Termoformowanie jest dobrze znanym procesem produkcji tworzyw sztucznych, ale często jest niedoceniane lub źle rozumiane. Przyjrzyjmy się mu bliżej i wyjaśnijmy jego potencjał.

Dordan współpracuje z Nike nad termoformowanym pudełkiem na buty dla sneakersów SB Green Lobster

Przegląd

• Formy do termoformowania stały się bardziej złożone, ale ich koszt wynosi tylko około jednej czwartej kosztu form wtryskowych.
• Postęp w dziedzinie żywic, materiałów arkuszowych i narzędzi umożliwił rozszerzenie termoformowania na nowe zastosowania.
• Dordan zauważa, że rośnie popyt na krajowe termoformowane plastikowe tace używane do zautomatyzowanego montażu.

Postęp w dziedzinie materiałów, narzędzi i technologii nadal zaciera granice między najbardziej odpowiednimi procesami dla konkretnych zastosowań. Termoformowanie jest wykorzystywane do produkcji szerokiej gamy produktów, od lekkich cienkościennych opakowań po grube, duże panele i części, obsługujące takie branże jak motoryzacja, rolnictwo, budownictwo, medycyna i lotnictwo.

Podstawy termoformowania

Termoformowanie polega na wykorzystaniu formowania próżniowego lub ciśnieniowego. W procesie formowania próżniowego podgrzany, elastyczny arkusz tworzywa sztucznego jest przyciągany do kształtu formy za pomocą ciśnienia próżniowego. Formed Plastics Inc. wyjaśnia: "Ponieważ nacisk jest wywierany tylko na jedną stronę arkusza tworzywa sztucznego, formowanie próżniowe jest zwykle stosowane w przypadku części o stosunkowo prostej konstrukcji i minimalnej teksturze".

Z kolei formowanie ciśnieniowe wykorzystuje dodatkowe ciśnienie powietrza do wepchnięcia arkusza tworzywa sztucznego do formy, podobnie jak w przypadku formowania z rozdmuchiwaniem. "Połączone ciśnienie po obu stronach arkusza tworzy bogate tekstury w formie i pozwala na bardziej złożone geometrie, których formowanie próżniowe nie jest w stanie odtworzyć" - zauważają. "Jeśli część wymaga podcięć, ciasnych promieni lub ostrych tekstur, formowanie ciśnieniowe jest często lepszym wyborem".

Kluczowymi zaletami termoformowania są stosunkowo niskie koszty formy i zdolność do ekonomicznej produkcji małych serii. Do termoformowania nadają się różne materiały, w tym ABS, akryl, poliwęglan, Kydex (akryl/PVC) i PET modyfikowany glikolem (PETG).

Ponowne przemyślenie formowania ciśnieniowego

Jay Waddell, weteran branży z ponad 40-letnim doświadczeniem, założył firmę Plastic Concepts & Innovations LLC w 1999 r.. Jego firma konsultingowa specjalizuje się w termoformowaniu blach do dużych obciążeń. Waddell uważa, że formowanie ciśnieniowe jest często niedoceniane, zwłaszcza że wchodzi na rynki tradycyjnie zdominowane przez formowanie wtryskowe. "Formowanie ciśnieniowe oferuje wysoki stopień elastyczności projektowania", wyjaśnia, zauważając, że więcej firm stosuje obecnie formowanie ciśnieniowe w porównaniu do 15-20 lat temu, kiedy korzystało z niego tylko kilka firm.

Termoformowanie do dużych obciążeń zazwyczaj produkuje duże części, co może skutkować wysokimi kosztami wysyłki. W rezultacie, firmy obsługujące te rynki są często regionalne, z seriami produkcyjnymi od 500 do 10 000 części. Proces ten konkuruje z innymi metodami produkcji, takimi jak formowanie rotacyjne, pianka strukturalna i formowanie metalu.

Postęp w dziedzinie form do termoformowania

Formy do termoformowania również stały się bardziej wyrafinowane. Według Waddella, koszty form wynoszą około 25% kosztów form wtryskowych, oferując znaczne korzyści ekonomiczne, zwłaszcza w przypadku krótkich serii. "Medyczne tworzywa sztuczne stały się głównym rynkiem dla wytrzymałego termoformowania" - mówi, wskazując na produkty takie jak obudowy wyświetlaczy i panele urządzeń. Producenci pojazdów rekreacyjnych, łodzi oraz sprzętu rolniczego i budowlanego preferują panele z tworzyw sztucznych zamiast metalu ze względu na ich trwałość i niewielką wagę, przyczyniając się do znacznego postępu w termoformowaniu w ciężkich warunkach w tych sektorach.

Oprzyrządowanie z dodatkami katalitycznymiz siedzibą w Westerville w stanie Ohio, dokonała znaczącego przełomu w produkcji form o dużej grubości. Firma założona przez Darrella Stafforda i Ricka Shibko, byłych inżynierów motoryzacyjnych w Hondzie, opracowała opatentowane materiały, dzięki którym drukowane w 3D części form wytrzymują tysiące cykli.

Druk 3D: Przyjaciel czy wróg?

Niektórzy producenci ciężkich wyrobów termoformowanych podchodzą do druku 3D ze sceptycyzmem, obawiając się, że może on stanowić zagrożenie dla zamówień krótkoseryjnych. Waddell postrzega je jednak jako technologie komplementarne. "Wierzę, że termoformujący o dużej wytrzymałości mogą chcieć zainwestować w drukarki 3D, aby szybko prototypować i wprowadzać poprawki bez konieczności cofania się i powtarzania całego procesu przed pełną produkcją" - stwierdza.

Conor Carlin, dyrektor zarządzający Illig North America, niemieckiego producenta maszyn, podkreśla, w jaki sposób postępy w dziedzinie żywic, materiałów arkuszowych i narzędzi pozwoliły termoformowaniu zaspokoić zapotrzebowanie na ultralekkie części o doskonałych właściwościach barierowych, zapewniając zarówno korzyści ekonomiczne, jak i środowiskowe. Carlin zauważa również, że układy sterowania maszyn stają się coraz inteligentniejsze, dostosowując się do protokołów Przemysłu 4.0.

Używanie rPET do pojemników na żywność mieszaną

Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG od dawna angażuje się w rozwój technologii termoformowania etykiet w formie (IML-T). W ciągu ostatnich dwóch lat firma współpracowała z Grupą PFF w celu dostarczenia maszyn przetwórczych, które umożliwiają produkcję nowej koncepcji opakowań przeznaczonych do kontaktu z żywnością. System ten, znany jako IMPAC-T, pozwala na produkcję mieszanych pojemników rPET (PET z recyklingu) z opakowaniami kartonowymi w jednym procesie.

PFF zauważa, że stosowanie rPET oferuje przemysłom takim jak mleczarski możliwości przejścia z tradycyjnych opakowań polipropylenowych na opakowania o obiegu zamkniętym. Firma Alston Dairy jako pierwsza zastosowała nowe opakowanie IMPAC-T dla niektórych swoich produktów jogurtowych. PFF twierdzi, że proces produkcji inline zużywa mniej energii i pozwala na wyższy poziom recyklingu poużytkowego PET, osiągając co najmniej 50% zawartości z recyklingu, z potencjałem do 100%. Opakowania kartonowe wykorzystują do 100% odpadów pokonsumenckich, a wszystkie surowce pochodzą z certyfikowanych zrównoważonych produktów leśnych. Konsumenci mogą łatwo oddzielić plastik i kartę w celu dalszego recyklingu, a materiały te można ponownie wykorzystać do produkcji nowych opakowań. Proces IMPAC-T zmniejsza ślad węglowy o 46% w porównaniu z obecnymi systemami montażu.

Etykietowanie w formie do termoformowania (IML-T) pomaga zwiększyć wykorzystanie PET z recyklingu w porównaniu z polipropylenem w zastosowaniach związanych z pojemnikami na żywność. Zdjęcie dzięki uprzejmości Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG.

Zalety termoformowania dla opakowań cienkościennych

Sven Engelmann, współpracownik firmy Carlin, podkreśla, że termoformowanie jest jednym z najlepszych procesów pozwalających na uzyskanie najcieńszych ścianek o wysokiej wytrzymałości na obciążenie od góry w przypadku sztywnych opakowań cienkościennych. Engelmann, który jest szefem działu technologii opakowań w Illig Maschinenbau i członkiem zarządu SPE European Thermoforming Division, dodaje:

• Cienkie ścianki oferują korzyści ekonomiczne i środowiskowe.
• Szybkie procesy skutkują wyższą wydajnością.
• Koszty formowania termicznego są niższe niż formowania wtryskowego.
• Większość zastosowań termoformowania wymaga tylko połowy formy.

Steve Zamprelli, wiceprezes Formed Plastics, firmy z siedzibą na Long Island w stanie Nowy Jork, z 77-letnią historią, omawia niektóre zalety termoformowania:

• Zazwyczaj jest to proces o niskim naprężeniu, który wytwarza mocniejsze części z mniejszą obawą o wypaczenie lub zniekształcenie.
• Krótszy czas wprowadzenia produktu na rynek, często przy niższych kosztach narzędzi, pozwala na łatwe dostosowanie podczas przetwarzania wtórnego.
• Może regulować grubość ścianki materiału i używać wielu materiałów na tej samej formie.
• Producenci mogą wytwarzać większe części przy niższych kosztach i mniejszych ilościach.

Dordan: Redukcja kosztów oprzyrządowania i zwiększenie produktywności

Dordan Manufacturing Inc., rodzinna firma z Woodstock w stanie Illinois z 61-letnią historią, stała się liderem w termoformowaniu cienkościennych produktów, takich jak kubki na napoje, pokrywki i pojemniki na żywność. Chandler Slavin-Bond, dyrektor ds. marketingu w firmie Dordan, podkreśla znaczące zalety termoformowania w porównaniu z formowaniem wtryskowym, w szczególności w zakresie redukcji kosztów form i zwiększonej szybkości produkcji. "W porównaniu do formowania wtryskowego, termoformowanie oferuje znaczne oszczędności w kosztach form i poprawę produktywności" - mówi.

Ponadto zauważa, że termoformowanie podwójnych arkuszy - proces, który wytwarza dwu- lub wielowarstwowe puste w środku elementy z tworzyw sztucznych - zyskuje na popularności na rynku przemysłowego formowania z rozdmuchiwaniem. "Podobnie jak formowanie wtryskowe, formy do termoformowania z dwoma arkuszami są tańsze niż formy do formowania z rozdmuchiwaniem i mogą wytwarzać bardziej złożone kształty".

Slavin-Bond dodaje również, że czynniki makroekonomiczne napędzają rozwój innego obszaru produktów: termoformowanych plastikowych tacek używanych w zautomatyzowanym montażu części. Te sztywne, cienkościenne tace służą do precyzyjnego pozycjonowania komponentów na liniach montażowych.

Rola Dordana w termoformowaniu pudełka na sneakersy Nike SB Green Lobster stanowi godny uwagi przykład pokonywania ograniczeń produkcyjnych. Nike sprzedawało sneakersy entuzjastom deskorolki, wykorzystując motyw homara i projektując termoformowane pudełko, które przypominało torbę wędkarską używaną na łodziach handlowych. Pudełko zawierało akrylowy panel o grubości 1/8 cala, zaprojektowany tak, aby wyglądał jak zamarznięte jezioro.

Rosnące uznanie dla termoformowania

Pomimo tych innowacji i postępów, Waddell zwraca uwagę, że wiele osób nadal nie w pełni rozumie możliwości termoformowania. "Nie wiedzą o formowaniu dwuwarstwowym lub ciśnieniowym, ani o tym, co można osiągnąć dzięki tym procesom. Myślą, że wszystko musi być formowane wtryskowo". Ponieważ jednak liderzy branży, tacy jak Waddell, Carlin, Engelmann i Slavin-Bond, nadal promują termoformowanie i jego różnorodne możliwości, świadomość tej technologii prawdopodobnie wzrośnie.

Więcej przykładów innowacyjnych części termoformowanych można znaleźć w pokazie slajdów PlasticsToday, prezentującym niektórych zwycięzców konkursu. SPE Thermoforming Division odbywającego się co dwa lata konkursu części, który odbył się podczas spotkania stowarzyszenia w Cleveland w dniach 23-26 października.

Oryginalne źródło:

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