Das Thermoformen ist ein etabliertes Verfahren zur Kunststoffherstellung, das jedoch häufig unterschätzt oder missverstanden wird. Wir wollen dies näher untersuchen und sein Potenzial verdeutlichen.

Dordan arbeitet mit Nike an einer thermogeformten Schuhbox für SB Green Lobster Sneakers zusammen

Übersicht

• Thermoformwerkzeuge sind komplexer geworden, aber ihre Kosten betragen nur etwa ein Viertel der Kosten von Spritzgusswerkzeugen.
• Fortschritte bei Harzen, Plattenmaterialien und Werkzeugen haben es ermöglicht, das Thermoformen auf neue Anwendungen auszuweiten.
• Dordan stellt fest, dass es eine steigende Nachfrage nach thermogeformten Kunststoffschalen für die automatische Montage gibt.

Durch die Fortschritte bei Materialien, Werkzeugen und Technologien verschwimmen die Grenzen zwischen den für bestimmte Anwendungen am besten geeigneten Verfahren immer mehr. Das Thermoformen wird zur Herstellung einer breiten Palette von Produkten verwendet, von leichten, dünnwandigen Verpackungen bis hin zu dicken, großen Platten und Teilen, die in Branchen wie der Automobilindustrie, der Landwirtschaft, dem Bauwesen, der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrt eingesetzt werden.

Grundlagen des Thermoformens

Bei der Thermoformung werden Vakuum- oder Druckformverfahren eingesetzt. Bei der Vakuumformung wird eine erhitzte, flexible Kunststoffplatte durch Vakuumdruck in eine Form gezogen. Formed Plastics Inc. erklärt: "Da der Druck nur auf eine Seite der Kunststoffplatte ausgeübt wird, wird das Vakuumformen in der Regel für Teile mit relativ einfachen Designs und minimaler Textur verwendet."

Im Gegensatz dazu wird bei der Druckumformung zusätzlicher Luftdruck verwendet, um die Kunststoffplatte in die Form zu drücken, ähnlich wie beim Blasformen. "Der kombinierte Druck auf beiden Seiten der Platte erzeugt reiche Strukturen in der Form und ermöglicht komplexere Geometrien, die beim Vakuumformen nicht möglich sind", heißt es. "Wenn Ihr Teil Hinterschneidungen, enge Radien oder scharfe Strukturen erfordert, ist das Druckformen oft die bessere Wahl."

Die wichtigsten Vorteile des Thermoformens sind die relativ niedrigen Werkzeugkosten und die Möglichkeit, Kleinserien wirtschaftlich zu produzieren. Verschiedene Materialien eignen sich für das Thermoformen, darunter ABS, Acryl, Polycarbonat, Kydex (Acryl/PVC) und glykolmodifiziertes PET (PETG).

Druckumformung neu denken

Jay Waddell, ein Branchenveteran mit über 40 Jahren Erfahrung, gründete Plastic Concepts & Innovations LLC im Jahr 1999. Sein Beratungsunternehmen ist auf die Thermoformung von Schwerlast- und Feinblech spezialisiert. Waddell ist der Meinung, dass das Druckumformen oft unterschätzt wird, insbesondere da es in Märkte vordringt, die traditionell vom Spritzgießen dominiert werden. "Druckumformung bietet ein hohes Maß an Designflexibilität", erklärt er und weist darauf hin, dass heute mehr Unternehmen Druckumformung einsetzen als noch vor 15-20 Jahren, als nur wenige Firmen sie verwendeten.

Beim Thermoformen von Schwerlastteilen werden in der Regel große Teile hergestellt, was zu hohen Versandkosten führen kann. Daher sind die Unternehmen, die diese Märkte bedienen, oft regional tätig und produzieren zwischen 500 und 10.000 Teilen. Dieses Verfahren konkurriert mit anderen Herstellungsmethoden, wie Rotationsformen, Strukturschaum und Metallumformung.

Fortschritte bei Thermoformwerkzeugen

Auch die Thermoformwerkzeuge sind anspruchsvoller geworden. Laut Waddell betragen die Werkzeugkosten etwa 25% der Kosten von Spritzgusswerkzeugen, was erhebliche wirtschaftliche Vorteile bietet, vor allem bei Kleinserien. "Medizinische Kunststoffe sind zu einem wichtigen Markt für das Hochleistungs-Thermoformen geworden", sagt er und verweist auf Produkte wie Display-Gehäuse und Geräteverkleidungen. Hersteller von Freizeitfahrzeugen, Booten sowie Land- und Baumaschinen bevorzugen Kunststoffpaneele aufgrund ihrer Langlebigkeit und ihres geringen Gewichts gegenüber Metall, was zu bedeutenden Fortschritten beim Hochleistungs-Thermoformen in diesen Sektoren beigetragen hat.

Katalyse Additive Werkzeugherstellungmit Sitz in Westerville, Ohio, hat einen bedeutenden Durchbruch bei der Herstellung dickwandiger Formen erzielt. Das von Darrell Stafford und Rick Shibko, beide ehemalige Automobilingenieure bei Honda, gegründete Unternehmen hat eigene Materialien entwickelt, mit denen die 3D-gedruckten Formteile Tausende von Zyklen überstehen.

3D-Druck: Freund oder Feind?

Einige Hersteller von Hochleistungs-Tiefziehprodukten stehen dem 3D-Druck skeptisch gegenüber, da sie befürchten, dass er eine Bedrohung für Aufträge in kleinen Stückzahlen darstellen könnte. Waddell sieht sie jedoch als komplementäre Technologien. "Ich glaube, dass schwere Thermoformer in 3D-Drucker investieren wollen, um schnell Prototypen zu erstellen und Anpassungen vorzunehmen, ohne den gesamten Prozess vor der eigentlichen Produktion noch einmal durchführen zu müssen", sagt er.

Conor Carlin, Geschäftsführer von Illig North America, einem deutschen Maschinenhersteller, hebt hervor, wie Fortschritte bei Kunststoffen, Plattenmaterialien und Werkzeugen es ermöglicht haben, dass das Thermoformen die Nachfrage nach ultraleichten Teilen mit hervorragenden Barriereeigenschaften erfüllen kann, was sowohl wirtschaftliche als auch ökologische Vorteile mit sich bringt. Carlin stellt auch fest, dass die Maschinensteuerungen intelligenter werden und sich an die Protokolle der Industrie 4.0 anpassen.

Verwendung von rPET für gemischte Lebensmittelbehälter

Die Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG engagiert sich seit langem für die Entwicklung der In-Mold-Labeling-Tiefziehtechnologie (IML-T). In den vergangenen zwei Jahren hat das Unternehmen in Zusammenarbeit mit der PFF-Gruppe Verarbeitungsmaschinen geliefert, die die Herstellung eines neuen lebensmitteltauglichen Verpackungskonzepts ermöglichen. Dieses System mit der Bezeichnung IMPAC-T ermöglicht die Herstellung von Behältern aus gemischtem rPET (recyceltem PET) und Kartonverpackungen in einem einzigen Prozess.

PFF stellt fest, dass die Verwendung von rPET Branchen wie der Milchwirtschaft die Möglichkeit bietet, von herkömmlichen Polypropylenverpackungen auf Verpackungen für die Kreislaufwirtschaft umzusteigen. Alston Dairy war das erste Unternehmen, das die neue IMPAC-T-Verpackung für einige seiner Joghurtprodukte einsetzte. PFF gibt an, dass das Inline-Herstellungsverfahren weniger Energie verbraucht und einen höheren Anteil an recyceltem PET ermöglicht, so dass mindestens 50% recycelt werden können, potenziell sogar bis zu 100%. Bei der Kartenverpackung werden bis zu 100% Post-Consumer-Abfälle verwendet, und alle Rohstoffe stammen aus zertifizierter nachhaltiger Forstwirtschaft. Die Verbraucher können Kunststoff und Karton für das weitere Recycling leicht trennen, und diese Materialien können für neue Verpackungen wiederverwendet werden. Berichten zufolge reduziert das IMPAC-T-Verfahren den CO2-Fußabdruck um 46% im Vergleich zu aktuellen Montagesystemen.

Das In-Mold-Labeling für die Thermoformung (IML-T) trägt dazu bei, dass bei Lebensmittelbehältern vermehrt recyceltes PET im Vergleich zu Polypropylen verwendet wird. Bild mit freundlicher Genehmigung der Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG.

Vorteile des Thermoformens für dünnwandige Verpackungen

Sven Engelmann, ein Kollege von Carlin, weist darauf hin, dass das Thermoformen eines der besten Verfahren ist, um dünnste Wandstärken bei hoher Belastbarkeit für starre Dünnwandverpackungen zu erreichen. Engelmann, der Leiter der Verpackungstechnik bei Illig Maschinenbau und Vorstandsmitglied der SPE European Thermoforming Division ist, ergänzt:

• Dünne Wandstärken bieten wirtschaftliche und ökologische Vorteile.
• Schnelle Prozesse führen zu einem höheren Output.
• Die Kosten für Thermoformwerkzeuge sind niedriger als die für Spritzgusswerkzeuge.
• Die meisten Tiefziehanwendungen erfordern nur eine halbe Form.

Steve Zamprelli, Vizepräsident von Formed Plastics, einem Unternehmen mit Sitz in Long Island, New York, das auf eine 77-jährige Geschichte zurückblicken kann, geht auf einige der Vorteile des Thermoformens ein:

• In der Regel handelt es sich dabei um ein spannungsarmes Verfahren, bei dem stabilere Teile hergestellt werden, die sich weniger verziehen oder verformen können.
• Kürzere Markteinführungszeiten, oft mit geringeren Werkzeugkosten, ermöglichen einfache Anpassungen während der Weiterverarbeitung.
• Sie kann die Wandstärke des Materials anpassen und mehrere Materialien in derselben Form verwenden.
• Die Hersteller können größere Teile zu geringeren Kosten und in kleineren Mengen herstellen.

Dordan: Senkung der Werkzeugkosten und Steigerung der Produktivität

Dordan Manufacturing Inc. ist ein Familienunternehmen in Woodstock, Illinois, das auf eine 61-jährige Geschichte zurückblicken kann und sich als führendes Unternehmen im Bereich des dünnwandigen Thermoformens von Produkten wie Getränkebechern, Deckeln und Lebensmittelbehältern etabliert hat. Chandler Slavin-Bond, Chief Marketing Officer von Dordan, hebt die erheblichen Vorteile des Thermoformens gegenüber dem Spritzgießen hervor, insbesondere die Reduzierung der Werkzeugkosten und die Erhöhung der Produktionsgeschwindigkeit. "Im Vergleich zum Spritzgießen bietet das Thermoformen erhebliche Einsparungen bei den Werkzeugkosten und Verbesserungen der Produktivität", sagt sie.

Darüber hinaus stellt sie fest, dass das Twin-Sheet-Tiefziehen - ein Verfahren zur Herstellung von doppel- oder mehrschichtigen hohlen Kunststoffkomponenten - auf dem Markt für industrielles Blasformen an Bedeutung gewinnt. "Wie das Spritzgießen sind auch die Werkzeuge für das Twin-Sheet-Thermoformen billiger als die Blasformwerkzeuge und können komplexere Formen herstellen.

Slavin-Bond fügt hinzu, dass makroökonomische Faktoren das Wachstum eines anderen Produktbereichs vorantreiben: thermogeformte Kunststoffschalen, die in der automatischen Teilemontage verwendet werden. Diese starren, dünnwandigen Schalen werden zur präzisen Positionierung von Bauteilen auf Montagelinien verwendet.

Dordans Rolle bei der Thermoformung der Nike SB Green Lobster-Sneakerbox ist ein bemerkenswertes Beispiel für die Überwindung von Produktionsbeschränkungen. Nike vermarktete die Turnschuhe an Skateboard-Enthusiasten, indem es ein Hummer-Motiv verwendete und eine thermogeformte Schachtel entwarf, die einer auf kommerziellen Booten verwendeten Angeltasche ähnelte. Die Schachtel enthielt eine 1/8-Zoll dicke Acrylplatte, die wie ein gefrorener See aussehen sollte.

Die wachsende Anerkennung des Thermoformens

Trotz dieser Innovationen und Fortschritte weist Waddell darauf hin, dass viele Menschen die Möglichkeiten des Thermoformens noch immer nicht vollständig verstehen. "Sie wissen nichts über Twin-Sheet oder Druckformung oder was mit diesen Verfahren erreicht werden kann. Sie denken, dass alles spritzgegossen werden muss." Da jedoch Branchenführer wie Waddell, Carlin, Engelmann und Slavin-Bond weiterhin für das Thermoformen und seine vielfältigen Möglichkeiten werben, wird das Bewusstsein für diese Technologie wahrscheinlich wachsen.

Weitere Beispiele für innovative thermogeformte Teile finden Sie in der Diashow von PlasticsToday, die einige der Gewinner des Wettbewerbs zeigt. SPE Thermoforming Division's alle zwei Jahre stattfindenden Teilewettbewerb, der während des Verbandstreffens vom 23. bis 26. Oktober in Cleveland stattfand.

Originalquelle:

https://www.biketo.com/news/53743.html