Das Thermoformen ist eine der ältesten Methoden Kunststoffe zu bearbeiten. Vakuum geformte Produkte sind überall um uns herum und spielen eine wichtige Rolle in unserem täglichen Leben. Das Verfahren beinhaltet das Erhitzen einer Kunststoffplatte bis sie weich ist und die dann über eine Form drapiert wird. Ein Vakuum wird erzeugt und saugt den weichen Kunststoff in die Form. Danach wird die Kunststoffplatte aus der Form gelöst.

 

Verwendungsmöglichkeiten und Beschränkungen

Das Vakuumformverfahren bietet gegenüber anderen Formverfahren mehrere Vorteile in der Verarbeitung. Da mit niedrigerem Pressdruck gearbeitet wird, entstehen dadurch vergleichsweise niedrigere Werkzeugkosten.

Seit mit Niederdruck gearbeitet wird, können die Formen aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden und die Produktionszeit wird beträchtlich kürzer. Prototypen und geringe Stückzahlen von großen Teilen als auch mittelgroße Teile können so kostengünstig hergestellt werden. Anspruchsvollere Maschinen und Werkzeuge werden für Serienproduktionen mit großem Volumen verwendet (beispielsweise Jogurtbecher…)

Beim Vakuumformverfahren werden extrudierte Kunststoffplatten verwendet. Nach dem Vakuumformen dieser Platten wird das fertig geformte Teil in einem zweiten Arbeitsschritt zugeschnitten und dadurch in die endgültige Form gebracht.

Der Vakuumform-Prozess

Festklemmen

Der Klemmrahmen muss stark genug sein um die Kunststoffplatte während des Formvorgangs fest zu fixieren. Mit ihm können auch die dicksten Materialien, die auf der Maschine benutzt werden können, fest fixiert werden. Bei einer Maschine mit Oberheizung bis zu 6 mm Materialstärke und bei einer Maschine mit Ober- und Unterheizung bis zu 10 mm Materialstärke. Bei einem automatischen Produktionsprozess werden unsere Anlagen mit einer Schutzumhausung installiert, die über Lichtschranken und mechanische Sicherheitsmechanismen den Anwender als auch das zu produzierende Produkt und die Maschine vor Verletzungen und Beschädigungen schützt.

Heizung

Die Heizung besteht für gewöhnlich aus Infrarot-Heizelementen innerhalb derer eine Aluminium-Reflektor-Platte montiert ist. Um die besten Ergebnisse beim Vakuumformen unter Verwendung eines beliebigen Materials zu erzielen, ist es wichtig, dass die Kunststoffplatte gleichmäßig über ihre gesamte Fläche und über die gesamte Dicke erhitzt wird. Um das zu erreichen, ist es notwendig, eine Reihe von Heizzonen durch einen Energieregler zu steuern. Keramik-Heizelemente haben einige Nachteile, da sie sich durch ihre hohe thermische Masse langsam erwärmen (ca. 15 Minuten). Die Reaktionszeit bei Änderung der Einstellungen ist verzögert.

lternativ verfügbar sind die höher entwickelten Quarz-Heizelemente, die durch ihre geringere thermische Masse eine kürzere Reaktionszeit haben. Pyrometer ermöglichen eine exakte Regelung der Heiztemperatur durch Messen der Schmelztemperatur der Kunststoffplatte und der Interaktion mit der Betriebsprozesssteuerung.

Eine präzise Temperaturanzeige, die über ein computergesteuertes System in Übereinstimmung mit dem Pyrometer arbeitet, ist ebenso erhältlich. Für die Bearbeitung von dickeren Materialien werden Doppelheizungen empfohlen, da sie eine gleichmäßigere Wärmepenetration und kürzere Zykluszeiten zu unterstützen.

Bei der Bearbeitung von Hochtemperaturwerkstoffen mit einer kritischen Formungstemperatur sind Quarz-Doppelheizungen empfehlenswert. Durch die genaue Steuerung der Wärmeintensität mittels individuell einstellbaren Heizzonen, können die Wärmeverluste an den Rändern, verursacht durch Konvektion, Luftströmungen und Absorption von Klemmbereichen, vollständig kompensiert werden. Dadurch sind auf kontinuierlicher Basis konsistente Ergebnisse möglich. Ein weiterer Vorteil sind die Kosteneinsparungen wenn Quarzstrahler verwendet werden. Die Heizleistung prozentual eingestellt werden kann, wenn sich die Heizungen während des Formprozesses in der hinteren Position befinden (Stand-By).

Automatische Stützluftfunktion – Nicht für alle Maschinen erhältlich

n der Maschine ist ein optischer Sensor eingebaut. Dieser wird während des Erwärmens der Kunststoffplatte aktiviert. Sackt der erhitzte Kunststoff ab und berührt dadurch die Lichtschranke, wird etwas Druckluft in die Kammer unter dem Kunststoff zugeführt um den Kunststoff wieder anzuheben bis der Lichtstrahl wieder hergestellt ist.

Vordehnfunktion – Nicht für alle Maschinen erhältlich

Sobald der Kunststoff seine Formungstemperatur erreicht hat, kann er vorgedehnt werden, um eine gleichmäßige Wanddicke zu gewährleisten, wenn das Vakuum erzeugt wird. Das Verfahren der Steuerung der Blasenhöhe sollte so sein, dass konsistente Ergebnisse erreicht werden. Vakuum, Druckluft und optionale Hilfsmittel wie Oberstempel werden dann verwendet, um das Formen des erhitzten und vorgedehnten Kunststoffplatte zu unterstützen.

Obersstempel – Nur erhältlich bei der HD und TF-Serie

Mit dem Oberstempel wird das Vakuumformen bei Formen mit Vertiefungen und Negativformen unterstützt. Inbesondere bei Vertiefungen im Werkzeug kommt es oft zu einer sehr starken Ausdünnug der Folie. Der Oberstempel wird dann verwendet, um die thermoplastische Folie in alle Bereiche der Form gleichmäßig zu verteilen. Der Oberstempel drückt die Folie in die Form, bevor das Vakuum erzeugt wird. Dadurch werden der Boden und die Ecken in Vertiefungen der Form gleichmäßig gefüllt, und ein Ausdünnen des Kunstsoffes an diesen Stellen vermieden.

Vakuum

Sobald das Material entsprechend erwärmt und vorgedehnt wurde, kann das Vakuum erzeugt werden um den Kunststoff zu formen. Mit der Vakuumpumpe wird die vorhandene Luft zwischen der Kunststoffplatte und dem Werkzeug herausgesogen. Je nach Modell variieren die Vakuumpumpen zwischen trockenlaufenden oder ölgeschmierten Drehschieber-Vakuumpumpen. Bei größeren Maschinen wird ein Vakuum-Tank in Verbindung mit einer Vakuumpumpe mit hoher Volumenkapazität verwendet. Dies ermöglicht es, das Vakuum zweistufig anzuwenden und damit eine schnelle Formung des erhitzten Materials sicherzustellen (bevor die Temperatur der Kunststoffplatte unter die ideale Formungstemperatur fällt).

Abkühlen und Ablösen – Nicht erhältlich für alle Maschinen

Nach dem Formen muss der Kunststoff erst abkühlen, bevor er von der Form abgelöst werden kann. Wird er zu früh abgelöst, können Deformationen an der Form entstehen und sie damit unbrauchbar machen. Um den Abkühlungsvorgang zu beschleunigen, werden die an der Maschine angebrachten Hochgeschwindigkeitsventilatoren aktiviert.

Mit der ebenso erhältlichen Sprühnebel-Funktion, deren Sprühdüsen an den Ventilatoren angebracht sind, wird ein feiner Wassernebel auf den Kunststoff gesprüht. In Verbindung mit den Ventilatoren ergibt sich eine um bis zu 30 % schnellere Abkühlung des Materials. Dies wirkt sich auch positiv auf die Schrumpfungsrate aus.

Temperatur-Messeinheiten, die die Temperatur innerhalb der Form messen, sind ebenso erhältlich. Sie ermöglichen die Einstellung einer genauen und gleichmäßigen Abkühlzeit von kristallinem Material und kristallisierenden Polymeren wie beispielsweise PP, HDPE und PET.

Zurechtschneiden und Fertigstellen

Nach Abkühlen und Ablösen des Formteils von der Maschine kann das überschüssige Material von der Form entfernt werden. Löcher, Schlitze und Ausschnitte können dann in das Teil gebohrt werden. Andere Nachbearbeitungsprozesse umfassen Dekoration, Bedrucken, Verstärkung, Versteifung und Montage.

Eine Vielzahl von unterschiedlichen Ausschneidemethoden wird verwendet, um das Produkt aus der Kunststoffplatte zu schneiden. Die Art des Schneidegeräts hängt im Wesentlichen von der Art des Ausschnitts, der Größe der Form, dem Reckverhältnis, der Dicke des Materials und der erforderlichen Produktionsmenge ab. Dünnwandige Teile werden in der Regel auf einer mechanischen Schneidepresse getrimmt – auch als Rollenpresse bekannt.

Typische Anwendungen des Vakuumformens

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Download Technical Newsletter 9 – Tool spacing and material stretching