หลักการเลือกวัสดุมาใช้งาน

ปฏิเสธ ไม่ได้เลยว่าวิวัฒนาการในการออกแบบในปัจจุบันมีความทันสมัยมาก เราจะเห็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่ถูกผลิตออกมามีรูปลักษณ์ที่น่าหยิบใช้และมีความสวยงาม นอกจากรูปลักษณ์ที่แปลกใหม่แล้ว วัสดุที่ถูกนำมาผลิตนั้นก็มีหลากหลายด้วยเช่นกัน ในการเลือกใช้วัสดุเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งานนั้นจำเป็นต้องศึกษา หรือพิจารณาจากคุณสมบัติของวัสดุนั้นๆ ให้ตรงกับงานที่จะออกแบบ หรือการนำวัสดุต่างๆ ที่มีความสามารถในแต่ละด้านมาพัฒนาให้เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ที่เหมาะสมกับการใช้ งานมากที่สุด ซึ่งการที่จะทราบถึงความเหมาะสมกับการใช้งานได้นั้น อาจจะต้องมีการวิเคราะห์จากโปรแกรมหรือการทดสอบชิ้นงานจริงจากศูนย์ทดสอบ ซึ่งในปัจจุบันถือว่าเป็นเรื่องง่ายที่จะเข้าถึง โดยเฉพาะกับการทดสอบหรือวิเคราะห์ผ่านโปรแกรม ซึ่งโปรแกรม SolidWorks Simulation เป็นทางเลือกที่นิยมใช้กันมากที่สุด

การเลือกวัสดุให้เหมาะสมกับผลิตภัณฑ์นั้นมีความสำคัญมาก ไม่แปลกที่เราจะเห็นผลิตภัณฑ์ที่เป็นแบบเดียวกัน แต่ใช้วัสดุต่างชนิดกันในการผลิต เช่น กระทะ ไม่ว่าจะเป็นกระทะอะลูมีเนียม กระทะสเตนเลส และกระทะทองเหลือง หลายท่านอาจสงสัยว่า “แล้วจะเลือกใช้กระทะแบบใดให้ตรงกับลักษณะการใช้งาน” ซึ่งโปรแกรม SolidWorks Simulation สามารถตอบโจทย์เหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย

เราจะทราบได้อย่างไร ว่าวัสดุชนิดใดมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อน (Thermal Analysis) ได้ดีที่สุด?

       ก่อนที่เราจะทำการวิเคราะห์ สิ่งสำคัญที่ขาดไม่ได้เลย ก็คือการกำหนดวัสดุ (Material) ของชิ้นงานนั้น ให้ตรงเสียก่อน ส่วนการกำหนดวัสดุ (Material) ใน SolidWorks นั้นง่ายมากครับ เพียงแค่เราเลือกชนิดของวัสดุ ซึ่งในแต่ละวัสดุใน SolidWorks จะมีค่า Property ต่างๆ ที่จะนำไปใช้ในงานวิเคราะห์อย่างครบถ้วนแล้วครับ

ตัวอย่าง วัสดุ (Material) ที่จะนำมาทำการวิเคราะห์ ซึ่งจะประกอบไปด้วย

1. Stainless Steel
2. Copper
3. Aluminum

 ข้อมูลเพิ่มเติม ในส่วนของวิธีการสร้าง Material เพิ่มใน SolidWorks สามารถดูวิธีการสร้างตามลิ้งค์ได้เลยครับ
http://www.solidworksthai.com/default/?module=tips-tricks&action=view&id=1639

 หากลองนำโปรแกรม SolidWorks Simulation มาช่วยในการวิเคราะห์เริ่มจาก “กระทะสเตนเลส”

       ผลการวิเคราะห์จะเห็นว่าการกระจายตัวของความร้อนจะอยู่บริเวณตรงกลาง ส่วนบริเวณรอบๆ ของกระทะนั้นมีอุณหภูมิที่เย็น ส่งผลให้การปรุงอาหารสุกไม่เท่ากัน ข้อดีของภาชนะสเตนเลสคือ มีความแข็งแรงทนทาน ด้ามจับไม่ร้อน แต่ก็มีข้อเสียคือกระทะร้อนช้า และไม่เก็บกักความร้อน

จากนั้นลองนำ “กระทะทองแดง/ทองเหลือง” มาวิเคราะห์กันต่อเลย

       ผลการวิเคราะห์จะเห็นว่าความร้อนมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอทั่วทั้งผิว ภาชนะ ส่งผลให้การปรุงอาหารนั้นสุกเท่ากัน และความร้อนของภาชนะส่งผลให้มือจับ/ด้าบจับของภาชนะร้อนไปด้วย ข้อดีของภาชนะทองแดง/ทองเหลืองคือ เปลี่ยนอุณหภูมิได้อย่างรวดเร็ว จึงสามารถควบคุมความสุกของอาหารได้อย่างแม่นยำ แต่ข้อเสียคือ ทองแดง/ทองเหลืองเป็นโลหะที่ละลายง่ายเมื่อถูกนำมาเป็นภาชนะสำหรับการปรุง อาหาร จึงมีความเป็นไปได้สูงที่ทองแดงจะปะปนมากับอาหาร

และเมื่อนำ “ภาชนะอะลูมิเนียม” มาทำการวิเคราะห์

       จะเห็นว่าความร้อนมีการกระจายตัวอย่างรวดเร็วมากกว่าผิวทั้งหมดของภาชนะ ทำให้มือจับ/ด้ามจับร้อน สำหรับการปรุงอาหารนั้นส่งผลให้อาหารสุกอย่างสม่ำเสมอ ข้อดีของภาชนะอะลูมิเนียมคือ ร้อนเร็ว แต่ข้อเสียคือไม่แข็งแรงเท่ากับวัสดุชนิดอื่น เป็นเหตุให้เกิดรอยขีดข่วนหรือบิดเบี้ยวได้ง่าย

       จากการใช้โปรแกรม SolidWorks Simulation เป็นตัวช่วยในการวิเคราะห์ จะเห็นได้ว่าวัสดุแต่ละชนิดมีคุณสมบัติที่เหมาะสมกับการใช้งานที่ต่างกัน เป็นไปได้หรือไม่ หากนำวัสดุทั้ง 3 ชิ้นนั้นมารวมกันแล้วผลิตเป็นกระทะ จะมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อน (Thermal Analysis) อย่างไร

       เมื่อนำทองแดง อะลูมิเนียม และสเตนเลสมาวิเคราะห์รวมกัน จะเห็นได้ว่าความร้อนมีการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ ไม่พบปัญหาในเรื่องของความร้อนที่เกิดขึ้นบริเวณมือจับ/ด้ามจับ ภาชนะมีความแข็งแรง คงทน ซึ่งมีคุณสมบัติในการถ่ายเทความร้อนดีที่สุด

       บทบาทของการออกแบบผลิตภัณฑ์ การเลือกใช้วัสดุมีความสำคัญมาก วัสดุต่างๆ มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ไม่ว่าจะเป็นในเรื่องของการถ่ายเทความร้อน ความแข็งแรง ความต้านทานทางไฟฟ้า ความยืดหยุ่นฯ ซึ่งโปรแกรม SolidWorks มีวัสดุ ( Material) ที่หลากหลายและเป็นมาตรฐาน ตอบสนองทุกการออกแบบ อีกทั้งยังมีฟังก์ชั่นต่างๆ ที่เป็นประโยชน์อย่างมาก ช่วยลดข้อผิดพลาดของการออกแบบ ทำให้ผลิตภัณฑ์มีคุณภาพ และยังสามารลดต้นทุนในการผลิตได้อีกด้วย

สนใจทดลองใช้โปรแกรม SolidWorks Simulation หรือดูข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ : https://www.applicadthai.com/solidworks-simulation/

Article : ธนทรัพย์ ปิยะมณีธนา