (Binary mixtures) และ 1/3, 1/3, 1/3, 0, …,0 สาหรบสวนผสม 3 ชนด และ 1/q,1/q, 0, …,0 สาหรบสวนผสมแบบ ควนาร (q-nary mixtures; centroid) และจดกงกลาง (1/q, 1/q, …, 1/q) ตวอยางของสงทดลองตาง ๆ สาหรบ 3 และ 4 ปจจย ดงแสดงดงภาพท 2-3

ภาพท 2-3 สงทดลองสาหรบแผนการทดลองแบบเชฟเฟซมเพลกซเซนทรอยด

(Scheffe’ Simplex-Centroid) (อศรพงษ , 2544)

2.1.2.3 การออกแบบ แบบซมเพลกซแอคเซยล (Simplex-Axial) เปนการออกแบบการทดลองโดยเนนจดทเปนสวนประกอบตาง ๆ ของทกปจจย สงเกตจากจดเอช (H) ไอ (I) และเจ (J) โดยจดทง 3 ดงกลาว มาจากจดกงกลางของแตละสวนยอย จากภาพท 2-4 หากพจารณาจดเอ (A) ด (D) และอ (E) จะมลกษณะเปนสามเหลยมยอย โดยมจดเอช (H) เปนจดกงกลางสามเหลยมดงกลาว ซงเปนเชนเดยวกบจดไอ (I) และเจ (J)

ภาพท 2-4 สงทดลองสาหรบแผนการทดลองแบบซมเพลกซแอคเซยล (Simplex-Axial)

(อศรพงษ , 2544)

13

2.1.2.4 การออกแบบ แบบเอกซทรมเวอรทส (Extreme Vertices) เปนการออกแบบการทดลองแบบทมขอจากดสดสวน (Design with constraints on proportion) หรอแบบทมขอจากด (Constrained Mixture Design) กลาวคอ แผนการทดลองน ระดบในแตละปจจย ไมจาเปนตองเปน 0-100% โดยอาจเปน 30-40% (0.30-0.40) หรอ 15-25% (0.15-0.25) เปนตน สาเหตทเปนเชนน เนองจากความจาเปนโดยพนฐานในการทดสอบบางอยาง เชน ในการผลตอาหารบางชนดทมสวนผสมของกลเตน ( Gluten) โปรตนสกดจากถวเหลอง (Soy Protein Isolated) และน า พบวา ตองมสวนผสมของกลเตนและโปรตนสกดจากถวเหลอง รวมกนอยางนอย 50% (ใชในปรมาณเทากนชนดละ 25%) จงสามารถจบเปนกอนเพอทาการรดเปนแผนได ดงนนสวนผสมของกลเตนและโปรตนสกดจากถวเหลองทตากวา 50% จงไมเปนทสนใจขณะเดยวกน พบวาหากมน าต ากวา 30% จะไมสามารถปนใหเปนกอนได ดงนนจงอาจกาหนดเฉพาะปรมาณ ขนตาของสวนผสมแตละชนดเปน 25% 25% และ 30% ตามลาดบ โดยใหสงเกตวา ปรมาณขนตาของสวนผสมทงสามรวมกนตองไมเกนหรอเทากบ 100% อยางเดดขาด ไมเชนนนจะมเพยงสวนผสมเดยวทเปนไปได หรอไมมสวนผสมใดทเปนไปไดเลย

นอกจากนแมวาการวางแผนจาเปนตองใหปจจยททาการศกษาในแตละสงทดลองรวมกนเปน 100 เปอรเซนต แตไมจาเปนทตองนาทกปจจยมาศกษาพรอมกน ในสวนผสมของ แตละสงทดลองอาจมปจจยจานวนมาก แตสนใจศกษาเพยง 3 ปจจย สามารถใชแผนการทดลองแบบผสมได เชน มสวนในผลตภณฑจานวน 10 ปจจย คอเอถงเจ (A – J) แตสนใจ เฉพาะปจจยบ (B) ซ (C) และด (D) ซงทง 3 ปจจยดงกลาว มสดสวนคดเปน 18 เปอรเซนต ของสวนผสมทงหมด สามารถนาปจจย B C และ D มากาหนดเปนสงทดลองตาง ๆ ซงมสวนผสมทตาง ๆ กน และในสวนผสมแตละสงทดลองทไดใหคดเปน 18 เปอรเซนต สวนอก 82 เปอรเซนต ทเหลอกาหนดใหใชในปรมาณคงทหรอเปนปจจยคงท (Fixed variables) ในทกสงทดลอง

2.1.3 แผนการทดลองแบบรวมปจจยสวนผสมและกระบวนการ (Combined Mixture Process Design) การออกแบบการทดลองแบบรวมปจจยสวนผสมและกระบวนการนเปรยบเสมอนเปนการรวมการทดลอง 2 การทดลองไวดวยกนคอ 1) การหาความสอดคลองกนของการกาหนดสวนผสมโดยวธแผนการทดลอง แบบสวนผสม (Combined Design) 2) การใหคาทเหมาะสมของกระบวนการดวยวธการออกแบบการทดลองเชงแฟก ทอเรยลและวธพนผวตอบสนอง

14

การรวมกนของทง 2 การทดลองเปนเพยงหนงการทดลองเราเรยกวาการทดลองแบบสวนผสม จากภาพ 2-5 เปนรปสามเหลยมทแสดงถงสวนผสมทถกทาซ าใน 4 กลมของปจจยกระบวนการ โดยมตวแปร 3 สวนผสม (x1, x2, x3) และตวแปรกระบวนการ 2 ตวแปร (z1, z2)

ภาพท 2-5 แสดงรปสามเหลยมของสวนผสม 3 ตวแปรและตวแปรกระบวนการ 2 ตวแปร

ในรปสามเหลยมจะประกอบดวยจดมม (Vertices) จะแสดงถงสวนประกอบของสวนผสม (x1, x2, x3) จดกงกลางระหวางจดมม (Midpoints of Side on the Triangle) และอาจจะ เพมจดกงกลางสามเหลยม (Centroid) เพอใหไดผลยงขน (Mark J. Anderson, 2000) โดยในการทดลองนจะแบงระดบของปจจยเปน 1) สาหรบสวนประกอบของสวนผสมจาก 0 ถง 1 สาหรบนอยทสดถงมากทสด

2) สาหรบปจจยกระบวนการจาก -1 ถง +1 สาหรบระดบนอยทสดถงสงทสด

ว ธ น เ ปนว ธการ ท เหมาะสมทสดของการกาหนดสวนผสมและเ งอนไง ของกระบวนการไปพรอมๆกน การออกแบบวธการนสามารถใชโปรแกรมสถตในการต งคา ทเหมาะสมทสด (Optimal) ในการออกแบบเพอลดจานวนการทดลองลงได

2.2 การออกแบบพนผวผลตอบ (Response Surface Design) วธการพนผวผลตอบ (Response Surface Methodology, RSM) เปนการรวบรวมเอาเทคนค ทงทางคณตศาสตรและทางสถตทมประโยชนตอการสรางแบบจาลองและการวเคราะหปญหา โดยทผลตอบทสนใจขนอยกบหลายตวแปร และมวตถประสงคทจะหาคาทดทสดของผลตอบ

y = f ( x1, x2) + …..(1)

โดยกาหนดใหปจจยนนแทนคาดวย x และ คอ คาความผดพลาดของผลตอบ y ทเปนผลมาจากการทดลอง ถากาหนดวา E(y) = f(x1,x2) = ดงนน สามารถเขยนสมการของพนผว ไดคอ

= f ( x1,x2 ) …..(2)

15

ซงจะเรยกวา “พนผวผลตอบ (Response Surface)” โดยสวนใหญจะแสดงพนผวผลตอบ ในรปของกราฟก โดยท จะถกพลอตกบระดบของ x1 และ x2 เพอทจะชวยใหมองรปรางของพนผวผลตอบไดดยงขน ซงอาจจะพลอตเสนโครงราง (Contour Plot) ของพนผวผลตอบ โดยทปญหาในสวนใหญจะไมทราบความสมพนธระหวางผลตอบและตวแปรอสระ โดยในขนแรก จะตองหาตวประมาณทเหมาะสมทใชเปนตวแทนสาหรบแสดงความสมพนธทแทจรงระหวาง y และเซตของตวแปรอสระอาจจะเปน แบบจาลองของผลตอบมความสมพนธแบบเชงเสนกบตวแปรอสระ ฟงกชนทใชเปนแบบจาลองกาลงหนง ดงสมการท 2.2.3

y = β0 + β1x1 + β2x2 + … + βkxk + …..(3)

แตถามสวนโคงเกยวของในระบบ จะใชฟงกชนพหนามทมกาลงสงขน เชน พหนามกาลงสอง ดงสมการท 2.2.4 y = β0 + + + i<j+ …..(4)

ภาพท 2-6 พนผวตอบแบบสามมต

ปญหาเกยวกบพนผวผลตอบสวนมากจะใชแบบจาลองกาลงหนงหรอแบบจาลองกาลงสองในการหาผลตอบ แตแบบจาลองทงสองชนดไมสามารถใชประมาณความสมพนธตลอดพนผวทงหมดของตวแปรอสระ ถาพนผวทเราสนใจอยมขนาดใหญ การออกแบบพนผวผลตอบมวธการ ทนามาใชในการหาคาทดทสดของผลตอบอยหลายวธดวยกน ไดแก วธการกาลงสองนอยสด การปนดวยทางชน การออกแบบสาหรบฟตแบบจาลองอบดบทหนง และการออกแบบสาหรบฟตแบบจาลองอบดบทสอง ซงการออกแบบสาหรบฟตแบบจาลองอบดบทสองนเปนการเนนไปทการสรางแบบจาลองควอดราตกของผลตอบ มวธการทนาสนใจอย 2 วธดวยกน คอ 1) การออกแบบสวนประสมกลาง (Central Composite Design; CCD) เปนหนงในวธ การหาพนผวผลตอบทนยมใชเพอหากระบวนการทเหมาะสม โดยทวไปสวนประสมกลางจะ

16

ประกอบดวย 2k แฟกทอเรยลทม nf รน ซง 2k รนในแนวแกนหรอแนวรปดาว และ nc รนทจดศนยกลาง ดงภาพท 2-7 แสดงสวนประสมกลางสาหรบ k=2 และ k=3 ปจจย

ภาพท 2-7 การออกแบบสวนประสมกลาง (CCD) สาหรบ k=2 และ k=3

2) การออกแบบบอกซ-เบหนเคน (Box-Behnken Design) เปนการออกแบบสามระดบสาหรบฟตพนผวผลตอบ การออกแบบนถกสรางขนจากการรวมการออกแบบแฟกทอเรยล 2k กบการออกแบบบลอกไมสมบรณ ผลของการออกแบบมประสทธภาพในดานจานวนของการรน ทตองการ และการออกแบบนยงมความสามารถในการหมนหรอเกอบหมนไดอกดวย

ภาพท 2-8 แสดงการออกแบบบอกซ-เบหนเคน สาหรบ k = 3

เนองจากกการออกแบบบอกซ-เบหนเคนเปนการออกแบบรปทรงกลมททกจดวางอยบนรปทรงกลมรศม 2 และไมไดรวมเอาจดใดๆ ทเปนจดยอดของรปลกบาศกทสรางขนจากขดจากดบนและลางของแตละตวแปรเอาไว ดงภาพท 2-8 ซงการกระทาเชนนมประโยชนมากเมอจดทอยบนมมของลกบาศกเปนการรวมเอาปจจยระดบ (Factor-Level Combination) ทแพงมากหรอเปนไปไมไดทจะทาการทดลองอนเนองมาจากขอจากดทางดานกายภาพของระบวนการ

2.3 การวเคราะหความแปรปรวน (Analysis of variance: ANOVA) เปนวธการทดสอบความแตกตางระหวางคาเฉลยของกลมตวอยาง ตงแต 3 กลมขนไป ซงจะเปนการวเคราะหอตราสวนระหวางความแปรปรวนระหวางกลม (Between-group variance) และความแปรปรวนภายในกลม (Within-group variance) ความแปรปรวนระหวางกลม เปนคาทเกดจากความแตกตางของคาเฉลยระหวางกลมตาง ๆ ถาคาเฉลยระหวางกลมตาง ๆ แตกตางกนมาก คาความแปรปรวนระหวางกลมกจะมากตามไปดวย สาหรบความแปรปรวนภายในกลมเปนคาทแสดงใหเหนวา คะแนนแตละตวทรวบรวมมานนภายในแตละกลมมการกระจายมากหรอนอย คาทคานวณไดเรยกวาความคลาดเคลอน (ยทธ, 2546)

17

2.4 แบบจาลองการถดถอย (Regression Model) แบบจาลองการถดถอย (Regression Model) เปนแบบจาลองทางคณตศาสตรทใชสาหรบ การหาคาความสมพนธระหวางปจจย เพอนาไปสรางสมการทานายคาของผลตอบ ซงจะทาใหสามารถหาผลตอบทจดใดๆ ในแตละชวงของปจจยได โดยวธการทใชในการประมาณคาตวแปรตาง ๆ ในแบบจาลองนสวนใหญคอ วธกาลงสองนอยสด (Least Square Method) ซงเปนการประมาณคาตวแปรทไมทราบคา (β) เพอทาใหผลรวมของกาลงสองของความผดพลาด (2ε) มคานอยทสด ซงบางครงเราเรยก β เหลานวา คาสมประสทธการถดถอย โดยมขนตอนในการประมาณคาดงน 1) สรางผลรวมของกาลงสองของคาความผดพลาด โดยการฟตผลตอบ 2) ประมาณคาสมประสทธการถดถอยของปจจยในเทอมตาง ๆ ททาใหผลรวมของ กาลงสองของคาความผดพลาดมคานอยทสด 3) นาคาสมประสทธการถดถอยทไดไปเขยนสมการทานายคาของผลตอบ

2.4.1 แบบจาลองการถดถอยสาหรบการทดลองสวนผสม (Mixture Design) เนองจากตวแปรทกตวรวมกนได 1 หรอ 100 เปอรเซนต ดงนนแบบจาลองการถดถอย

สาหรบการทาดลองสวนผสม (Mixture Design) จงไมมคาคงท หรอเทอม 0 และ 21Xij

โดยแบบจาลองทใชหาความสมพนธระหวางตวแปรตามและตวแปรอสระมดงน 1) รปแบบสมการเชงเสน (Linear Model) …..(5)

p

iii XyE

1

)(

2) รปแบบสมการกาลงสอง (Quadratic Model) …..(6)

j

p

jiiij

p

iii XXXyE

1

)(

3) รปแบบสมการกาลงสามแบบพเศษ (Special Cubic Model) …..(7)

kj

p

kjijijkj

p

jiiij

p

iii XXXXXXyE

1

)(

4) รปแบบสมการกาลงสามทงหมด (Full Cubic Model) …..(8)

j

p

jiiij

p

iii XXXyE

1

)(

kj

p

kjijijkjij

p

jiiij XXXXXXX

)(

ทมา : Raymond H. Myers and Douglas C. Montgomery (1995)

18

2.4.2 แบบจาลองการถดถอยสาหรบการออกแบบสวนผสมกลาง (Central Composite Design) เนองจากการออกแบบการทดลองดวยวธการออกแบบววนผสมกลาง (Central Composite Design) มการทาการทดลองไมพอเพยงทจะทาใหเกดรปแบบสมการกาลงสาม (Cubic Model) ได (ปารเมศ ชตมา, 2545) ดงนนแบบจาลองการถดถอยจงมทงหมด 3 แบบ ดงน

1) รปแบบสมการเชงเสน (Linear Model) …..(9)

p

i

ii XyE

1

0)(

2) รปแบบสมการทม 2 ปจจยรวมกน (2FI (two-factor interaction) Model) …..(10)

j

p

ji

iij

p

i

ii XXXyE

1

0)(

3) รปแบบสมการกาลงสอง (Quadratic Model) …..(11)

p

i

iiij

p

ji

iij

p

i

ii XXXXyE

1

2

1

0)(

ทมา : L.M.M. Tijskens, M.L.A.T.M. Hertog and B. Nicolai (2001) 2.5 ความแขง (Hardness) ความแขง คอ คณสมบตของวสดทสามารถตานทานหรอทนตอการสญเสยรปแบบพลาสตก โดยปกตเกดจากการทาเปนรอยจากการกด อยางไรกตามความแขงอาจรวมถง ความตานทานตอการดด การขด การขด และการตด การทดสอบความแขงโดยการเปรยบเทยบมขอจากดในการใชงานและไมสามารถใหขอมลตวเลขทแมนยาหรอกาหนดเสกลเฉพาะสาหรบวสดและเทคโนโลยสมยใหม วธโดยปกตเพอหาคาความแขงคอ การวดจากความลกหรอพนทของรอยกดทเหลอทงไวจากหวกดทมรปราง ภาระ (Load) และเวลาทเจาะจง วธมาตรฐานหลก 3 มาตรฐาน สาหรบการแสดงความสมพนธระหวางความแขงและขนาดของรอยกด คอ รอคเวลล บรเนลล และวกเกอร แตละวธของมาตรฐานไดถกแบงเปนสเกลกาหนดโดยภาระทใช และลกษณะของหวกด ดวยเหคผลของการใชงานและการสอบเทยบ นอกจากนนยงมการทดสอบความแขงแบบชอร (Shore) สเกลความแขงแบบมอท (Mohs) และ การทดสอบความแขงแบบบารคอล (Barcol) ซงในทนจะขอกลาวถงเฉพาะการทดสอบความแขงแบบชอร (Shore) เนองจากมความเกยวของกบงานวจยโดยตรง

19

การทดสอบความแขงแบบชอร (Shore : Shore Hardness Test) วธทดสอบความแขงแบบชอรสเกลโรสโคบ (Shore Sclerocscope) ดงแสดงใหเหนในภาพท 2-9 วดความแขงในเทอมของ ความยดหย�นวสด ทดสอบโดยปลอยหวคอนปลายเพชร (ขนาด 40 เกรน; 2.5 กรม; 0.0914 ออนซ) ตกดวยนาหนกของตวเองและจากความสงททราบคา (10 นว; 254 มลลเมตร) ในทอแก�ว ความสง ทกระดอนกลบวดได�จากสเกลทได�แบงเปน 100 ส�วน ซงแสดงคาเฉลยจากการกระดอนของ เหลกกล�าคารบอนชบแขงทสมบรณ� สเกลมากกวา 100 สวนจะเปนโลหะทมความแขงมากเกน คาความแขงขนอยกบความสงทกระดอนกลบของหวคอน วสดทแขง ความสงกระดอนจะมาก ความแขงกจะมาก วสดทออน ความสงกระดอนจะนอย ความแขงกจะนอย

ภาพท 2-9 เครองทดสอบความแขงแบบชอรสเกลโรสโคบ (Shore Sclerocscope)

การทดสอบแบบชอรดโรมเตอร (Shore Durometer) ดงแสดงใหเหนในภาพท 2-10 ใชหวกดชบแขง สปรงทได�ปรบคาอยางถกตอง ความลกของหวกด และแผนกด หวกดจะถกตดตงตรงกลางของฐานกดและมระยะยดตว 2.5 มลลเมตร จากผวของาน ตาแหนงระยะยดตวเตมทเขมชแสดง คาศนย เมอหวกดถกกดจนกระทงแนบตดผวหนาฐานกด ตวบงชแสดงคา 100 ดงนนทกๆ จดของ Shore มคาเทากบ ระยะกด 0.0025 มลลเมตร (สเกล M เทากบ 0.00125 มลลเมตร)

20

ภาพท 2-10 เครองทดสอบความแขงแบบชอรดโรมเตอร (Shore Durometer)

ตารางท 2-1 แสดงประเภทเครองทดสอบความแขงแบบชอรดโรมเตอรชนด A และ D (Shore Durometer Type A and D)

เครองทดสอบความแขงแบบชอรดโรมเตอรชนด A และ D (Shore Durometer Type A and D) ดโรมเตอร แผนกด (Indenting foot) ภาระทใช (กรม) ชนด A แทงเหลกชบแขง ขนาดเสนผานศนยกลาง 1.1-1.4 มลลเมตร ปลาย

รปกรวยมม 35 องศา ขนาดเสนผานศนยกลาง 0.79 มลลเมตร 822

ชนด D แทงเหลกชบแขง ขนาดเสนผานศนยกลาง 1.1-1.4 มลลเมตร ปลายรปกรวยมม 30 องศา ขนาดเสนผานศนยกลาง 0.1 มลลเมตร

4550

การทดสอบความแขงแบบชอรดโรมเตอร (Shore Durometer) (ดงตารางท 2-1) ทงสองวธวดความตานทานของพลาสตกตอรอยกด ทงสองสเกลใหคาความแขงตามหลกการ ไมเกยวของกบคณสมบตและคณลกษณะพนฐานความแขงของชอรเอหรอด (shore A and D) เปนวธทนยมใช สาหรบยาง อลาสโตเมอร� และปกตใชกบพลาสตกออน เชน พอลโอลฟนฟลออโรพอลเมร และ ไวนล ชอรเอ (Shore A) ใชสาหรบยางออน ในขณะทชอรด (Shore D) ใชสาหรบยางทแขงกวา โดยความแขงชอร (Shore) คอคาความแขงสมพทธของวสดยดหย�น เชน ยางหรอพลาสตกออน สามารถทจะหาได�ดวยเครองมอทเรยกวาชอรเอดโรมเตอร (Shore A Durometer) เนองจากความ

21

ยดหยนของยางและพลาสตก การอานคาจะเปลยนแปลงตามเวลา ดงนนเวลาการกดบางครงจะถกรายงานรวมกบคาความแขง 2.6 โพลเอสเทอรเรซน ( Polyester Resin) เรารจกโพลเอสเทอรเรซนในรปของผลตภณฑไฟเบอรกลาส เพราะกวา 90% ของผลตภณฑชนดนทาจากโพลเอสเทอร ซงโพลเอสเทอรถกนามาใชครงแรกในป ค.ศ. 1942 ในสมยสงครามโลกครงท 2 โดยนามาทาเปนเครองใชทางการทหาร ตอมาจงนยมนาไปทาเปนผลตภณฑชนดอนอยางแพรหลาย ซงในป ค.ศ. 1967 มปรมาณการใชถง 495 ลานปอนด คณสมบตของโพลเอสเทอรเรซนมคาความถวงจาเพาะระหวาง 1.1-1.5 หากเปนผลตภณฑไฟเบอรกลาสจะมคาความถวงจาเพาะระหวาง 1.5-2.8 ในรปผลตภณฑไฟเบอรกลาสรบแรงดง แรงอด และแรงบดงอไดด ผวหนามความแขงพอสมควร ถกแดดจะซด ทนสภาพอากาศภายนอก ไดด มสตาง ๆ มากมาย มความหดตวเลกนอย แตมากกวาอพอกซ โพลเอสเทอรเรซน เปนฉนวนไฟฟาทด ทนกรดดางชนดออนได ไมทนสารละลายชนด คลอรเนท โซเวนต (Chlorinated Solvent) เชน คารบอนเตทตา คลอไรด อะซโทน ซงในรปของ ไฟเบอรกลาสทนความรอนไดระหวาง 250-350 องศาฟาเรนไฮต และเมอนาไปหลอเปนผลตภณฑแลวตดไฟไดชาและดบเอง สวนมากโพลเอสเทอรเรซนนยมใชทาไฟเบอรกลาสมากทสด เชน เรอ รถยนต ชนสวนในเครองบน ถงบรรจของเหลว ลงบรรจของ ทอของเหลว เฟอรนเจอร ฯลฯ

2.7 เรซน (resin) ผลตภณฑทผลตจากการนาเอาเทอรโมเซทพลาสตกชนดโพลเอสเทอรเรซนไมอมตว ซงจะเปนของเหลวหนดเหมอนน าเชอมเมอผสมตวทาแขง(Hardener) แลวแขงตวจะไมมการเปลยนแปลงรปรางหรอหลอมเหลวอกถงแมจะโดนความรอนกตาม สามารถทนความรอนไดถง 120 องศาเซลเซยสโดยทวสดไมมการเสยหาย พลาสตกชนดนเรยกสนๆวา "เรซน" เรซนเปนสารอนทรยพนฐานททาใหเกดพลาสตกขน เรซนมหลายชนด ดงน น ในการเลอกใชจะตองพจารณาคณสมบตบางประการของเรซน เชน ความรอน ความยดหยน การดดซมน า และน ามน ทนตอสารเคม ดนฟาอากาศ และอายของเรซน เรซนจะแขงตวเมอเตมตวเรงปฎกรยาผสมลงไปในสดสวนทเหมาะสมตามกาหนดและเตมสารเสรมตวเรงปฏรยาลงไปดวย สารทเปนตวเรงปฎกรยา ไดแก เมทลเอทลคโตนเพอรออกไซด เบนโซอนเพอรออกไซด ควมนไฮโดรเพอรออกไซด สารทเสรมตวเรงปฎกรยาซงจะทาใหตวเรงปฎกรยาทางานไดดรวดเรวยงขน ไดแก โคบอลตแนพธเนต ไดเอทลอนลน ไดเมทลอนลน

22

2.8 อลมเนยม (Aluminum)

อลมเนยมผสมมคณลกษณะทวไปทางโลหะวทยาเปนการรวมตวในระบบยเทคตก (Eutectics) ประกอบดวยสารประกอบโลหะ(Tntermetallic Compound) หรอธาตทมหลายสภาพ (Phase) เนองจากอลมเนยมสามารถละลายธาตผสมไดในอตราตาจงทาใหเกดธาตผสมเชงซอนขนมาก อลมเนยมผสมบางชนดอาจมสภาพทางโลหะ (Metallic Phases) หลายชนดปนกน ซงมสวนผสมทซบซอนดวยตามปกตสภาพเหลาน (Phases) มกจะละลายไดดทอณหภมใกลๆ อณหภม ยเทคตค (Eutectic Temperature)มากกวาอณหภมหอง อลมเนยมผสมบางตวจงทาการอบชบใหแขงได (Solution and aging heat-treatment) ตามปกตคณสมบตตางๆ ของอลมเนยมผสมมอทธพลมาจากผลของธาตตางๆ ทผสมในอลมเนยมนน ธาตหลกทใชผสมในอลมเนยมผสมมอยหลายตว เชน ทองแดง ซลคอน แมกนเซยม สงกะส โครเมยมมงกานส ดบก และ ไทเตเนยม สาหรบเหลกทมผสมอยดวยนน สวนมากเราถอวาเปนธาตมลทล (Impurity)

อลมเนยม เปนโลหะทมน าหนกเบาเปนอนดบส โลหะผสมของอลมเนยมใชกนมากในการสรางเครองบน อลมเนยมหนกเพยงหนงในสามของเหลก และสามารถนาไฟฟาไดด ในผวโลก มอลมเนยมมากกวาโลหะอน ๆ ในดนเหนยวมอลมเนยมเกอบหนงในสโดยน าหนก แตการแยกอลมเนยมบรสทธจากดนทาไดไมงายนก เขามกแยกอลมเนยมจากแรชอ บอกไซต (Bauxite) ซงมอลมเนยมมากกวาดน แรนมมากในทวปอเมรกา (ประเทศแคนนาดามมากทสด) และในออสเตรเลย ในประเทศอนกมบางเหมอนกน อลมเนยมมอยในรตนชาตบางชนด เชน พลอยและทบทม เปนตน แรกากกะรน (Emery) คอออกไซดของอลมเนยม เรารจกอลมเนยมนานกวา 140 ป แตเนองจากราคาแพงจงมไดมผใชกนแพรหลาย ตราบจนกระทงถงสมยทสามารถผลตพลงงานไฟฟาไดในราคาตาจากน าตก โลหะนจงมราคาถกลง เพราะการแยกอลมเนยมจากแรทาโดยวธไฟฟาดกวาวธอยางอน

อลมเนยมมสขาวเหมอนเงน เนอเปนมนวาวงดงามไมหมองงาย อาจดงเปนเสนลวด ขนาดเลกยงกวาเสนผม หรอตเปนแผนบาง ๆ ทบางมากราวกบกระดาษได อลมเนยมไมสกกรอนโดยงาย และจะทาปฏกรยากบกรดและดางบางชนดเทานน เมอผสมโลหะอนบางชนดลงไปในเนออลมเนยม จะไดโลหะผสมซงแขงแรง ทนทาน และเหนยวกวาอลมเนยมบรสทธมาก ใชทาสงของเครองใชไดอยางด คณสมบตของอลมเนยมมคาความถวงจาเพาะ 2.7

เราใชอลมเนยมทาเครองครวเรอน เพราะอลมเนยมนาความรอนไดด ทาความสะอาด ไดงาย และเปนเงางามอยเสมอ นอกจากน นยงใชทาสวนประกอบในเครองใชไฟฟา เพราะ

23

อลมเนยมสามารถนาความรอนไดด นอกจากน นยงใชทาสวนประกอบของเครองบน และยานพาหนะตาง ๆ หลายชนด เชน รถไฟ รถยนต เนองจากมนาหนกเบา แขงแรงทนทาน 2.9 ทลคม (Talcum) ทลคมมโครงสราง TOT เหมอนพวก Montmorillonite แต Al+3 ใน Octahedral sheet ถกแทนทดวย Mg+2 (Brucite sheet) แรงยดกนระหวางออกซเจนของแร แตละชนไมแขงแรงจงเปนเหตใหเกดรอยแตกตามแนวตงฉากกบแกน C ไดงาย และเปนเหตทาใหแรนมเนอแรออนนม สวนประกอบทางเคมตามทฤษฎ คอ 63.5% SiO2, 31.7% MgO และ4.8%H2O ทลคม มคณสมบตพเศษหลายประการจงใชเปนสวนประกอบในอตสาหกรรมเซรามกสหลายชนด คอ 1) ใชเปนสวนผสมสวนใหญในอตสาหกรรมกระเบองกรฝาผนง เนองจากแรนมคณสมบตปองกนการเกดการรานตว (crazing) ซงเกดขนเนองจากการขยายตวเมอชน 2) ใชเปนสวนผสมเนอดนปนภาชนะทใชสาหรบการปรงอาหาร เนองจากแรนมคณสมบตตานทานการเกดการชอค เนองจากความรอน (thermal shock) นอกจากนคณสมบตทเปนประโยชนอกอนหนงกคอ เนอแรนไมแขงมากนกและเปนมนลน แบบโลหะทใชในการขนรป โดยวธการอดเนอดนปนทมทลคมเปนสวนผสม จะมอายการใชงานไดนานกวาปกต 2.10 วสดผสม (Composite material) วสดผสม คอวสดทถกสรางขนมาจากวสดตงแต 2 ชนดขนไป เพอใชประโยชนเฉพาะงาน โดยไมไดเกดขนเองตามธรรมชาต การผสมกนของวสดเหลานจะไมเปนเนอเดยวกนแตจะแยกกนเปนเฟสทเหนไดอยางเดนชด เฟสแรกเรยกวา เนอพน (matrix) ซงจะอยดวยกนอยางตอเนองและลอมรอบอกเฟสซงเรยกวา เฟสทกระจาย หรอ ตวเสรมแรง (reinforcement) คณสมบตของวสดผสมทไดจะเปนฟงชนหรอขนกนกบคณสมบตและปรมาณของสารตงตนเหลาน และรปทรงทางเรขาคณตของเฟสทกระจายตว และประเภทของวสดผสมแบงออกเปน 3 ประเภทคอ 1) วสดผสมทเสรมแรงดวยอนภาค (particle-reinforced) 2) วสดผสมทเสรมแรงดวยเสนใย (fiber-reinforced) 3) วสดผสมโครงสราง (structural) วสดทสามารถนามาใชงานไดโดยทไมตองนาไปดดแปลงมากมายโดยการพฒนาการทางเคม เราสามารถนาวสดมาใชโดยการนาเคมทเราสามารถหาไดโดยทวไปมาเปนสวนประกอบเพอแยกสวนประกอบตางๆ ของวสดทเราคดเปลยนสภาพไดเรว โดยใชสารเคมมาเปนตวแยกสวนประกอบ

24

ออกมาใหไดหลายแขนง ฉะน น การทเราจะนาโลหะทไมสามารถแยกตวประกอบไดน น เราสามารถทาไดโดยการใชสารเคมมาเปนสวนประกอบ เพอแยกการแตกตวของงานโลหะชนนน โดยใชหลกการการกดกรอนของสารเคม หรอวสดผสมเปนของผสมทไดจากวสด 2 ชนดหรอมากกวา 2 ชนดมาผสมกน วสดผสมสวนมากประกอบดวยสารเตม (filler) หรอวสดเสรมแรง ทเหมาะสมกบตวประสานพวกเรซน จะไดเปนวสดมลกษณะเฉพาะและมสมบตตามทตองการ โดยปกตสารทเปนองคประกอบเหลานนจะไมละลายเขาดวยกนและสามารถสงเกตดไดทรอยตอระหวางสารทเปนองคประกอบ วสดผสมสามารถจาแนกออกไดเปนหลายประเภท บางประเภท มเสนใยเปนองคประกอบหลก(คอมเสนใยเสรมแรงในเนอของวสด) ปนกบอนภาคบางชนด (คอมอนภาคกระจายอยในวสด) การผลตวสดผสมจงมไดหลากหลายขนอยกบวธการของการเสรมแรงกบตวประสาน วสดผสมททนสมยทวศวกรใชกนมาก 2 ชนดคอ ใชเสนใยแกวเสรมแรงในโพล เอสเทอรหรออพอกซ อกชนดหนงใชเสนใยคารบอนเสรมแรงในเนออพอกซ อกตวอยางหนงทใชวสดผสมของเสนใยแกวกบพอลเฟนลน ซลไฟด(PPS) ทาขอตอทอสงน ามนในภาคสนาม ซงสามารถทนทานตอการกดกรอนไดยอดเยยม คณสมบตทสาคญ คอ มน าหนกเบา ชวยเพมคาความแขงแรง และมความสามารถในการ คงรป (stiffness) ไดดขณะเดยวกนกจะมความเหนยวและไมแตกหกงาย ตารางท 2.2 ตารางแสดงวสดผสม (Composites) แบบตาง ๆ

วสดผสม

ประเภท โลหะ (Metal) โพลเมอร (Polymer) เซรามก (Ceramic)

Al + Boron Epoxy + Carbon Ceramic + Sic Al + Silicon carbide Epoxy + Alumina -

Al + Boron Nylon + Glass - จากตารางท 2.2 จะเหนวาประเภทของวสดผสมมอย 3 ประเภทใหญ ๆ ซงมประเภท โลหะ โพลเมอร และ เซรามก ซงสามารถนาวสดอนมาเปนสวนประกอบใหเหมาะสมกบการนาไปใชงาน ในสวนของลกษณะของวสดเสรมแรง ไดแก เสนใยเสรมแรง ผงหรออนภาคเสรมแรง ไดแก อลมนา (Alumina) โบรอน (Boron) คารบอน (Carbon) ซลอกอน (Silicon) คารบาย (Carbide) ซลกอนไนเตรด (Sicon Nitride) แกว (Glass) ทงสเตน (Tungsten)

25

2.11 แมพมพอดขนรปพลาสตกชนดแผน กรรมวธการผลตประเภทอดขนรปแผนพลาสตก (Thermoforming) เปนกรรมวธทนามาใชในกจการอตสาหกรรมเมอป ค.ศ 1950 เครองมออปกรณ เครองจกร รวมถงแมพมพ ทใชมหลายชนดแตกตางกนแลวแตชนดการใชงาน แตมหลกใหญเหมอนกนคอ นาแผนเทอรโมพลาสตกไปใหความรอน จนกระทงออนตวแลวนาไปอดขนรป และปลอยใหเยนใหเยน แผนพลาสตก จะคงรปตามแมพมพ กรรมวธการผลตประเภทนใชกบการผลตชนงานในจานวนไมมากนก บางครงจะใชกบงานออกแบบผลตภณฑทดสอบ (Prototype) ซงสามารถทาแมพมพไดรวดเรวและใชผลตชนงานทมขนาดใหญได ซงหากจะผลตดวยกรรมวธการผลตแบบฉด (Injection Molding) จะตองลงทน ทาแมแบบแพง ใชเวลาเตรยมการผลตนาน และบางครงไมมเครองจกรทใหญพอกบขนาดของชนงาน ตวอยางเชน การทาผนงดานในของตเยน และผลตภณฑชนดอน ๆ กรรมวธการผลตชนดนแบงออกได 3 แบบ คอ

1) อดดวยแมพมพ (Mechanical Thermoforming) กรรมวธการผลต 1) ยดแผนเทอรโมพลาสตกกบกรอบยด (Frame หรอ Yoke) 2) ใหความรอนแผนพลาสตกออนตว ดวยอณหภมประมาณ 275-400 องศาฟาเรนไฮ 3) กดกรอบซงมแผนพลาสตกทออนตวลงไปบนแมพมพ (โดยปกตกรรมวธแบบน ใชแมพมพตวผ ดในภาพท 2-11) 4) ทงแผนพลาสตกไวจนเยนแขงตว จงถอดชนงานออกจากแมพมพ ตวอยางของกรรมวธการผลตแบบนทเหนกนอยทวไป คอ การทากรอบพระหอยคอพลาสตก ตวหนงสอ ปายยหอ

แผนยด

ชนงาน

แมพมพ

กรอบยด

ภาพท 2-11 แบบอดดวยแมพมพ

26

2) แมพมพสญญากาศ (Vacuum Thermoforming) กรรมวธการผลตน เปนกรรมวธการผลตทนาไปใชมากทสด ระยะแรกนาไปใชผลตแผนททางการทหาร ซงมลกษณะเปนภาพนน ตอมาจงใชผลตผลตภณฑประเภทอนๆเชน ภาชนะบรรจ อยางแพรหลาย ดงแสดงในภาพท 2-12

กรอบยด

รดดอากาศออก

แผนยด

แมพมพ

ชนงาน

รดดอากาศ

ภาพท 2-12 แมพมพสญญากาศ

กรรมวธการผลต 1) แผนเทอรโมพลาสตกกบกรอบ 2) ใหความรอนพลาสตกจนออนตว 3) กดกรอบลงแนบกบแมพมพ 4) อากาศออกจากชองวางระหวางแผนพลาสตกกบแมพมพ แผนพลาสตกทออนตวจะแนบสนทกบแมพมพ ปลอยทงไวจนกระทงแผนพลาสตกเยน และแขงตว 5) ถอดชนงานออกจากแมพมพ 3) แมพมพอดลม (Blow Thermoforming) เปนกรรมวธการผลตตรงกนขามกบแบบสญญากาศ คอแทนทจะดดอากาศออกจากแมพมพ กลบอดอากาศเขาไปในแมพมพแทน ดงแสดงในภาพท 2-13

27

รอากาศออก

แมพมพ

แผนยด

รอดอากาศเขา

ชนงาน

ภาพท 2-13 ภาพแมพมพอดลม

กรรมวธการผลต 1) ยดแผนเทอรโมพลาสตกตดกบกรอบ 2) ใหความรอนแผนพลาสตกจนออนตว 3) กดกรอบแนบเขากบแมพมพ (ชนดตวเมย) 4) อดอากาศเขาแมพมพ แผนพลาสตกซงออนตวจะแนบสนทกบแมพมพ อดอากาศตอไปจนชนงานเยน และแขงตว 5) ถอดชนงานออกจากแมพมพ ชนดของพลาสตกทใชกบกรรมวธอดแผนขนรป ในสวนของเทอรโมพลาสตกแผนทกชนดใชไดกบกรรมวธประเภทน ทนยมใชมากคอ พวซ โพลสไตรน เซลลโลซก และอะคลก พลาสตกแผนทใชมกจะเปนพลาสตกแผนทผานกรรมวธการผลตแบบรด (Extrusion) มากกวาแบบอนทงนเพราะราคาถก และยดตวไดมากกวา ยกตวอยางของผลตภณฑทผลตจากเทอรโมพลาสตก เชน ภาชนะบรรจ ชนดตาง ๆ ปายชอราน ปายโฆษณา ผนงชนในตเยน ของเดกเลน และผลตภณฑ อน ๆ อกมากมาย

2.12 การออกแบบและการสรางแมพมพ 1. ในกระบวนการผลตผลตภณฑ ใดๆ กตามทมจานวนมาก จาเปนตองอาศยแมพมพทสามารถครอบคลมถงคณลกษณะของผลตภณฑใหไดทง รปทรง ขนาด น าหนก ตามทผออกแบบกาหนดไว ซงลกษณะของกรรมวธการผลตทแตกตางกนจะสงผลโดยตรงมาจากแมพมพทนามาใชงาน ดงนน การออกแบบและสรางแมพมพจงเปนสงทมความสาคญเปนอยางยง ซงตองยดหลกการทวา

28

1. แมพมพคณภาพด ผลผลตทดยอมเกดขน 2. แมพมพผลตชนงานออกมาไดเ รว ผลตอบแทนจากการลงทนจะ

คนกลบมาโดยเรว 3. แมพมพมราคาทเหมาะสม ยอมสงผลใหไดเปรยบทางธรกจ

ดงนน พอสรปไดวา การออกแบบและสรางแมพมพตองคานงถง คณภาพ การสงมอบ และราคาทเหมาะสม ซงเปนปจจยหลกของอตสาหกรรมน เพอใหบรรลเปาหมายทง 3 ประการขางตน การออกแบบแมพมพทดจงควรพจารณาถงปจจยตาง ๆ ดงน

1. มาตรฐานการออกแบบ ซงในการออกแบบแตละครง จาเปนตองมมาตรฐานทดโดยการกาหนดกฎเกณฑตางๆ นน สามารถกระทาได โดยผผลตแมพมพเอง หรอเปนมาตรฐานทลกคากาหนดให

2. เลอกใชชนสวนมาตรฐานทเหมาะสม เพอชวยลดเวลาในการออกแบบ 3. สามารถนาแมพมพไปใชในการผลตไดโดย ไมมอปสรรค ใดๆ เกดขน 4. เลอกวาวสดทใชทาแมพมพไดอยางเหมาะสมกบปรมาณการผลต เพอลด

ตนทนในการทาแมพมพ 5. ลดความสลบซบซอน ในการทางานของแมพมพ เ พอให เ กด

ความสะดวกและรวดเรวในการซอมบารง เมอเกดความเสยหายระหวางกระบวนการผลต ในปจจบนการออกแบบแมพมพไดมการพฒนาอยางตอเนองโดยมการนาคอมพวเตอรเขามาชวยใหการออกแบบมความแมนย าและถกตองมากยง ขน เ นองจาก ในหนวยความจาของระบบคอมพวเตอรไดเกบรวบรวมขอมลตางๆ ทเกยวของกบการออกแบบและการวเคราะหความถกตองของการออกแบบไวอยางมากมาย ทาใหลดระยะเวลาการทางานขนตอนนเปนอยางมาก แตการออกแบบจะใหสมบรณไดน น บคลากรททางานดานนตองมประสบการณในการทางานทเกยวของกบการสรางแมพมพมากอน เพอนาประสบการณมาใชใหเกดประโยชนในระหวางการออกแบบตอไป 2. การสรางแมพมพ การสรางแมพมพมลาดบขนตอนของการดาเนนงานตามภาพท 2-14 ดงน

29

ภาพท 2-14 ขนตอนการสรางแมพมพ

2.13 วรรณกรรม และเอกสารทเกยวของ การศกษาเรองของสวนผสมทเหมาะสมของวสดผสมสาหรบแมพมพขนรปดวยความรอน

ผวจยไดศกษาเอกสารและผลงานวจยทเกยวของเพอเปนพนฐานสาหรบการดาเนนงานวจย โดยสามารถสรปสาระสาคญไดดงน

ชนสวนมาตรฐาน

ตรวจสอบคณภาพ

ภาพประกอบแมพมพ

สงซอจากผจดจาหนาย

ชนสวนสรางเอง

รายละเอยดแบบงาน

วสดทใชทาแมพมพ

เครองจกรกลทใชในการสรางชนสวน

เครองกลง เครองกด เครองเจาะ เครองจกรทควบคมดวยคอมพวเตอร ( CNC Machine) เครองเจยระไน

ฯลฯ

กระบวนการอบชบ

ชนงานสาเรจ

ปรบประกอบ

แมพมพทสมบรณ

เครองมอตด

เครองมอวด

ซอรฟแวร CAD/CAM

ออกแบบแมพมพ

30

2.13.1 การทบทวน บทความ เอกสารและผลงานวจยทเกยวของกบการทดสอบคาความแขง

จากงานวจยในเรองของการทดสอบคาความแขงแรงทาใหทราบวาเปนเครองมอสาคญสาหรบการตดสนใจ ในการเลอกวสดผสมมาใชงานใหเหมาะสมกบสภาพการใชงานนน ๆ เพราะเมอเลอกวสดผสมมาใชงานไดเหมาะสมจะชวยทาใหคาใชจายทเกดขนจรงไมสงเกนความจาเปนหรอมคาใชจายตากวาปกต ทางผดาเนนการวจยไดทาการคนควางานวจยทเกยวของกบการทดสอบ คาความแขงแรงไดแก อนสทธ อาไพบลย และวชระ ทองงอก (2547) ทาการทดสอบแรงดง (Tensile test) ของรอยเชอม พบวามตวแปรหลายตวแปรในขบวนการเชอมแบบแกนฟลกซ (Flux- Core Arc Welding) คอ กระแสไฟฟาเชอม ความเรวในการเดนลวดเชอม มมของลวดเชอม แรงดนไฟฟาในการเชอม ระยะความยาวของลวดเชอมทยนออกมาจากหวเชอมการศกษานทาใหทราบถงคาของตวแปรททาใหแนวเชอมรบคาแรงดงไดดทสด โดยใชวธการออกแบบการทดลองซงมปจจยหลายอยาง แตละปจจยมหลายระดบ และในชวงเวลาเดยวกน ศภชย สรพนธ (2547) ทาการทดสอบโลหะผงเหลกอดขนรป ทมองคประกอบตางกน ทปรมาณคารบอนในผงเหลก ณ ระดบการอบทอณหภมตางกน ผลการทดลองปรากฏวา คาความแขงแรงและความเหนยวคงท ทอณหภมในการอบสงกวา 1,100 องศาเซลเซยส และไดมการทดสอบคาความลาทดสอบคา ความแตกหก ของผงโลหะอดขนรปทนามาทดสอบอกดวย และบญสง ฤทธตา (2547) ทาการศกษาคณสมบตเชงกลของวสดดวยการดง เพอดพฤตกรรม ความสามารถในการลากขนรปของโลหะแผน ทใชในอตสาหกรรมยานยนตของวสดเหลกกลาไรสนม เหลกกลาโครงสรางรดเยนอลมเนยม และสงกะส โดยตดโลหะแผนตามขนาดมาตรฐานการทดสอบในแนวนอน (0 องศา) แนว 45 องศาและแนวตง (90 องศา) กบทศทางการรด (ตามทศทางของกระบวนการผลต) ผลการทดลองพบวา วสดทดอนดบแรกคอเหลกกลาไรสนม และแนวตดท แนวนอน0 องศา แนว 45 องศา และแนวตง 90 องศา ตามลาดบ

จากการศกษางานวจยทาใหเหนวาไดมการทดสอบคาความแขงแรงเพอนามาเปน สวนหนงของการตดสนใจในการดาเนนงาน และสามารถนาผลการทดสอบไปประยกตใชกบงานดานวศวกรรมไดอยางกวางขวาง และปลอดภย ถาชนทดสอบและวธการทดสอบเปนไป ตามมาตรฐาน ดงนน ทางผดาเนนการวจยจงไดมองเหนความสาคญของการทดสอบคาความแขงแรงโดยไดมการนาแนวความคดของทก ๆ คนทไดกลาวถงมาใชเปนแนวทางในการดาเนนงานวจยน

31

2.13.2 การทบทวน บทความ เอกสารและผลงานวจยทเกยวของกบการออกแบบและวเคราะหการทดลองทางวศวกรรม

จากงานวจยในเรองของการออกแบบและวเคราะหการทดลองทางวศวกรรมทาใหทราบวาเปนเครองมอสาคญททาใหทางผวจยสามารถทราบถงตวแปรทมผลตอการทดลอง ซงในการออกแบบการทดลองทางวศวกรรมนน ชวยทาใหประหยดคาใชจายในการทดลอง ระยะเวลาในการทดลอง ทางผดาเนนการวจยไดทาการคนควางานวจยทเกยวของกบการออกแบบและวเคราะหการทดลองทางวศวกรรมในประเทศไทย จนทรเพญ อนรตนานนท และประไพศร สทศน ณ อยธยา (2547) ไดทาการทดลองการหาจดเหมาะสมโดยใชการออกแบบการทดลองแบบซซอารด สาหรบการหลอตวเรอนเครองประดบ พบวาปจจยทมผลตอผลผลต หรอคณภาพของการหลอตวเรอนเครองประดบ โดยใชอลลอยดของเงน 3 ชนด มอย 3 ปจจย คอ มมของการขนชอ (Ingrate Angle) อณหภมเบา (Mold Temperature) และอณหภมเทน าโลหะ (Pouring Temperature) ซงอลลอยดชนดท 1, 2 และ 3 ควรใชมมของการขนชอ 55, 35 และ 35 องศา อณหภมเบา 463, 527 และ 513 องศาเซลเซยส และอณหภมเทน าโลหะ 942, 973 และ 1,066 องศาเซลเซยส ตามลาดบ ดษฎ มณสวรรณรตน (2547) ไดศกษาการพฒนาผลตภณฑทเรยนกวน ดวยแผนการทดลองแบบสวนผสม (Mixture design) โดยใชกลเซอรอลรวมกบไซลทอลเปนสวนผสม เพอปองกนหรอลดสาเหตททาใหเกดการเนาเสยของผลตภณฑทเรยนกวน ใหมอายการเกบรกษานานขน มความหวานแตแคลอรตาและปองกนหรอลดการเกดสคลาของผลตภณฑ โดยเกบตวอยางจากแตละสตรมาทา การตรวจสอบคณสมบต ทงนทเรยนกวนสตรดงกลาวมองคประกอบ คอทเรยนสด 1,000 กรม นาตาลทราย 10 กรม กลเซอรอล 10 กรม และไซลทอล 80 กรม สา หรบทเรยนกวนสตรท 6 มปรมาณจลนทรยทงหมด 1.5 x 103 CFU/g และไมมเชอราปรากฏใหเหนซงอยในระดบมาตรฐานผลตภณฑชมชนผลไมกวน สวนปรมาณแคลอรของทเรยนกวนสตรท 6 ลดลงจากเดมประมาณ 6% ตอมา อนสทธ อาไพบลย (2550) ไดทาการหาปจจยทเหมาะสมของการเชอมแบบอารคโลหะกาซคลม พบวาคาทเหมาะสมทสดของปจจยตางๆ คอ กระแสไฟฟา เทากบ 220 แอมป แรงดนไฟฟาเชอม เทากบ 30 โวลต ความเรวในการเชอม เทากบ 10 นวตอนาท มมหวเชอม เทากบ 75 องศาและแกส CO2 คลมแนวเชอม เทากบ 10 ลตรตอนาท ซงไดคาแรงดงสงสด คอ 8192 kgf .

และในป 2547 และ 2550 พบวา สมเกยรต จงประสทธพร ไดทาการวจยเกยวกบ การออกแบบการทดลองรวมกบบคคลทานอน ๆ อกหลาย ๆ ทาน ดงตอไปน สมเกยรต จงประสทธพร และปรญญา ศรสตยกล (2547) ไดทาการออกแบบและวเคราะหการทดลองเพอหาสภาวะ ทเหมาะสมของกระบวนการพมพตะกวบดกรพรอมหลอมละลายเคลอบแผนวงจร จากการศกษาพบวาปจจยทมผลกระทบตอการทดลองประกอบไปดวย อณหภมท 150 C, 165 C, 330 C

32

และความเรวรอบของสายพานท 80 cm/min และสมเกยรต จงประสทธพร วชรชย ภมรมทร และเอกพงศ สขม (2547) ยงไดทาการทดลองการศกษาสภาวะทเหมาะสมสาหรบการบดกรแผนวงจรอเลคทรอนคสดวยกระบวนการใชคลนน าโลหะเหลวโดยวธการออกแบบการทดลอง จากการวจยพบวาสภาวะเหมาะสมททาใหเกดจดบกพรองบนชนงานนอยทสดคอ แรงดนไฟฟาคลนชปท 35.5 Volt. มมเอยงของรางเลอนท 6.5 องศา และแรงดนไฟฟาสรางคลนแลมดาท 40 Volt. ปาณกา เสนาะดนตร และสมเกยรต จงประสทธพร (2550) ไดทาการทดลองเกยวกบการพฒนาประสทธภาพงานหลอเครองประดบดวยการออกแบบและวเคราะหผลการทดลอง กรณตวอยาง: โรงงานเครองประดบ พบวาปจจยทอาจสงผลตอการเกดผน โดยวธทากชซงใชอณหภมการหลอ 450-700°C เวลาอบเบา 16-41ชวโมง อณหภมน าโลหะ 965-1020°C มมเอยงชนงาน 30-60 องศา ขนาดทางเดนน าโลหะ1-2 เทา และเมอทาการทดลองเชงแฟคทอเรยลแบบ 32 เพอหาระดบปจจย ทเหมาะสมโดยวธพนผวตอบสนองพบวาระดบปจจยทเหมาะสมของอณหภมการหลอคอ 545 °C และปจจยทเหมาะสมของอณหภมนาโลหะคอ 900 °C

ในสวนของงานวจยตางประเทศทศกษาเกยวกบการออกแบบและวเคราะห การทดลองทางวศวกรรม พบวา Larrea M.A. et. al. (2004) ทาการออกแบบการทดลองหาสภาวะทเหมาะสมของเครองเอกซทรเดอรทมตอการผลตเนอสมโดยใชวธพนผวผลตอบ (Response Surface Methodology; RSM) ดวยการออกแบบสวนประสมกลาง (Central Composite Design; CCD) ซงกาหนดคาของตวแปรอสระ 3 ตวแปร ไดแก อณหภมของบารเรล (oc) ปรมาณความชนของวตถดบ (%) และความเรวรอบสกร (rpm) และพจารณาคาผลตอบทงหมด 5 ตวแปร ไดแก ปรมาณใยอาหารทละลายไมได (%) ปรมาณใยอาหารทละลายได (%) ปรมาณใยอาหารทงหมด (%) ปรมาณเพกตนทงหมด (%) และปรมาณเพกตนทละลายได (%) ในชวงเวลาถดมา Hsu-Hwa Chang (2008) ไดทาการศกษาการออกแบบระบบการจดการฐานขอมลเพอตอบสนองความตองการในหลาย ๆ ปจจย ดวยวธการออกแบบการทดลองของทากช (Taguchi) ในการออกแบบพารามเตอรทเกดขนพรอม ๆ กน ใหเหมาะสม เพอตอบสนองความตองการของผลตภณฑเปนเรองยาก เพราะตองพจารณาในเรองของระยะเวลา ตนทน และคณภาพของผลตภณฑ ทาใหตองหาวธการมาควบคมปจจยตาง ๆ โดยการออกแบบระบบการจดการฐานขอมลดวยวธการโครงขายประสาทเทยมเพอทาการจดลาดบขนตอนทแนนอนในการดาเนนงาน ดวยการจาลองสถานการณใหเสมอนจรงแลวกาหนดคาพารามเตอรตาง ๆ เพอใชในการประเมนผล พบวาการกาหนดคาพารามเตอรตาง ๆ ดวยคาสงสดและตาสดในแตละปจจยทาใหไดขอกาหนดทสามารถยอมรบได และในชวงเวลาเดยวกน B. Wahdame และคณะ (2008) ไดทาการวเคราะหการเตมเยอหมเซลลในสารประกอบโพลเมอรสาหรบทดสอบความทนทานภายใตสภาวะความชนขนตาดวยการจาลองขนตอนพฤตกรรม

33

โดยใชเทคนคการออกแบบการทดลอง จากการศกษาพบวาการเตมเยอหมเซลลของสารโพลเมอรภายใตสภาวะความชนขนตาระหวาง 1,000 ชวโมงมผลกบระยะเวลาในการเซตตวและความหนาของชนสวนประกอบเครองจกร เมอมการใชงานไปเปนเวลานาน

จากการศกษางานวจยทาใหทราบวาการออกแบบและวเคราะหการทดลอง ทางวศวกรรมสามารถชวยใหการดาเนนงานของผทาการวจยลดลง ไมวาจะเปนในเรองของระยะเวลา หรอคาใชจายอน ๆ ทเกยวของ ดงนน ทางผดาเนนการวจยจงไดมองเหนความสาคญของการออกแบบและวเคราะหการทดลองทางวศวกรรม โดยไดมการนาแนวความคดของทก ๆ คน ทไดกลาวถงมาใชเปนแนวทางในการดาเนนงานวจยน

2.13.3 การทบทวน บทความ เอกสารและผลงานวจยทเกยวของกบวสดผสม จากงานวจยในเรองของวสดผสมทาใหทราบวาในปจจบนไดมการพฒนา

คณสมบต ตาง ๆ ของวสดใหสามารถนามาผสมกน เพอใชประโยชนในการทดแทนวสดเดม ซงอาจเกดจากวสดเดมมราคาแพง หรอไมสามารถหามาใชงานได ทางผดาเนนการวจยไดทาการคนควางานวจยทเกยวของกบวสดผสม พบวา ศรพงษ พรรณแผว และคณะ (2548) ไดทาการทดลองหาสมบตของวสดผสมระหวางบอลดบกกบทลคมจากการเตรยมโดยกระบวนการผลตโลหะผสมเชงกล ทาใหทราบวา ผลทได�หลงจากผานการอดขนรปและอบผนกทอณหภม 900 C เวลา 60นาท คาความแขงของชนงานกอนและหลงการอบผนกจะเพมขนเมอเวลาในการบดผสมนานขน แตจะลดลงเมอเพมปรมาณทลคมและชนงานหลงการอบผนกมคาความแขงสงกวากอนอบผนกเลกนอย จากการทดสอบการสกหรอพบว�า การสกหรอจะเพมขนเมอปรมาณผงทลคมสงขนจาก5-15%เพราะวาเมอผสมผงทลคมมากขน การกระจายตวของผงทลคมในเนอบรอนซไม�ดทาใหอบผนกยาก ชนงานจงมความแขงแรงนอยกวาเมอผสมทลคมนอยกวา หลงจากนน M. Hasson, B. Batainned และ M. Abed (2008) ไดทาการศกษาถงผลกระทบของเวลาและอณหภมทมตอการเปลยนแปลงพฤตกรรมและความแขงแรงของวสดผสมอลมเนยมทลดลง 4 เปอรเซนตโดยน าหนกกบทองแดงโดยวธการออกแบบการทดลองจากการศกษาพบวา อณหภมคงทจะทาใหคาความแขงเพมขน 29.3% และเมอเวลาคงทจะทาใหคาความแขงเพมขนระหวาง 3.6% - 29.3% และเมอทงอณหภมและเวลามการเปลยนแปลงคาความแขงทเพมขนสงสดคอ 36.0%

จากการศกษางานวจยทาใหทราบวาในการพฒนาคณสมบตตาง ๆ ของวสดผสมนน ไดมการทดสอบเพอหาคาความเหมาะสมสาหรบการใชงานทตองการเพอใชประโยชนในการทดแทนวสดเดม ซงอาจเกดจากวสดเดมมราคาแพง หรอไมสามารถหามาใชงานได ดงนน ทางผดาเนนการวจยจงไดมองเหนความสาคญของการวสดผสม โดยไดมการนาแนวความคดของทก ๆ คนทไดกลาวถงมาใชเปนแนวทางในการดาเนนงานวจยน