การประชมวชาการทางวศวกรรมศาสตรมหาวทยาลยสงขลานครนทร ครงท 68-9 พฤษภาคม 2551

ชดขดลาง Anilox Roll แบบอตโนมตสำาหรบระบบการพมพกลองกระดาษลกฟกAutomatic Cleaning Equipment for Anilox Roll in Corrugated Carton

Printing System

สมชย สรยาภรณ 1 วรวธ วสทธเมธางกร 2* ปญญรกษ งามศรตระกล 3 สรรพปยะ รตนศร4

1 บรษทสยามบรรจภณฑสงขลา (1994) จำากด อ.รตภม จ.สงขลา 901802,3,4 ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร อ.หาดใหญ จ.สงขลา 90112

E-mail: worawut@me.psu.ac.th*

Somchai Serayaporn1, Worawut Wisutmethangoon2*, Panyarak Ngamsritragul3, Sanpiya Rattanasiri41 Thai Containers Songkhla (1994) Co. Ltd., Rattaphum, Songkhla 90180

2,3,4Department of Mechanical Engineering, Faculty of Engineering, Prince of Songkla University, Hat Yai, Songkhla 90112E-mail: worawut@me.psu.ac.th*

บทคดยอในกระบวนการผลตกลองกระดาษลกฟก จะมขนตอนการพมพสและลวดลาย โดยใชเครองพมพในระบบ Flexography ซงมสวนทเปนลกกลง Anilox Roll เปนหวใจของระบบน ซงทำาหนาทในการรบสและถายลงบนแมพมพยาง โดย Anilox Roll จะมหลมเซลลขนาดเลกจำานวนมากบนผวหนา ซงเมอใชงานไประยะหนงสจะแหงและแขงตวสะสมในหลมเซลล ทำาใหประสทธภาพการถายเทสของ Anilox Roll ลดลง จงตองมการหยดเครองจกรตามระยะเวลาทเหมาะสมเพอทำาความสะอาด Anilox Roll ทำาใหเสยเวลาในการผลต โครงงานนมวตถประสงคทจะออกแบบและสรางเครองขดลาง Anilox Roll โดยไมใชแรงงานคน และสามารถใชงานไดโดยไมกระทบกบเวลาในการผลต เครองขดลางทออกแบบใชมอเตอรเพยง 1 ตวในการขบใหแปรงขดลางหมนและเคลอนทไปตามแนวยาวของ Anilox Roll พรอมๆ กน ขณะท Anilox Roll หมนไปดวย แปรงจะเคลอนทไปกลบโดยอตโนมตเพอทำาการขดลางใหทวทงพนท จากการทดลองใชงานพบวาเครองขดลาง Anilox Roll นสามารถใชงานไดด คอทำาใหหลมเซลลสะอาดขนหลงจากการขดลางไป 1 ชวโมง โดยเสยเวลาในการตดตงและถอดเพยง 2 นาทคำาสำาคญ: ลกกลง Anilox, กลองกระดาษลกฟก, เครองขดลาง, Flexography

AbstractFlexography printing system is commonly used for printing image in corrugated container production. In such system the anilox roll, which is the heart of the system, is used to

convey the ink to the rubber printing plate. This is done by the fine engraved cells in its ceramic surface. These cells eventually filled with dried residual ink after each press run and degraded the printing quality. The anilox roll is, thus, needed to be cleaned to recover its effectiveness. Cleaning of anilox roll is usually done manually which also leads to machine downtime. In this study, an innovative automatic cleaning device was designed and fabricated to replace the function of human. A single motor is used to drive the device travelling back and forth along the axial direction of the anilox roll, and also rotate the cleaning brush at the same time. The anilox roll is kept rotating to ensure that the entire surface is cleaned thoroughly. The tests of the device in the actual anilox roll showed that it is able to effectively clean the roll within 1 hour and the time required to attach and detach the device is only 2 minutes. Keywords: Anilox roll, Corrugated carton, Cleaning device, Flexography

1. บทนำา เครองขดลาง Anilox Roll เปนเครองมอทสำาคญเพอชวยในการเพมประสทธภาพการทำางานของเครองพมพในระบบ Flexography โดยไมตองเสย Downtime ในการหยดเครองจกร ซงโดยปกตทวไปการทำางานของเครองพมพจะตองมการหยดเครองจกรตาม

687

ระยะเวลาทเหมาะสมเพอทำาความสะอาด Anilox Roll ทเปรยบเสมอนหวใจของการพมพ ในแตละครงทหยดทำาความสะอาดตองเสยเวลาไมตำากวา 2 ชวโมง, ตองใชคนจำานวน 2 คน รวมทงตองใชนำายาพเศษในการลางทำาความสะอาด ซงสงผลกระทบโดยตรงตอคนทปฏบตงานอย ตองมการใชเครองปองกนอนตรายสวนบคคลชวยในขณะปฏบตงาน ซงไดแก หนากาก และถงมอยาง การพมพในอตสาหกรรมผลตกลองกระดาษลกฟกทนยมอยางแ พ ร ห ล า ย เ ป น ร ะ บ บ Flexography เ ค ร อ ง พ ม พ (Printing Machine) ทใชจะประกอบดวย Printing Unit ซงมโครงสรางตามรปท 1

รปท 1: ผงแสดงการทำางานของระบบพมพกลองกระดาษลกฟก

สจะถกปมจายไปดานบนระหวางลกกลงสองตวคอ Rubber Roll และ Anilox Roll โดย Anilox Roll เปนลกกลงททำาหนาทเกบสและถายใหกบแม พมพ (Printing Plate) บนลกกลงแมพมพ (Printing Roll) เ พอพมพลงบนกระดาษลกฟก (Sheet Board) โดยม Impression Roll เปนตวรองรบ

Anilox Roll เปนลกกลงทมหลมเซลลขนาดเลกจำานวนมากบนผวหนา ซงเมอใชงานไประยะหนงสจะแหงและแขงตวสะสมในหลมเซลล ทำาใหประสทธภาพการถายเทสของ Anilox Roll ลดลง จงตองมการหยดเครองจกรตามระยะเวลาทเหมาะสมเพอทำาความสะอาด Anilox Roll ทำาใหเสยเวลาในการผลตโดยตองใชแรงงานคนในการขดลางและตองหยดการผลต ถา Anilox Roll ไมสะอาดจะทำาเกดปญหา คอ ภาพพมพทเกดขนไมสวยงาม มการเพยนของเฉดส หรอความคมชดของภาพลดลง

2. การขดลาง Anilox RollAnilox Roll (รปท 2) เปนลกกลงทเปรยบเสมอนหวใจในการ

พมพระบบ Flexography ซงโดยทวไปทำามาจากลกกลงเหลกทเคลอบผวดวย Ceramic และมการเจาะรหลมเซลลขนาดเลก (รปท 3)จำา นวนมาก (200 - 400 Line Per Inch – LPI) ดวยวธการ Laser Engrave หลมเซลลขนาดเลกนมหนาทในการอมส เพอสงผานตอไปยง Printing Plate และทำาการพมพลงบนกระดาษลกฟกตอไป

รปท 2: Anilox Roll

สทใชในการพมพนเปนชนด Water Based ซงสามารถลางทำาความสะอาดไดงายดวยนำา แตจะลางออกไดยากเมอทงไวจนสแขงตว ในการใชงาน Anilox Roll จงตองมการลางทำาความสะอาดอยางสมำาเสมอตลอดเวลา อกทงตองมการลางดวยนำายา Flexo Wash และ ใช แปรงชนด พ เศษ (Stainless Steel Brush) ข ดทำาความสะอาดดวยแรงงานคนจำานวน 2 คนครงละไมตำากวา 1 ชวโมงจนกวาหลมเซลลจะสะอาด (รปท 4 และ 5) ซงตองทำาเปนประจำาทกสปดาห ในการขดลางตองอาศยพนกงานทมความอดทนและละเอยดออน โดยตองคอยๆขดหมนวนแปรงเปนวงกลมซำา ๆครอบคลมพนทเลกๆ เพอใหสหลดออกจากหลมเซลล และตองทำาจนครอบคลมพนผวทงหมดของ Anilox Roll นอกจากนนำายา Flexo Wash ทใชเปนสารเคมทสามารถกดผว และเปนอนตรายตอผวหนงและระบบทางเดนหายใจได

รปท 4: รปแสดงการขดลาง Anilox Roll ดวยมอ

เนองจากความสะอาดของ Anilox Roll มผลตอคณภาพของการพมพ และการทำาความสะอาดโดยคนเปนงานทนาเบอหนายและตองสมผสกบสารเคมทอาจเปนอนตราย จงมแนวคดในการออกแบบเครองขดลาง Anilox Roll อตโนมตเพอทดแทนการทำางานดวยคนและลดการสญเสยเวลาในการผลต

Printing Unit Diagram

Rubber RollAnilox Roll

Printing Roll

Sheet Board

Impression Roll

InkCleaning Brush

รปท 3: ลกษณะของหลมเซลลบน Anilox Roll

688

3. การออกแบบและสรางเครองขดลาง Anilox Roll 3.1 ขอกำาหนดคณลกษณะ ในการออกแบบเครองขดลาง Anilox Roll ไดมการกำาหนดคณลกษณะเบองตนไวดงน

1) เครองขดลางนจะตองสามารถทำางานแทนคนไดอยางอตโนมต

2) ใชระบบตนกำาลงเพยงแหลงเดยว 3) แปรงขดสามารถเคลอนทไดในแนวแกนของ Anilox Roll

และสามารถหมนรอบตวเองไดในเวลาเดยวกน4) เวลาในการทำาความสะอาดในแตละครงตองไมเกน 60 นาท5) เวลาทใชในการตดตงและถอดออกตองตำากวา 5 นาท/ครง6) นำาหนกตองนอยกวา 40 kg

3.2 การออกแบบแนวคด ในการออกแบบแนวคด ไดแบงระบบออกเปนสวนตาง ๆ ไดแก ระบบขบ (Drive Unit) กลไกในการหมนของแปรง กลไกในการเคลอนทของแปรงตามแนวแกนของ Anilox Roll ชนดของแปรง และวธการตดตงเครองขดลางเขากบเครองพมพ จากการใช Decision matrix (รปท 6) สำาหรบระบบขบของเครองขดลางจะใช มอเตอรเกยรรวมกบ VSD (Variable Speed Drive) สวนกลไกการหมนแปรงไดเลอกใชระบบแรคและพนเนยน (Rack and Pinion) กลไกในการขบใหแปรงเคลอนทในแนวแกนไดเลอกใชระบบเกลยวนำา (Lead Screw) แปรงขดทเลอกใชจะเปนแปรงลวด Stainless และวธการในการตดตงเครองขดลางเขากบ Anilox Roll เลอกใชวธการแขวนและยดดวย Cap Screw 3.3 รปแบบของเครองขดลาง Anilox Roll หลงจากไดแนวคด และทำาการออกแบบในรายละเอยดทำาใหไดเครองขดลาง Anilox Roll ซงมลกษณะตาม รปท 7 และ 8

เครองขดลางประกอบดวยชดแปรงขดซงขบใหเคลอนทในแนวนอนดวยเพลาขบทเปนเกลยวนำา(Lead Screw) นอกจากนน การเคลอนทของชดแปรงขดยงสงผลใหเกดการหมนของแปรงขดโดยผานกลไกแรคและพนเนยน (Rack and Pinion) ดวย

รปท 5: ผปฏบตงานกำาลงขดลาง Anilox Roll ดวยมอ

รปท 7: ภาพโครงสรางของเครองขดลาง

รปท 8: ภาพแยกสวนของเครองขดลาง

: Good : Moderate : Inferiorรปท 6: Decision Matrix

Pneumatic MotorGear Motor+VSD MotorGear+VSD1.Cost2.Easy Operation3.Maintenance4.Durability5.Safety

Drive unitCriteria

Belt Gear Chain Electric Motor1.Cost2.Easy Operation3.Maintenance4.Durability5.Safety

CriteriaMechanism of Brush's Rotating

Timing Belt Lead Screw Chain Pneumatic Cyl.1.Cost2.Easy Operation3.Maintenance4.Durability5.Safety

Criteria Mechanism of Brush's Lateral Movement

Plastic Steel Brass Stainless Steel1.Durability2.Easy Operation3.Clean Effective4.Impact to Roll5.Cost

CriteriaMaterial of Cleaning Brush

Cap Screw Hex. Screw Magnetic Fix in machine1.Possibility2.Easy Operation3.Weight4.Set up time5.Safety

CriteriaInstallation and Set up Method

689

สวนวธการตดตงเครองขดลางเพอใชงาน ใชวธยดกบเครองพมพดวยการแขวนดวยตะขอ และขนใหแนนดวยสกร (Cap screw) อกครง

4. การทดสอบการใชงาน คณะผวจยไดทำา การตดต ง เค รองขดลาง ทส รางขนในเครองพมพ (รปท 9) เพอทดสอบการใชงาน และทำาการตรวจสอบผลดานการทำางาน และคณภาพของการทำางาน โดยใชทำาการขดลาง ลกกลง Anilox สปดาหละ 1 ครงๆ ละประมาณ 1 ชวโมง และไดทดลองใชงานมาแลวเปนเวลา 6 เดอน ในการตรวจสอบคณภาพการทำาความสะอาดไดดำาเนนการ 2 วธ คอ

1) ตรวจสอบโดยการดดวยกลองขยาย 400 เทา (รปท 10)2) ตรวจสอบดวยการวดปรมาตรของหลมเซลลโดยใช

Disposable Liquid Volume Tester สำาหรบลกกลง Anilox ของ Capatch (รปท 11)

รปท 12 แสดงใหเหนคณภาพผวลกกลง Anilox ในสภาพกอนทำาความสะอาด และหลงจากใชเครองขดลางทำาความสะอาดเปนเวลา 0.5 และ 1 ชวโมง จากรปดงกลาว จะเหนไดอยางชดเจนวา หลงจากขดลางไปแลวครงชวโมง หลมเซลลบางสวนเทานนทไดรบการขดลางสออกไปจนถงกนเซลล เมอทำาการขดลางตอไปจนครบหนงชวโมง เศษสตางๆ ไดถกกำาจดออกจากหลมเซลลทงหมด

จากการวดปรมาตรของหลมเซลลกอนและหลงทำาความสะอาดของเครองขดลาง พบวา กอนทำาความสะอาดหลมเซลลมปรมาตร 3.21 BCM/in2 (Billions of Cubic Micron per Square inch) และหลงการทำาความสะอาดแลวมปรมาตร 8.16 BCM/in2 ซงใกลเคยงกบปรมาตรเดมของหลมเซลล(8.5 BCM/in2) แสดงวา หลมเซลลไดรบการทำาความสะอาดอยางคอนขางทวถง

นอกจากคณภาพของการทำาความสะอาดทเปนทนาพอใจแลว เครองขดลางอตโนมตยงอำานวยประโยชนในเชงของการลดการใชคนสำาหรบการทำาความสะอาดดงกลาวจำานวน 2 คนตอเครอง ทำาใหสามารถประหยดคาใชจายในดานคาแรงงานลวงเวลาซงคดเปนรายจายทประหยดไดโดยตรงปละ 86,400 บาท และทำาใหเวลาทตองหยดเครองเพอการทำาความสะอาดในระหวางเวลาทำางานลดลงเดอนละ 720 นาทจากเดมทตองหยดเครองเดอนละ 3,272 นาท คดเปนเวลาทประหยดได 22% ผลจากการดงกลาว หากคดเปนรายไดในรปของโอกาสในเชงธรกจ(เครองจกรสามารถทำางานไดเพมขน) ทำาใหธรกจมรายไดทางออมอกประมาณปละ 864,000 บาทตอเครองพมพ 1 เครอง ซงสรปไดดงตารางในรปท 14 สำาหรบการตดตงและถอดเครองขดลางสามารถทำาไดงาย และใชเวลาเพยง 2 นาทเทานน

รปท 10: การตรวจสอบดวยกลองขยาย 400 เทา

รปท 11: การวดปรมาตรของหลมเซลล

รปท 12: ผลการทำาความสะอาดหลมเซลลดวยเครองขดลางแถวบน: ซาย กอนทำาความสะอาด ขวา หลงจากขดครงชวโมงแถวลาง: หลงขดลางเปนเวลาหนงชวโมง (ดานซาย กลาง และขวาของลกกลง Anilox ตามลำาดบจากซายไปขวา)

รปท 9: เครองขดลางทตดตงเขากบเครองพมพ

รปท 13: ปรมาตรของหลมเซลลกอน(ซาย)และหลง(ขวา)การขดลาง

690

รปท 14: ผลประโยชนทไดจากการใชเครองขดลางอตโนมต

5. สรป1) คณะผวจยไดออกแบบและประดษฐเครองขดลางอตโนมต

สำาหรบทำาความสะอาดลกกลง Anilox ตามคณลกษณะทตองการ โดยใชเวลาในการตดตงและถอดเพยง 2 นาท

2) เครองขดลางอตโนมตทประดษฐขน สามารถชวยลดเวลาการหยดเครองพมพเพอทำาความสะอาดลกกลง Anilox ลงไดเปนศนย ทำาใหเครองจกรมเวลาในการเดนเครองจกรมากขน 720 นาทตอเดอน คดเปนการประหยดรายจายโดยตรงได 86,400 บาทตอปตอเครองพมพ

3) เครองขดลางอตโนมตทประดษฐขน สามารถชวยลดคนทตองใชในการขดลางลกกลง Anilox และลดความเสยงของคนในการสมผสกบสารเคมทใชทำาความสะอาดลกกลง

กตตกรรมประกาศ ขอขอบคณบรษทสยามบรรจภณฑสงขลา (1994) จำากด และภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทรทใหการการสนบสนนงานวจยนจนประสบความสำาเรจเปนอยางด

เอกสารอางอง[1] Flexo Research Group, Anilox Cleaning Expert

Webpage, http://www.flexoresearch.com/default.asp, 2007.

[2] Peter R.N. Childs, Mechanical Design (Second edition), Elsevier Ltd., 2003.

[3] S. S. Rattan, Theory of Machines, 2e, McGraw-Hill, India, 2005.

Cleaning Time

Direct Profit Indirect ProfitShutdown

Loss

Decrease720

Min/month/Machine

Increase 86,400

Baht/Year/Machine

Increase 864,000

Baht/Year/Machine

Decrease22.0 %

691