ข้อจำกัดทางอากาศพลศาสตร์ในการพ่นสีพื้นที่ซับซ้อน: กรณีศึกษาโครงสร้างโค้งรัศมีแปรผัน

 

ในงานอุตสาหกรรมสมัยใหม่ การพ่นสีบนพื้นผิวที่มีความซับซ้อน เช่น โครงสร้างโค้งหลายระดับ คานโค้งรับน้ำหนัก บริเวณโค้งต่อเนื่องในงานยานยนต์ หรือพื้นผิวโค้งเว้าของชิ้นส่วนอากาศยาน เป็นความท้าทายที่ต้องใช้ความรู้เชิงพลศาสตร์ของไหลเข้ามาวิเคราะห์อย่างละเอียด ไม่ว่าจะเป็นการพ่นด้วยระบบ Airless, HVLP, Air-assisted หรือ Robotic Spray Coating ปัจจัยอากาศพลศาสตร์จำนวนมากถูกนำมาพิจารณา ไม่ว่าจะเป็นความเร็วลม ทิศการปะทะ การไหลเวียนภายในบริเวณโค้ง ไปจนถึงรูปแบบการแตกตัวของละอองสีที่เปลี่ยนไปตามเรขาคณิตของผิวงาน

หนึ่งในปัญหาสำคัญที่พบบ่อย คือ การกระจายตัวของละอองสีที่ไม่สม่ำเสมอในพื้นที่ที่มีรัศมีโค้งแปรผัน (Variable-radius Curved Surfaces) เนื่องจากกระบวนการที่ละอองสีเคลื่อนที่ผ่านกระแสอากาศจะเกิดรูปแบบความไม่เสถียรที่แตกต่างกันตามองศาโค้ง อัตราการโค้ง และการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องของเรขาคณิตผิว ส่งผลให้เกิดปัญหา เช่น ความหนาฟิล์มไม่สม่ำเสมอ, Overspray สูงผิดปกติ, การกระแทกย้อนกลับของลม (Backflow) และการสูญเสียสีโดยไม่จำเป็น

1. ลักษณะเฉพาะของโครงสร้างโค้งรัศมีแปรผัน

โครงสร้างไม่ราบเรียบ โดยเฉพาะโครงสร้างที่มีรัศมีโค้งเปลี่ยนแปลงตลอดแนว เช่น

โครงสร้างหน้ารถยนต์

ปีกและส่วนต่ออากาศยาน

กระจกวงโค้ง

ท่อหรือท่อดักท์ที่มีการขยาย–หดตัว

เฟอร์นิเจอร์รูปทรงอิสระแบบ Freeform

ชิ้นส่วนทางสถาปัตยกรรมโค้งหลายระดับ

มีการไหลของอากาศที่ไม่เสถียรโดยธรรมชาติ เมื่อผสมกับละอองสีที่มีแรงเฉื่อยต่ำ ทำให้เกิดการเบี่ยงเบนของทิศทาง (Drift) และความแปรปรวนของความเร็วหยดสี เมื่อละอองสีพุ่งผ่านสนามไหลที่โค้งแปรผัน ความปั่นป่วนเฉพาะจุด (Local Turbulence) จะเปลี่ยนรูปแบบอย่างรวดเร็ว

ดังนั้น การพ่นในบริเวณนี้ต้องอาศัยความเข้าใจทั้งเรื่อง เรขาคณิตพื้นผิว และ อากาศพลศาสตร์เชิงคอมเพล็กซ์ ควบคู่กัน

2. ข้อจำกัดทางอากาศพลศาสตร์ที่สำคัญ

2.1 การเบี่ยงเบนของลมตามแนวโค้ง (Curvature-induced Airflow Deflection)

เมื่อกระแสอากาศเคลื่อนที่ผ่านพื้นผิวโค้งที่รัศมีเปลี่ยนแปลง ความดันและความเร็วจะปรับตัวตามเรขาคณิตพื้นผิว เกิดลักษณะการไหลแบบ:

เร่งตัว (Acceleration) บริเวณส่วนโค้งแคบ

ชะลอตัว (Deceleration) บริเวณรัศมีใหญ่

การแยกตัวของชั้นขอบเขต (Boundary Layer Separation)

การไหลลักษณะนี้ทำให้ลมที่พ่นออกจากหัวฉีดถูกเบนทิศทางในระดับไมโคร วินาที เกิดเป็นขั้นตอนที่ยากต่อการควบคุมและทำให้หยดสีไม่ตกลงบนพื้นผิวอย่างเท่ากัน

2.2 การสะสมตัวของไหลย้อนกลับ (Backflow & Recirculation Zones)

บริเวณโค้งเว้า (Concave) หรือบริเวณคอคอดของโครงสร้างมักเกิดบริเวณหมุนวนของอากาศ (Vortices) เมื่อหัวฉีดพ่นละอองเข้าไป ละอองสีบางส่วนจะโดนลมหมุนย้อนกลับ ทำให้เกิด:

การเกาะตัวหนาเป็นหยดใหญ่

การย้อนกลับมาติดหัวฉีด

การสูญเสียสีสูง

ฟิล์มกระจายตัวไม่สม่ำเสมอ

กรณีนี้พบชัดในงานพ่นท่อวงโค้ง หรือพ่นชิ้นส่วนอากาศยานที่มีส่วนเว้า

2.3 การเร่งตัวของกระแสอากาศในช่องแคบ (Venturi-like Effect)

ในพื้นที่ที่รัศมีโค้งแคบลงกะทันหันความเร็วอากาศจะเพิ่มขึ้นคล้ายท่อเวนจูรี ผลคือ:

ละอองสีถูกพัดผ่านพื้นผิวโดยไม่ทันเกาะตัว

เกิด Overspray มากขึ้น

ความหนาฟิล์มบางกว่าที่คำนวณไว้

สถานการณ์นี้พบได้บ่อยในการพ่นโครงเหล็กคานโค้งและรอยต่อของแผ่นโค้ง

2.4 การสูญเสียโมเมนตัมของละอองสี (Droplet Momentum Loss)

ละอองสีที่มีโมเมนตัมต่ำจะอ่อนไหวต่อความปั่นป่วนและการหมุนวนของลมมากกว่า ยิ่งโค้งมีรัศมีแปรผันสูง ละอองสีเล็ก (Low-inertia droplets) จะหลุดทิศทางง่ายขึ้น ทำให้ไม่สามารถตกลงบนผิวตามแนวที่ตั้งใจไว้

2.5 ความไม่สม่ำเสมอของระยะหัวฉีด–พื้นผิว (Variable Stand-off Distance)

โครงสร้างโค้งทำให้ระยะระหว่างหัวพ่นและผิวงานเปลี่ยนตลอดเวลา ส่งผลต่อ:

การแตกตัวของละออง

ความเร็วตกกระทบ

อัตราการซึมของฟิล์ม

ความหนาความเงาของสี

เทคโนโลยีสมัยใหม่จึงพัฒนาให้หุ่นยนต์ติดเซนเซอร์เพื่อคงระยะฉีดให้คงที่ แต่ยังไม่สามารถแก้ปัญหาการไหลเวียนที่ไม่เสถียรได้ทั้งหมด

3. กลไกทางพลศาสตร์ของไหลที่เกี่ยวข้อง

3.1 Boundary Layer Effects

พื้นผิวโค้งทำให้ขอบเขตการไหล (Boundary Layer) เกิดการเร่งตัว–ชะลอตัวผิดปกติ ทำให้ละอองเข้าสู่ภาวะ:

• ถูกยกตัวออกจากพื้นผิว
• ตกไม่ถึงบริเวณเป้าหมาย
• เกิดการรวมตัวเป็นหยด (Coalescence)

3.2 Turbulence Amplification

การเปลี่ยนรูปเรขาคณิตกะทันหัน สนามความปั่นป่วนจะสูงขึ้น ทำให้:

• ละอองแตกเพิ่มแม้หลังการเกิด Secondary Breakup
• เส้นทางละอองไม่คงที่
• คุณภาพฟิล์มสีสวิงสูง

3.3 Low-Pressure Sinks

บริเวณเว้าและรัศมีโค้งเล็กมักเกิดความดันต่ำเฉพาะจุดดูดละอองออกนอกเส้นทางหลัก สร้างความยากในการควบคุม

4. กรณีศึกษา: การพ่นสีบนโครงสร้างโค้งรัศมีแปรผัน

4.1 ลักษณะโครงสร้างตัวอย่าง

กรณีศึกษานี้พิจารณาชิ้นส่วนโครงสร้างโค้งที่มี:

รัศมีโค้งเริ่มต้น 30 ซม.

ลดเหลือ 12 ซม. ในช่วงกลาง

เพิ่มกลับเป็น 45 ซม. ในปลายชิ้นงาน

มีความลึกโค้งไม่เท่ากันตลอดแนว

มีส่วนคอคอดแคบตรงกลาง

โครงสร้างลักษณะนี้สร้างสนามไหลที่ไม่เสถียรและปรับเปลี่ยนตลอดตำแหน่ง

4.2 ปัญหาที่พบ

ปัญหา 1: ความหนาฟิล์มไม่สม่ำเสมอ

หลายจุดมีฟิล์มบางมาก (<40 µm) ขณะที่บางจุดหนาเกิน (>120 µm)

ปัญหา 2: ละอองย้อนกลับ (Back-spray)

ละอองถูกตีกลับสู่หัวฉีดเมื่อพ่นบริเวณเว้า

ปัญหา 3: Overspray สูงผิดปกติ

กว่า 35% ของสีไม่ได้เกาะผิวงาน

ปัญหา 4: เกิด Orange Peel บางบริเวณ

เนื่องจากละอองไม่แตกละเอียดเมื่อสร้างแรงเฉือนลดลงตามมุมโค้ง.

4.3 การวิเคราะห์สาเหตุ

การแยกตัวของ Boundary Layer ในพื้นที่เว้า

Venturi Effect ในบริเวณรัศมีแคบ

ระยะหัวฉีดไม่คงตัว

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างลมหลักและลมสะท้อน (Primary vs. Secondary Flow Interaction)

5. แนวทางแก้ไขเชิงวิศวกรรม

5.1 ปรับความเร็วลมและแรงดันให้สัมพันธ์กับรัศมีโค้ง

ลดความเร็วลมในบริเวณโค้งแคบเพื่อลดการพัดพาละออง

เพิ่มแรงดันในบริเวณที่มี Backflow เพื่อให้ละอองมีโมเมนตัมเพียงพอ

5.2 ใช้หัวฉีดแบบ Variable Fan Pattern

หัวฉีดที่ปรับความกว้างลำพ่นอัตโนมัติช่วยให้:

ลด Overspray

ควบคุมฟิล์มสม่ำเสมอ

ปรับการกระจายตัวตามรูปพื้นผิว

5.3 ใช้ระบบ Electrostatic Spray

เหมาะสำหรับพื้นผิวโค้ง เนื่องจากแรงไฟฟ้าจะช่วยดึงละอองเข้าสู่พื้นผิวแม้สนามไหลจะแปรปรวน

5.4 ใช้หุ่นยนต์ร่วมกับ LIDAR หรือ Vision Tracking

เพื่อควบคุม:

มุมฉีด

ระยะหัวฉีด

ความเร็วการเคลื่อนที่ของหัวพ่น

5.5 การสร้าง Simulation CFD ก่อนพ่นจริง

ช่วยคาดการณ์:

โซน Backflow

โซนลมเร่งตัว

การสะสมตัวของละออง

รูปแบบการชนของหยดสี

ควบคุมคุณภาพก่อนเริ่มงานจริง ลดต้นทุนและการสูญเสียวัสดุ.

6. แนวโน้มเทคโนโลยีการพ่นสีบนพื้นผิวซับซ้อน

6.1 AI Spraying Optimization

ระบบเรียนรู้จากข้อมูลพ่นจริง และปรับการพ่นแบบ Real-time

6.2 Adaptive Aerodynamic Nozzle

หัวฉีดสามารถปรับทิศเป่าลมควบคุมความปั่นป่วนรอบละอองได้เอง

6.3 Droplet Trajectory Prediction Sensors

ติดตั้งเซนเซอร์ตรวจทิศทางหยดสีระดับมิลลิวินาที

6.4 Multi-axis Painting Robots

หุ่นยนต์ 7 แกนช่วยควบคุมมุมฉีดได้แม่นยำยิ่งขึ้น.

สรุป

การพ่นสีบนโครงสร้างที่มีรัศมีโค้งแปรผันเป็นโจทย์เชิงอากาศพลศาสตร์ที่ซับซ้อนอย่างแท้จริง เนื่องจากสนามการไหลของอากาศเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ทั้งความเร็ว ทิศทาง แรงเฉือน รวมถึงแรงดัน ทำให้ละอองสีซึ่งมีโมเมนตัมต่ำโดยธรรมชาติถูกเบี่ยงเบน กระจายไม่สม่ำเสมอ หรือย้อนกลับในบางสถานการณ์

ความเข้าใจข้อจำกัดอากาศพลศาสตร์เหล่านี้ช่วยให้สามารถออกแบบเทคนิคการพ่น หัวฉีด หรือเครื่องจักรที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้น รวมถึงนำไปสู่การพัฒนานวัตกรรมใหม่ที่สามารถจัดการสนามไหลรอบโครงสร้างซับซ้อน ได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ทั้งนี้เพื่อให้คุณภาพงานพ่นดีขึ้น ลดต้นทุน ลดของเสีย และเพิ่มความคงทนของฟิล์มสีในระยะยาว.

----------------------------------------------------------------------------

รีวิวและรายละเอียดเพิ่มเติม Facebook
: หางาน รายได้ดี by PST
https://www.facebook.com/profile.php?id=100054608373504

: พี แมชโปร จำหน่ายรถปั๊มคอนกรีตเครื่องพ่นปูนฉาบพร้อมศูนย์ซ่อมที่มีมาตรฐาน
https://www.facebook.com/PSTgroup.pmp

: พี เอส ที ทรานสปอร์ต - บริการปั๊มคอนกรีตและเครื่องพ่นปูนฉาบ
https://www.facebook.com/PSTTransportandservice

: เครื่องพ่นปูนฉาบ by PST
https://www.facebook.com/PST.PlasteringMaching

: ช่างสีมืออาชีพ by PST
https://www.facebook.com/PSTCoolPaint

: รถปั๊มคอนกรีต Everdigm by PST
https://www.facebook.com/PST.EverdigmPump

: รถปั๊มคอนกรีตมือสอง by PST
https://www.facebook.com/PSTUsedPump