La termoformatura è un processo di produzione della plastica ben consolidato, ma spesso sottovalutato o frainteso. Approfondiamo questo aspetto e chiariamo le sue potenzialità.

Dordan collabora con Nike alla realizzazione di una scatola termoformata per le scarpe da ginnastica SB Green Lobster

Panoramica

• Gli stampi per termoformatura sono diventati più complessi, ma il loro costo è solo un quarto di quello degli stampi a iniezione.
• I progressi nelle resine, nei materiali delle lastre e negli utensili hanno permesso alla termoformatura di espandersi in nuove applicazioni.
• Dordan osserva che c'è una crescente domanda di vaschette in plastica termoformata per uso domestico, utilizzate per l'assemblaggio automatizzato.

Il progresso dei materiali, degli utensili e della tecnologia continua a sfumare le linee di demarcazione tra i processi più adatti per applicazioni specifiche. La termoformatura viene utilizzata per produrre un'ampia gamma di prodotti, dagli imballaggi leggeri a parete sottile ai pannelli e alle parti spesse e di grandi dimensioni, destinati a settori quali l'automotive, l'agricoltura, l'edilizia, il medicale e l'aerospaziale.

Nozioni di base sulla termoformatura

La termoformatura prevede l'uso del vuoto o della pressione. Nel processo di formatura sottovuoto, un foglio di plastica flessibile e riscaldato viene trascinato verso la forma dello stampo dalla pressione del vuoto. Formed Plastics Inc. spiega: "Poiché la pressione viene applicata solo a un lato della lastra di plastica, la formatura sottovuoto è tipicamente utilizzata per pezzi con design relativamente semplici e texture minime".

La formatura a pressione, invece, utilizza un'ulteriore pressione dell'aria per spingere la lastra di plastica nello stampo, come nel caso dello stampaggio a soffiaggio. "La pressione combinata su entrambi i lati della lastra crea texture ricche all'interno dello stampo e consente di ottenere geometrie più complesse che la formatura sottovuoto non è in grado di riprodurre", sottolineano. "Se il vostro pezzo richiede sottosquadri, raggi stretti o strutture taglienti, la formatura a pressione è spesso la scelta migliore".

I vantaggi principali della termoformatura sono i costi relativamente bassi degli stampi e la capacità di produrre economicamente bassi volumi. Diversi materiali sono adatti alla termoformatura, tra cui ABS, acrilico, policarbonato, Kydex (acrilico/PVC) e PET modificato con glicole (PETG).

Ripensare la formatura a pressione

Jay Waddell, un veterano dell'industria con oltre 40 anni di esperienza, ha fondato Plastic Concepts & Innovations LLC nel 1999. La sua società di consulenza è specializzata nella termoformatura di lamiere per impieghi gravosi. Waddell ritiene che la formatura a pressione sia spesso sottovalutata, soprattutto perché sta entrando in mercati tradizionalmente dominati dallo stampaggio a iniezione. "La formatura a pressione offre un elevato grado di flessibilità progettuale", spiega, sottolineando che oggi un numero maggiore di aziende sta adottando la formatura a pressione rispetto a 15-20 anni fa, quando solo poche aziende la utilizzavano.

La termoformatura per impieghi gravosi produce tipicamente pezzi di grandi dimensioni, che possono comportare costi di spedizione elevati. Di conseguenza, le aziende che servono questi mercati sono spesso regionali, con tirature che vanno da 500 a 10.000 pezzi. Questo processo è in concorrenza con altri metodi di produzione, come lo stampaggio rotazionale, la schiuma strutturale e la formatura dei metalli.

I progressi degli stampi per termoformatura

Anche gli stampi per termoformatura sono diventati più sofisticati. Secondo Waddell, i costi degli stampi sono pari a circa 25% del costo degli stampi a iniezione, offrendo notevoli vantaggi economici, soprattutto per i lavori a bassa tiratura. "Le plastiche medicali sono diventate un mercato importante per la termoformatura per impieghi gravosi", afferma Waddell, indicando prodotti come gli alloggiamenti dei display e i pannelli delle apparecchiature. I produttori di veicoli da diporto, di imbarcazioni e di attrezzature per l'agricoltura e l'edilizia preferiscono i pannelli di plastica al metallo per la loro durata e leggerezza, contribuendo a significativi progressi nella termoformatura per impieghi gravosi in questi settori.

Catalisi Additiva Toolingcon sede a Westerville, Ohio, ha compiuto un importante passo avanti nella produzione di stampi a spessore. L'azienda, fondata da Darrell Stafford e Rick Shibko, entrambi ex ingegneri automobilistici della Honda, ha sviluppato materiali proprietari che consentono alle parti stampate in 3D di durare migliaia di cicli.

Stampa 3D: Amica o nemica?

Alcuni produttori di termoformatura pesante guardano con scetticismo alla stampa 3D, temendo che possa rappresentare una minaccia per gli ordini a bassa tiratura. Tuttavia, Waddell le considera tecnologie complementari. "Credo che i produttori di termoformatura pesante vogliano investire nelle stampanti 3D per realizzare rapidamente prototipi e modifiche senza dover tornare indietro e rifare l'intero processo prima della produzione completa", afferma.

Conor Carlin, amministratore delegato di Illig North America, un produttore tedesco di macchinari, sottolinea come i progressi nella resina, nei materiali delle lastre e negli utensili abbiano permesso alla termoformatura di soddisfare la domanda di pezzi ultraleggeri con eccellenti proprietà barriera, offrendo vantaggi sia economici che ambientali. Carlin osserva inoltre che i controlli delle macchine stanno diventando più intelligenti, adattandosi ai protocolli dell'Industria 4.0.

Utilizzo dell'rPET per i contenitori per alimenti misti

Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG è da tempo impegnata nello sviluppo della tecnologia di termoformatura in-mold labeling (IML-T). Negli ultimi due anni, l'azienda ha collaborato con il Gruppo PFF per fornire macchinari di lavorazione che consentono la produzione di un nuovo concetto di packaging per alimenti. Questo sistema, noto come IMPAC-T, consente di produrre contenitori misti in PET (PET riciclato) e imballaggi in cartoncino in un unico processo.

PFF osserva che l'utilizzo dell'rPET offre a settori come quello lattiero-caseario l'opportunità di passare dal polipropilene tradizionale agli imballaggi dell'economia circolare. Alston Dairy è stata la prima ad adottare il nuovo imballaggio IMPAC-T per alcuni dei suoi prodotti a base di yogurt. PFF afferma che il processo di produzione in linea consuma meno energia e consente livelli più elevati di PET riciclato post-consumo, raggiungendo un contenuto riciclato di almeno 50%, con un potenziale di 100%. Gli imballaggi in cartoncino utilizzano fino a 100% di rifiuti post-consumo e tutte le materie prime provengono da prodotti forestali sostenibili certificati. I consumatori possono facilmente separare la plastica e il cartoncino per un ulteriore riciclaggio e questi materiali possono essere riutilizzati in nuovi imballaggi. Il processo IMPAC-T riduce l'impronta di carbonio di 46% rispetto agli attuali sistemi di assemblaggio.

L'etichettatura nello stampo per la termoformatura (IML-T) sta contribuendo ad aumentare l'uso del PET riciclato rispetto al polipropilene nelle applicazioni dei contenitori per alimenti. Immagine per gentile concessione di Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG.

Vantaggi della termoformatura per gli imballaggi a parete sottile

Sven Engelmann, un collega di Carlin, sottolinea che la termoformatura è uno dei processi migliori per ottenere gli spessori di parete più sottili con un'elevata resistenza al carico superiore per gli imballaggi rigidi a parete sottile. Engelmann, responsabile della tecnologia di confezionamento presso Illig Maschinenbau e membro del consiglio di amministrazione della SPE European Thermoforming Division, aggiunge:

• Gli spessori sottili delle pareti offrono vantaggi economici e ambientali.
• I processi veloci si traducono in una maggiore produzione.
• I costi degli stampi per termoformatura sono inferiori a quelli dello stampaggio a iniezione.
• La maggior parte delle applicazioni di termoformatura richiede solo un mezzo stampo.

Steve Zamprelli, vicepresidente di Formed Plastics, un'azienda di Long Island, New York, con 77 anni di storia, illustra alcuni dei vantaggi della termoformatura:

• Si tratta in genere di un processo a bassa sollecitazione che produce pezzi più resistenti con minori problemi di deformazione o distorsione.
• Un time-to-market più rapido, spesso con costi di attrezzaggio inferiori, consente facili regolazioni durante la lavorazione secondaria.
• Può regolare lo spessore delle pareti del materiale e utilizzare più materiali sullo stesso stampo.
• I produttori possono produrre pezzi più grandi a costi inferiori e in quantità minori.

Dordan: Riduzione dei costi di attrezzaggio e aumento della produttività

Dordan Manufacturing Inc., un'azienda a conduzione familiare di Woodstock, Illinois, con 61 anni di storia, si è affermata come leader nella termoformatura a parete sottile per prodotti come tazze per bevande, coperchi e contenitori per alimenti. Chandler Slavin-Bond, Chief Marketing Officer di Dordan, sottolinea i notevoli vantaggi della termoformatura rispetto allo stampaggio a iniezione, in particolare per quanto riguarda la riduzione dei costi degli stampi e la maggiore velocità di produzione. "Rispetto allo stampaggio a iniezione, la termoformatura offre notevoli risparmi sui costi degli stampi e migliora la produttività", afferma.

Inoltre, l'esperta osserva che la termoformatura a doppia lastra, un processo che produce componenti in plastica cavi a doppio o a più strati, sta guadagnando terreno nel mercato del soffiaggio industriale. "Come lo stampaggio a iniezione, gli stampi per la termoformatura a doppia lastra sono più economici di quelli per il soffiaggio e possono produrre forme più complesse".

Slavin-Bond aggiunge inoltre che i fattori macroeconomici stanno guidando la crescita di un'altra area di prodotti: i vassoi in plastica termoformata utilizzati per l'assemblaggio automatizzato dei componenti. Questi vassoi rigidi e a parete sottile vengono utilizzati per posizionare con precisione i componenti sulle linee di assemblaggio.

Il ruolo di Dordan nella termoformatura della scatola delle sneaker Nike SB Green Lobster è un esempio notevole di superamento dei vincoli di produzione. Nike ha commercializzato le sneaker per gli appassionati di skateboard, utilizzando il tema dell'aragosta e progettando una scatola termoformata che assomigliava a una borsa da pesca utilizzata sulle imbarcazioni commerciali. La scatola presentava un pannello acrilico di 1/8 di pollice di spessore progettato per assomigliare a un lago ghiacciato.

Il crescente riconoscimento della termoformatura

Nonostante queste innovazioni e questi progressi, Waddell sottolinea che molte persone non comprendono ancora appieno le capacità della termoformatura. "Non conoscono la doppia lastra o la formatura a pressione e non sanno cosa si può ottenere con questi processi. Pensano che tutto debba essere stampato a iniezione". Tuttavia, se i leader del settore come Waddell, Carlin, Engelmann e Slavin-Bond continuano a promuovere la termoformatura e le sue diverse capacità, la consapevolezza di questa tecnologia è destinata a crescere.

Per altri esempi di parti termoformate innovative, guardate lo slideshow di PlasticsToday, che mostra alcuni dei vincitori del concorso. La Divisione Termoformatura di SPE concorso biennale dei pezzi, tenutosi durante il meeting dell'associazione a Cleveland dal 23 al 26 ottobre.

Fonte originale:

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