Vakuumformen: Ein umfassender Leitfaden

„Von komplex detaillierten 3D-Teilen bis hin zur Herstellung großer Mengen ist das Vakuumformen ein wertvoller Prozess. Entdecken Sie die Vorteile, Einschränkungen und Anwendungen in diesem umfassenden Leitfaden.“

In der Kunststoffverarbeitungsindustrie bezieht sich Vakuumformen auf einen Thermoformprozess für Kleinserien, der für die Produktion kleiner Stückzahlen von Teilen verwendet wird. Aufgrund seiner hohen Effizienz und wirtschaftlichen Kosten im Vergleich zum Spritzgießen findet es in der Regel in der Pharma- und Automobilindustrie breite Anwendung. Darüber hinaus hilft es dabei, Prototypen mit empfindlichen Funktionen zu reproduzieren, von Blisterpackungen für Medikamente bis hin zu Aufhängungs- und Innenkomponenten von Automobilen. Für optimale Ergebnisse müssen jedoch verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, sowohl hinsichtlich der richtigen Materialauswahl als auch der Betriebsprozessparameter wie Temperatur, Drücke und Nachahmungsgeschwindigkeit. Usw. 

Dieser Blog bietet hilfreiche Informationen über Vakuumgussverfahreneinschließlich der Funktionsweise, der wichtigsten Schritte, der industriellen Anwendungen, der Vorteile, der Grenzen und anderer wichtiger Aspekte für die Produktentwicklung und die Kleinserienfertigung.

Was ist Vakuumformen?

Vakuumformen

Vakuumformbarer Kunststoff ist ein herkömmlicher Kunststoffherstellungs- oder Extrusionsprozess, bei dem Platten aus Duroplasten oder Thermoplasten mit einer Dicke von ca. 6–10 mm zur Herstellung verschiedener 3D-Artikel für den industriellen Einsatz verwendet werden. Im Betrieb wird ein Vakuumdruck erzeugt, der das gewünschte Kunststoffmaterial in die maßgeschneiderte Form saugt, die die Form und die genauen Spezifikationen des Teils vorgibt. Der für den Prozess erforderliche optimale Vakuumluftdruck und die optimale Temperatur liegen bei 9.8 bis 12.25 psi. Ca. Zoll Vakuum und ein Temperaturbereich von 115 – 165 ˚C. 

Im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, deren Markteinführung für den vorgesehenen Verwendungszweck mehrere Tage bis Wochen in Anspruch nimmt, nimmt die Erstellung exakter Teilespezifikationen in der Regel nur minimale Zeit in Anspruch. Darüber hinaus ist das industrielle Vakuumformen ein relativ wirtschaftliches Verfahren für den Massenproduktionsbedarf. 

Vakuumformen: Prozessablauf

Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung für den kundenspezifischen Vakuumformprozess. 

• Zunächst wird mithilfe einer 3D-CAD-Software die vorgegebene Form des gewünschten Kunststoffteils oder Produkts entworfen. 
• Anschließend erstellen Formenbauer die perforierten und peripheren oder abgewinkelten Vakuumformen für die Verarbeitung von Thermoplasten. Diese abgewinkelten Formen werden zunächst vorgewärmt, um das Herausspringen der Kunststoffprodukte nach Abschluss des Vakuumformprozesses zu erleichtern. Abhängig von der erforderlichen Festigkeit und den genauen Spezifikationen der Teile werden typischerweise Materialien wie Aluminiumguss, Holz, Polystyrol oder Strukturschaum verwendet. 
• Nach der Formkonstruktionsphase gelangt es in die Vakuumformmaschine. Hierbei wird die vorgesehene Kunststoffplatte fachgerecht über die Umformmaschine gespannt. Dieser Klemmgriff spannt das Blech fest, um Ungenauigkeiten während des Vorgangs zu vermeiden. 
• Das Blech wird dann abhängig von der zu verarbeitenden Materialart gleichmäßig durch eine Heizquelle erhitzt (bei Anwendungen, die eine gleichmäßigere Wärmedurchdringung erfordern, werden normalerweise Doppelheizungen empfohlen). Dadurch kann sich die Folie ausdehnen und unterhalb der Glasübergangstemperatur schmelzen. 
• Anschließend wird die gestreckte, erhitzte Folie an die Oberfläche der Form gedrückt, indem ein Luftvakuum erzeugt wird, um die in der Kunststofffolie und der Form eingeschlossene Luft zu entfernen. 
• Anschließend wird das Teil abgekühlt und zur Endbearbeitung aus der Form ausgeworfen, z. B. zum Beschneiden, Eloxieren, Verfeinern der Texturen usw., abhängig vom zu formenden Material. 

Welche Arten von Vakuumformmaschinen gibt es?

Es gibt verschiedene gängige Arten von Vakuumformmaschinen, die in der Kunststoffverarbeitungsindustrie weit verbreitet sind. Drei gängige Maschinen darunter sind: 

• Tisch-Vakuumformmaschinen
• Mittelgroße Vakuumformmaschinen
• Industrielle Vakuumformmaschinen
• DIY-Tiefziehmaschinen

Tisch-Vakuumformmaschine 

Tisch-Vakuumformmaschine

Tisch-Vakuumformmaschinen sind in der Regel für individuell angepasste Formanwendungen konzipiert. Diese Maschinen sind relativ einfach zu bedienen, haben eine kompakte Form und eignen sich für die Verarbeitung von thermoplastischen Platten mit einer Dicke von weniger als 6 mm. 

Mittelgroße Vakuumformplatten

Diese Maschinen werden im Allgemeinen zur Erstellung kleiner bis mittelgroßer Prototypen verwendet. Sie ermöglichen es Herstellern, Teile in kleinen, kundenspezifischen Chargen zu formen, indem sie eine einfache, halbautomatische Steuerung des Formprozesses ermöglichen. 

Industrielle Vakuumformmaschine

Industrielle Vakuumformmaschine

Diese Maschinen sind speziell für kommerzielle Anwendungen konzipiert. Fertigungsindustrien wie das Gesundheitswesen, die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrtindustrie, die Konsumgüterindustrie und die Verpackungsindustrie nutzen diese Maschinen in ihren hauseigenen Produktionslinien. Industrielle Vakuumformmaschinen bieten gegenüber anderen Maschinen wirtschaftliche Vorteile, da Designer noch kritischere und kompliziertere Designs formen können. 

DIY-Thermoformmaschinen

Wie der Name schon sagt, sind DIY-Maschinen hauptsächlich für die Ausbildung von Jugendlichen und Kindern konzipiert. Sie sind tragbar, einfach zu bedienen und eignen sich gut für einfachere Designs. 

Vakuumformen vs. Vakuumformen Druckformung: Hauptunterschiede

Vakuumformen und Druckformen sind Arten von Thermoform- oder Herstellungstechniken für Kunststoffe. Obwohl die Terminologien gleich klingen, weisen sie Unterschiede auf. Lassen Sie uns die besonderen Aspekte dieser Techniken untersuchen. 

Tabelle: Unterschied zwischen Vakuumformen und Druckformen

Materialien, die im Vakuumformungsprozess verwendet werden

Es gibt mehrere kompatible Materialien, von Thermoplasten bis hin zu Duroplasten, die im Thermoform-Kunststoffverfahren verarbeitet werden. Diese Materialien sind für ihre besonderen Eigenschaften bekannt und bieten zahlreiche Vorteile in Bezug auf Haltbarkeit und einfache Herstellbarkeit. Nachfolgend sind einige der gebräuchlichsten thermoplastischen Materialien aufgeführt.

• ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol)
• Delrin oder Acetal
• PETG (Polyethylenterephthalat-Glykol)
• PMMA (Acryl)
• (HDPE) Polyethylen hoher Dichte 
• (PC) Polycarbonatplatten
• (PS) Polystyrol
• Polyvinylidenfluorid (PVDF)

Bezüglich: Die 9 wichtigsten Materialien für den Spritzguss

Vorteile des kundenspezifischen Vakuumformens

Das kundenspezifische Vakuumformen bietet Herstellern zahlreiche Vorteile. Einige ihrer Vorteile sind gegeben durch:

• Vakuumformen erfordert in der Regel geringe Form- und Werkzeugkosten. Darüber hinaus kann eine einzige Form für mehrere Schüsse verwendet werden. 
• Der Prozess kann Entwürfe schnell in erforderliche Formen und Produkte umwandeln. Daher ist es erheblich zeiteffizienter, große Teilemengen in kurzer Zeit zu verarbeiten, im Gegensatz zu herkömmlichen Techniken, bei denen die Markteinführung von Teilen mehrere Tage dauert. 
• Das Vakuumformen bietet Kompatibilität für die Verarbeitung verschiedener Thermoplasttypen. 
• Es ist äußerst anpassungsfähig, um Teile zu formen, die detailliertere Feature-Designs und schnelles Prototyping erfordern. 
• Die Herstellung mehrerer Teile ist relativ einfacher als bei herkömmlichen Verfahren. 
• Das Vakuumformen gilt als kostengünstiges Verfahren, da es Designflexibilität und Formanpassung bietet, indem es Designern ermöglicht, während der prozessbegleitenden Teilefertigung mehr Texturen, Farben und Modifikationen hinzuzufügen. 
• Der Prozess erzeugt langlebige und dennoch leichte Produkte. Darüber hinaus ist der Materialabfall beim Vakuumformen minimal und kann später recycelt werden. Daher hat es keine Auswirkungen auf die Umwelt und erweist sich als nachhaltiger Produktbildungsprozess. 
• Die Ersteinrichtung erfordert ein minimales Budget und minimale Betriebskosten. 

Nachteile des kundenspezifischen Vakuumformens

Allerdings weist das Vakuumformen auch einige Einschränkungen auf. Lassen Sie uns ihre Nachteile herausfinden.

• Das Vakuumformen ist auf Teile beschränkt, die höchste Präzision und Genauigkeit erfordern. Es werden nur einfachere Teilegeometrien berücksichtigt. 
• Bei großen Chargen ist das Verfahren teuer und ineffizient, da eine Form gleichzeitig ein Design verarbeiten kann. 
• Bei rauen Oberflächen reicht oft das Vakuumformen aus. Daher sind möglicherweise zusätzliche Prozesse wie Nachbeschneiden, Polieren usw. erforderlich, um die optimale Oberflächenbeschaffenheit zu erzielen, was zusätzliche Kosten für den Prozess verursacht.
• Die wiederholte Verwendung einer einzigen Form während des Vakuumformens kann zu Konstruktionsfehlern der Form führen und sich letztendlich auf die Herstellung des Teils auswirken. Es kann schwierig sein, diese Ausfälle später wieder auszugleichen und das Gesamtprojektbudget zu beeinflussen. 
• Vakuumformen wird im Allgemeinen für dünne Thermoplastplatten verwendet. Merkmale wie Vorsprünge und Rippen lassen sich beim Thermoformen nur schwer integrieren. Darüber hinaus kann es bei dickeren Blechen während des Prozesses zu Verformungen und Kavitationsproblemen kommen. Daher müssen Kunststoffplatten gedehnt gehalten werden, um das Risiko einer dünnen Wandbildung zu verringern.

Anwendungen des Vakuumformens 

Das Vakuumformverfahren ist in vielen Branchen weit verbreitet, da es leichte und dennoch hochwertige Teile erzeugt. Zu den bekanntesten Branchen gehören:

Automobilindustrie

Maßgeschneidertes Vakuumformen hilft dabei, Innen- und Außenteile von Autos zu formen. Es handelt sich um einen wirtschaftlichen Prozess, der OEM-Designern hilft, leichte und langlebige Teile für Automobile zu entwickeln, z. Ersatzräder, Innenverkleidungen, Rohlinge und Motorinnenteile. 

Gesundheitsindustrie

Vakuumgeformte medizinische Produkte

Mehrere sterilisierte Teile, die üblicherweise zur Sicherheit der Patienten verwendet werden, werden durch Vakuumformen hergestellt. Medicare-Experten profitieren von der Herstellung von Geräten wie Gehäusen und Gehäusen für implantierbare Maschinen, Spritzenkomponenten und Verpackungsschalen. Darüber hinaus zeichnen sich vakuumgeformte Teile durch Eigenschaften wie Beständigkeit gegen Chemikalien, Verunreinigungen und Rost aus.

Luft-und Raumfahrtindustrie

Die Innen- und Außenteile von Flugzeugen erfordern im Allgemeinen kompakte, feuerbeständige und schwerelose Teile, um die Funktionalität der Komponenten und die Gesamtleistung zu verbessern. Diese Teile entsprechen branchenweit strengen Qualitätsstandards. Zu den gängigen vakuumgeformten Teilen gehören Innenverkleidungen, Sitzschalen, Tabletttische und Luftkanäle. 

Konsumgüterindustrie

Täglich verwendetes Kunststoffzubehör

Vakuumformen hilft bei der Herstellung zahlreicher Konsumgüter für den täglichen Gebrauch. Es verleiht Teilen Eigenschaften wie verbesserte Optik, Ästhetik und Texturen und erhöht die Haltbarkeit und Langlebigkeit. Einige Beispiele hierfür sind Reisezubehör, Babyspielzeug, Aufbewahrungsboxen, Einweg-Plastikflaschen, Heimdekoration, Point-of-Purchase-Ständer (POPs) und Gehäuse für elektronische Geräte. 

Verpackungsindustrie

Vakuumformen spielt im Verpackungsbereich eine wichtige Rolle, da es hygienische und sterilisierbare Teile zur Erhaltung der Frische erzeugt. Es handelt sich insbesondere um eine effiziente Technik zur Verbesserung der Langlebigkeit, Sichtbarkeit und des Schutzes eines Produkts. Beispiele hierfür sind Klappschalen, Blisterverpackungen usw.

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Summieren

Vakuumformen hat sich zu einem weit verbreiteten Verfahren zur Herstellung von Teilen mit hoher Wiederholgenauigkeit und Leistung entwickelt. Aufgrund seiner Kompatibilität mit vielen technischen Kunststoffen und Polymeren richtete es den Fokus der Industriellen auf die Herstellung von Teilen. Darüber hinaus bietet es große Flexibilität in Bezug auf Individualisierung und Personalisierung der Fertigung. 

Es gibt jedoch einige mit dem Prozess verbundene Einschränkungen wie Verformung und Kavitation. Dennoch bietet es vielseitige Vorteile und hilft vielen Fertigungssektoren, von der Luft- und Raumfahrt bis zur Konsumgüterindustrie, durch die Bereitstellung hochwertiger Teile bei minimaler Durchlaufzeit. 

Häufig gestellte Fragen

Q1. Welche Faktoren sind bei der Entscheidung, ob Vakuumgießen das richtige Verfahren für Ihr Projekt ist, zu berücksichtigen?

Während das Vakuumformen vielseitige Vorteile bietet, ist es in den folgenden Szenarien möglicherweise keine geeignete Wahl: komplizierte Designmuster und wenn Sie Teile in großen Mengen benötigen. Entscheiden Sie sich in diesen Fällen für ein alternatives Verfahren zum Vakuumformen, z. B. Spritzguss oder CNC-Bearbeitung. 

Q2. Vakuumgießen vs. Vakuumformen: Sind sie dasselbe?

Aber, Vakuumgießen, und Umformung weisen dabei sogar Ähnlichkeiten auf. Es gibt Unterschiede in der Materialverwendung. Beim Vakuumformen werden üblicherweise Kunststofffolien zum Formen von Teilen verwendet. Im Gegensatz dazu wird beim Vakuumgießen flüssiges Harz zur Teileherstellung verwendet. 

Q3. Was sind die häufigsten Probleme beim Vakuumformungsprozess?

Die Teile oder Produkte können während des Prozesses aufgrund von unzureichendem Vakuumdruck und Überhitzung zu Verformungen und Kavitation führen. 

Q4. Welche Materialplattendicken können vakuumgeformt werden?

Im Allgemeinen kann je nach beabsichtigter Anwendung und dem vakuumgeformten Material eine thermoplastische Folie mit einer Dicke zwischen 0.0005 und 0.50 Zoll verwendet werden. 

F5. Welche Anwendungen gibt es beim Vakuumformen in der Lebensmittelindustrie?

Vakuumformen findet in der gesamten Lebensmittelindustrie große Anwendung, da es desinfizierte Produkte in Lebensmittelqualität wie z. B. kartonartige Plastikeier und Obstbehälter bereitstellt.

Ressourcen

Jim Throne Consultant, (2011), Thermoforming: Applied Plastics Engineering Handbook; Abgerufen von Science Direct