เครื่องเป่าขวด (EBM / ISBM)
เครื่องที่ทำ parison หรือ preform แล้วใช้ลมเป่าให้แนบแม่พิมพ์

ภาพรวมเครื่อง

เครื่องเป่าแบบ EBM (extrusion blow molding) มี 4 กลุ่มงาน กลุ่มแรกคือหน่วยรีดที่หลอมเม็ด กลุ่มที่สองคือหัวดายที่ขึ้นรูป parison และคุมความหนาผนัง กลุ่มที่สามคือหน่วยแม่พิมพ์ที่ปิดหนีบ เป่า และหล่อเย็น กลุ่มสุดท้ายคือปลายสายที่ตัดครีบ ตรวจรั่ว และส่งขวดออก ทุกกลุ่มต้องเดินในจังหวะเดียวกัน หน่วยไหนช้า ทั้งเครื่องช้าตาม

เครื่อง ISBM (injection stretch blow molding) ไม่มีหัวดาย parison แต่มีหน่วยฉีด preform (แบบขั้นเดียว) หรือเตาอุ่น preform (แบบสองขั้น) ก้านยืด และระบบลมแรงดันสูง ภาพด้านล่างเป็นเครื่อง EBM แบบ shuttle ซึ่งพบมากในโรงงานขวด HDPE ส่วนหน่วยของ ISBM อยู่ในตารางที่ 5

1. ชุดป้อนเม็ดและเครื่องผสม (hopper + dosing unit) — ป้อนเม็ดใหม่ regrind และ masterbatch ตามสัดส่วน
2. มอเตอร์และเกียร์ (drive + gearbox) — หมุนสกรูด้วยแรงบิดและรอบที่คงที่
3. สกรู กระบอก และฮีตเตอร์ (screw, barrel, heater bands) — หลอม ผสม และสูบพลาสติกหลอมด้วยอัตราคงที่
4. หัวดาย (parison head / crosshead) — เปลี่ยนทิศการไหลและกระจายพลาสติกหลอมรอบแกนเป็นท่อกลวง
5. ตัวปรับช่องดาย (servo die-gap actuator) — ขยับแกนหรือ bushing ตาม parison program
6. Parison — ท่อพลาสติกหลอมที่ห้อยรอแม่พิมพ์ปิด
7. มีดตัด parison (parison cutter / knife) — ตัด parison ออกจากหัวดายหลังแม่พิมพ์ปิด
8. แม่พิมพ์ ชุดปิด และรางเลื่อน (mould, clamp, carriage) — หนีบ pinch-off ปิดแน่นระหว่างเป่า และพาแม่พิมพ์ไปสถานีเป่า
9. แท่งเป่าหรือเข็มเป่า (blow pin / needle) — อัดลมเข้า parison และคุมขนาดปากขวด
10. สถานีตัดครีบ (deflashing / trimming) — ตัดครีบคอ ก้น และรูหูจับ ส่งเศษไปเครื่องบด
11. เครื่องตรวจรั่ว (leak tester) — อัดลมแล้ววัดแรงดันตก คัดขวดรั่วออก
12. สายพานส่งออก (take-out conveyor) — รับขวดจากเครื่องไปบรรจุ

ส่วนประกอบทีละหน่วย

ตารางแต่ละหน่วยมี 4 คอลัมน์ ใช้ได้ทั้งตอนเทียบใบเสนอราคา ตอนตรวจรับเครื่อง และตอนหาสาเหตุเมื่อขวดเริ่มเพี้ยน

1. หน่วยรีด (extruder)

หน่วยรีดของเครื่องเป่าเป็นเครื่องรีดสกรูเดี่ยว (single-screw) แบบเดียวกับสายรีดทั่วไป ต่างกันที่ปลายทาง งานเป่าต้องการพลาสติกหลอมที่อุณหภูมิต่ำพอและนิ่ง เพราะ parison ต้องรับน้ำหนักตัวเอง ร้อนเกินไปเล็กน้อย parison ก็ย้อย ผนังด้านบนบาง

2. หัวดายและ parison programming

หัวดายคือหัวใจของเครื่อง EBM หัวแบบ crosshead รับพลาสติกหลอมจากด้านข้าง แล้วกระจายรอบแกน (mandrel) ให้ออกเป็นท่อที่ผนังเท่ากันรอบวง ช่องระหว่างแกนกับ die bushing ที่ปากดายเรียกว่าช่องดาย (die gap) ช่องนี้กำหนดความหนาผนัง parison

Parison programming คือการขยับช่องดายระหว่างรีด ให้ parison หนาขึ้นตรงช่วงที่จะถูกยืดมาก เช่น ไหล่ มุม และหูจับ แล้วบางลงตรงช่วงที่ยืดน้อย ตัวควบคุมแบ่งความยาว parison เป็นจุด (points) ตั้งค่าช่องดายได้ทีละจุด ยิ่งมีจุดมาก ยิ่งปรับละเอียด เครื่องรุ่นใหม่ใช้ servo ไฮดรอลิกหรือไฟฟ้าขยับแกนหรือ bushing บางเครื่องมีระบบปรับความหนาเฉพาะด้าน (partial wall thickness control) สำหรับขวดที่ไม่กลม

3. หน่วยแม่พิมพ์และระบบปิด (mould, clamp, carriage)

หน่วยนี้รับ parison ปิดหนีบ แล้วค้างแม่พิมพ์ให้ปิดแน่นตลอดช่วงเป่าและหล่อเย็น เครื่องแบบ shuttle เลื่อนแม่พิมพ์เข้าใต้หัวดาย รับ parison แล้วกลับไปสถานีเป่า เครื่องสองสถานี (double station) มีแม่พิมพ์สองชุดสลับกันรับ parison ส่วนเครื่องแบบวงล้อ (rotary wheel) มีแม่พิมพ์หลายชุดบนวงล้อที่หมุนผ่านหัวดายต่อเนื่อง ใช้กับงานปริมาณมาก

4. ปลายสาย (downstream)

ส่วนนี้มักถูกมองข้ามตอนซื้อเครื่อง แต่เป็นตัวกำหนดว่าขวดที่ส่งให้ลูกค้าได้จริงมีกี่ใบ และครีบกลับเข้า hopper ในสภาพไหน

5. เครื่อง ISBM: หน่วยที่ต่างออกไป

ISBM ไม่มี parison แต่ใช้ preform ที่ฉีดขึ้นรูปไว้ แบบขั้นเดียว (1-step) ฉีด preform ปรับอุณหภูมิ และเป่าในเครื่องเดียว โดยใช้ความร้อนที่เหลือจากการฉีด แบบสองขั้น (2-step) ฉีดหรือซื้อ preform ไว้ก่อน แล้วนำเข้าเครื่องเป่าที่มีเตาอุ่น ทั้งสองแบบต้องมีก้านยืดและลมสองระดับ ส่วนการอบเม็ด PET ให้แห้งก่อนฉีดเป็นงานของอุปกรณ์เสริม

ประเภทของเครื่อง

ตารางนี้เทียบแบบหลักที่พบในโรงงาน ข้อดีข้อเสียเป็นแบบเทียบกันเอง ไม่ใช่ตัวเลขสมรรถนะ

เลือกขนาดเครื่องอย่างไร

อย่าเริ่มจากชื่อรุ่นหรือขนาดสกรู ให้เริ่มจากขวดและปริมาณที่ต้องการต่อชั่วโมง แล้วไล่ย้อนกลับไปที่เครื่องทีละหน่วย

1. เริ่มจากชิ้นงาน ปริมาตร น้ำหนัก ความสูง ความกว้างสุด หูจับ วัสดุ และปริมาณต่อปี ข้อมูลชุดนี้ตัดสินว่าใช้ EBM หรือ ISBM หัวต่อเนื่องหรือหัวสะสม และกี่ cavity
2. คิดปริมาณออกของเครื่องรีด ปริมาณที่ต้องการ (kg/h) = (น้ำหนักขวด + น้ำหนักครีบ) × จำนวน cavity × จำนวนรอบต่อชั่วโมง ให้ชั่งครีบจริงจากแม่พิมพ์ทดลอง เพราะงาน EBM มีครีบเป็นสัดส่วนที่มีนัยสำคัญ แล้วเลือกเครื่องรีดที่ทำปริมาณนี้ได้ที่อุณหภูมิหลอมต่ำพอสำหรับเกรดเป่า ไม่ใช่ที่รอบสกรูสูงสุด
3. ขนาดหัวดาย เส้นผ่านศูนย์กลาง parison สัมพันธ์กับขนาดขวดผ่านอัตราขยายตอนเป่า (blow-up ratio = ความกว้างสุดของขวด ÷ เส้นผ่านศูนย์กลาง parison) งาน EBM ทั่วไปมักอยู่ราว 2:1 ถึง 4:1 อัตรายิ่งสูง มุมและขอบยิ่งบาง ขวดที่มีหูจับต้องเลือกขนาดดายให้ parison คลุมช่วงหูจับได้
4. หัวต่อเนื่องหรือหัวสะสม ถ้า parison ยาวและหนักจนห้อยนานแล้วย้อย ให้ใช้หัวสะสมที่ดัน parison ออกเร็ว ความจุห้องสะสมต้องมากกว่าน้ำหนัก shot (ขวดรวมครีบ) แต่ไม่ควรใหญ่เกินไปมาก เพราะเนื้อจะค้างนาน
5. แรงปิดแม่พิมพ์ แรงปิดต้องมากกว่าแรงที่ลมดันแม่พิมพ์ให้แยก บวกแรงที่ใช้หนีบ pinch-off แรงจากลม = แรงดันลมเป่า × พื้นที่ภาพฉายของขวดบนแนวประกบแม่พิมพ์ ตัวอย่างการแปลงหน่วย: 6 bar = 0.6 N/mm² ถ้าพื้นที่ภาพฉาย 1,000 cm² (100,000 mm²) แรงจากลมคือ 60 kN หรือราว 6 ตัน ยังไม่รวมแรงหนีบ pinch-off ซึ่งขึ้นกับความยาวรอยหนีบและความหนา parison ตัวเลขนี้ให้ผู้ผลิตเครื่องหรือผู้ทำแม่พิมพ์ยืนยัน
6. ขนาด platen และระยะเปิด แม่พิมพ์ทุก cavity ต้องวางบน platen ได้ ระยะเปิดต้องพอปลดขวดที่ลึกที่สุด และระยะจากหัวดายถึงแม่พิมพ์ต้องพอกับความยาว parison
7. ลมอัด EBM มักเป่าที่ราว 3–10 bar ส่วน ISBM ใช้ pre-blow ราว 5–12 bar และลมแรงดันสูงราว 25–40 bar ปริมาณลมต่อรอบประมาณได้จากปริมาตรขวดทุก cavity รวมช่องว่างในท่อลม คูณอัตราส่วนแรงดันสัมบูรณ์ต่อความดันบรรยากาศ ใช้ตัวเลขนี้ตรวจขนาดคอมเพรสเซอร์และถังพักลม
8. ความสามารถหล่อเย็น ความร้อนที่ chiller ต้องดึงออกขึ้นกับปริมาณพลาสติกต่อชั่วโมงและช่วงอุณหภูมิที่ต้องลด HDPE มีผลึกมาก จึงต้องดึงความร้อนแฝงจากการตกผลึกออกด้วย การหล่อเย็นมักเป็นขั้นที่ยาวที่สุดของรอบ ให้ผู้ผลิตเครื่องคำนวณขนาด chiller จากขวดจริง

ค่าอ้างอิงทั่วไป ต้องยืนยันกับผู้ผลิตเครื่องและ TDS

จุดตรวจบำรุงรักษา

ความถี่ในตารางเป็นจุดเริ่มต้น ให้ปรับตามคู่มือผู้ผลิตเครื่อง ชั่วโมงเดินเครื่อง และวัตถุดิบ งานที่ใช้ regrind หรือ PCR มากมักต้องตรวจตะแกรงและหัวดายถี่กว่านี้

การเติม masterbatch และสารเติมแต่งบนเครื่องนี้

บนเครื่อง EBM masterbatch เข้าที่คอ hopper ของเครื่องรีด ผ่านชุดผสมที่ติดบน hopper เครื่องรีดงานเป่าเป็นสกรูเดี่ยว ผสมได้จำกัดกว่าเครื่องคอมพาวด์สกรูคู่มาก ความสม่ำเสมอของสีจึงขึ้นกับ 3 เรื่อง คือ carrier ของ MB หลอมได้ใกล้เคียงเม็ดหลัก สกรูมี mixing section และสัดส่วนป้อนนิ่ง บนเครื่อง ISBM สารเติมเข้าที่หน่วยฉีด preform เพราะขั้นเป่าไม่มีการหลอมใหม่

• Regrind จากครีบวนกลับ ครีบที่บดแล้วมีสีและสารเติมอยู่แล้ว ให้คิด let-down จากส่วนเม็ดใหม่ และคุมสัดส่วน regrind ให้คงที่ ไม่งั้นสีและระดับสารในขวดจะแกว่งตามปริมาณครีบ
• ลายสีบนขวด ถ้าสีเป็นริ้วตามแนวยาว ให้ดูการป้อนและการผสมก่อนโทษ MB ดู ลายสี (color streaks)
• จุดดำและเจล มักมาจากเนื้อที่ค้างเสื่อมในหัวดายหรือห้องสะสม หรือตะแกรงขาด มากกว่ามาจาก MB ดู จุดดำ (black specks) และ เจล (gels)
• ผิวขรุขระแบบหนังฉลาม (sharkskin) เกิดเมื่อแรงเฉือนที่ปากดายสูงเกิน processing aid (PPA) ช่วยได้ แต่ต้องตรวจอุณหภูมิและสภาพปากดายก่อน ดู melt fracture
• UV สำหรับ jerry can ถังเก็บน้ำ และถังสารเคมีที่ตั้งกลางแจ้ง ดู พลาสติกกรอบแตกกลางแดด
• Antistatic สำหรับขวดที่ดูดฝุ่นบนชั้นวาง ดู ชิ้นงานฝุ่นเกาะ
• ต้นทุนต่อขวดดี คิดรวมของเสียและ regrind ด้วย เครื่องคิด cost-in-use

ปัญหาที่มาจากเครื่อง สารเติมแต่งแก้ไม่ได้ เช่น สกรูสึกจนหลอมไม่หมด ปากดายเป็นรอย ช่องดายไม่ได้ศูนย์ ขอบ pinch-off สึก หรือช่องน้ำในแม่พิมพ์ตัน ต้องซ่อมที่เครื่องก่อน แล้วค่อยปรับสูตร ACS ออกแบบสูตร masterbatch ให้เข้ากับเม็ดหลักและเครื่องของผู้ใช้ ถ้าไม่แน่ใจว่าปัญหาอยู่ฝั่งไหน ส่งรูปขวดมาคุยได้

ลิงก์ไปบทความกระบวนการ

อยากเข้าใจรอบการเป่า ตัวแปรที่ต้องคุม และเกรดเม็ดที่ใช้ในมุมกระบวนการ อ่าน การเป่า (Blow molding) ส่วนอาการเสียที่เกี่ยวกับเครื่องเป่าโดยตรง ดู melt fracture · เจล · จุดดำ · ลายสี