Vakuumformen:Was ist das und wie funktioniert es?

Vakuumformen ist ein Thermoformverfahren, das Vorteile wie niedrige Herstellungskosten, reduzierte Formkosten und eine hohe Effizienz bei der Herstellung hochwertiger Produkte bietet. Von kleineren Teilen wie pharmazeutischen Blisterverpackungen bis hin zu größeren Autoteilen wird Vakuumformen in vielen Branchen eingesetzt.

Der Prozess ist jedoch mit mehreren Feinheiten verbunden, so dass es vor seiner Auswahl erforderlich ist, den Prozess zu verstehen. In diesem Artikel werden der Prozess, kompatible Materialien und Maschinen sowie seine Anwendungen erläutert.

Vakuumformen ist ein Kunststoffherstellungsverfahren, bei dem ein Kunststoffpolymer mit einer Maschine erhitzt wird, bis es biegsam ist, bevor es über eine Form gezogen wird. Es handelt sich um einen wichtigen Prozess bei der Kleinserienfertigung von Kunststoffteilen.

Das Verfahren ist trotz ihrer Unterschiede mit Thermoplasten und Duroplasten kompatibel. Daher sollte die Verwendung dieser Stoffe nur nach einem gründlichen Verständnis ihrer Eigenschaften erfolgen. Dennoch bevorzugen die meisten Hersteller aufgrund ihrer Recyclingfähigkeit Thermoplaste.

Wie funktioniert Vakuumformen?

Vakuumformen ist ein unkomplizierter Herstellungsprozess, der fünf Hauptschritte umfasst, die im Folgenden erläutert werden:

Schritt 1:Erstellen der Vakuumform

Zur Herstellung einer Vakuumform verwenden Hersteller Aluminiumguss, Holz, Strukturschaum oder 3D-gedruckte Kunststoffe. Jedes Material hat seine besonderen Vorteile und Grenzen. Beispielsweise sind 3D-gedruckte Kunststoffe einfacher herzustellen und man kann in der Form komplexere Designs erstellen. Andererseits kann Aluminium die geeignete Wahl sein, wenn die Festigkeit ein entscheidender Faktor ist.

Meistens haben die Formen Tausende von Entlüftungslöchern. Diese Löcher dienen als Durchgang für eingeschlossene Luft während des Formens, um Lufteinschlüsse zu verhindern. Darüber hinaus muss die Form in der Lage sein, Wärme zu leiten, um die Abkühlzeit des Endprodukts zu verkürzen. Genau wie beim Urethan-Vakuumguss ist es wichtig, die Form vorzuwärmen, bevor der Kunststoff-Vakuumformprozess beginnt.

Schritt 2:Spannvorgang

Nachdem Sie die Form in die Maschine eingesetzt haben, legen Sie die Kunststofffolie richtig auf die Maschine. Die Klemme muss stark genug sein, um den Kunststoff während des gesamten Formvorgangs zu halten; seine Stärke hängt von der Maschine ab. Die meisten Klemmen können Materialien mit einer Dicke von 6 bis 10 mm halten.

Schritt 3:Erhitzungsprozess

Dabei wird die Kunststofffolie mithilfe einer Heizung unterhalb der Glasübergangstemperatur geschmolzen. Die Heizung verfügt über eine Strahlungsquelle, um ihre Funktion zu erfüllen, und die Aufheizzeit hängt von der Art des Kunststoffs ab, mit dem gearbeitet wird.

Hinweis:Es ist wichtig, die Hitze gleichmäßig auf die gesamte Kunststofffolie aufzubringen.

Schritt 4:Staubsaugen

Nachdem Sie die erhitzte Kunststofffolie mit Druckluft gedehnt haben, legen Sie ein Vakuum an, um sie zu ziehen und über die Oberfläche der Form zu verteilen. Das Vakuum entfernt eingeschlossene Luft, während die Kunststofffolie die Form der Form annimmt.

Das Teil muss ausreichend abkühlen, da eine unzureichende Kühlung zur Verformung des Endteils führen kann.

Schritt 5:Trimmen und Fertigstellen

Beim Trimmen wird überschüssiges Kunststoffmaterial abgeschnitten. Je nach Größe und Beschaffenheit können Sie den Zuschnitt mit einem Handmesser oder einer Bandsäge vornehmen. Darüber hinaus benötigen die Vakuumformprodukte möglicherweise zusätzliche Löcher oder andere Designs, um sie zu vervollständigen.

Aus diesem Grund nutzen Hersteller Bohren, Rollenschneiden, CNC-Bearbeitung und vieles mehr, um präzise und genaue Löcher und Merkmale zu erzeugen. Außerdem können Sie die Qualität und das Aussehen des Teils durch Nachbearbeitungsprozesse wie Vakuummetallisierung verbessern.

Typen von Vakuumformmaschinen

Jede im Herstellungsprozess verwendete Maschine hat ihre einzigartigen Qualitäten und Merkmale. Daher sollten Sie die verschiedenen verfügbaren Maschinen verstehen. Nachfolgend sind die Haupttypen aufgeführt.

Industrielle Vakuumformmaschine

Dieser Maschinentyp nimmt viel Platz ein und eignet sich am besten für die kommerzielle Fertigung. Außerdem können Teile mit komplexen Formen und Designs hergestellt werden. Ein wichtiges Merkmal von Maschinen dieser Klasse besteht darin, dass Konstrukteure die aktuellen Parameter ändern können, ohne den Produktionszyklus zu unterbrechen.

Mittelgroße Vakuumformmaschine

Hersteller verwenden Maschinen dieser Klasse zur Herstellung kleiner bis mittelgroßer Kunststoffteile für den Prototypenbau und die Kleinserienfertigung. Bei mittelgroßen Vakuumformmaschinen hat man aufgrund der halbautomatischen Funktion mehr Autonomie über den Prozess.

Tisch-Vakuumformmaschine

Diese Maschinenklasse ist tragbar, einfach zu bedienen und für persönliche Umformanwendungen konzipiert. Tisch-Vakuumformmaschinen eignen sich am besten für Materialien mit einer Dicke von nicht mehr als 6 mm.

DIY-Vakuumformmaschine

Dies ist ein perfektes Lehrmittel für Kinder und Jugendliche. Es wird manuell bedient und kann nur für Teile mit einfachen Funktionen verwendet werden.

Materialien zum Vakuumformen

Es gibt mehrere Materialien, die mit dem Herstellungsprozess kompatibel sind. Jedes hat einzigartige Eigenschaften. Polycarbonat verfügt beispielsweise über eine hohe Zugfestigkeit, wodurch es in Strukturteilen einsetzbar ist. Zu den gängigen Materialien für den Prozess gehören:

• Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
• Polycarbonat (PC)
• Polypropylen (PP)
• Polyvinylidenfluorid (PVDF)
• Polyethylenterephthalat-Glykol (PETG)
• Polyvinylchlorid (PVC)
• Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS)
• Acryl (PMMA)
• Hochdichtes Polyethylen (HDPE)

Vorteile des Vakuumformens

Hersteller verwenden Vakuumformen aufgrund der folgenden Vorteile.

1. Kostengünstig

Vakuumformen ist die kostengünstigste Kunststoffverarbeitungsmethode für die Produktion kleiner Stückzahlen. Dies ist mit den verlorenen Kosten für die Prototypenerstellung und die Erstellung der Vakuumformform verbunden. Die Formkosten sind niedrig, da die Hersteller sie aus erschwinglichen und leicht zugänglichen Materialien herstellen. Außerdem können Sie die Form bei der Herstellung ähnlicher Teile wiederverwenden.

2. Bearbeitungszeit

Im Vergleich zu herkömmlichen Verarbeitungsmethoden ist die Zeit zur Herstellung der Werkzeugform kurz und sogar noch kürzer, wenn die Formen im 3D-Drucker hergestellt werden. Beim Vakuumformen ist die Zeit zwischen der Erstellung des Entwurfs für die Fertigung und der tatsächlichen Produktion kurz. Dies erhöht die Produktionseffizienz und verkürzt die Zeit, die Ihr Produkt auf den Markt bringt.

3. Designflexibilität und Vielseitigkeit

Obwohl mit einer Form Teile mit demselben Design hergestellt werden, können Konstrukteure diese Formen modifizieren, um sie besser an ihre Bedürfnisse anzupassen. Dies erhöht die Kreativität, da man ohne nennenswerte Kosten oder Verzögerungen mit neuen Ideen experimentieren und Prototypen erstellen kann. Darüber hinaus bietet das Vakuumformen mehr Farboptionen und individuelle Anpassungsmöglichkeiten. Damit können Hersteller einzigartige Designs und personalisierte Teile zu einem fairen Preis erstellen.

4. Genauigkeit und Präzision

Das Vakuumformen von Kunststoff ist ein präziser Herstellungsprozess. Das Endteil nimmt die exakte Form der Form an, was bei Verwendung derselben Form von Charge zu Charge zu einer einheitlichen Form und Größe führt. Genauigkeit und Präzision sind entscheidend für Komponenten, die in ein anderes Teil passen müssen. Daher ist es bei der Teilemontage anwendbar.

5. Kompatibilität

Vakuumformen ist mit den meisten Kunststoffmaterialien kompatibel. Beispielsweise können Hersteller sowohl transparente als auch durchscheinende Teile herstellen, die in Lebensmittelverpackungen verwendet werden können. Zu den gängigen Materialien, die mit dem Verfahren kompatibel sind, gehören Polycarbonat, Propylen und hochdichtes Polyethylen.

6. Umweltfreundlich

Der Vakuumformprozess schadet der Umwelt nicht, da er kaum oder gar keinen Abfall produziert. Außerdem kann man das überschüssige Kunststoffmaterial problemlos recyceln und für die zukünftige Produktion verwenden.

Nachteile des Vakuumformens

Das Vakuumformen weist einige Einschränkungen auf, bietet jedoch viele Vorteile. Dazu gehören:

Einfachheit

Sie können zwar kundenspezifische Teile erstellen, eine Form erzeugt jedoch nur eine begrenzte Menge an Details, und das Vakuumformen ist für Teile mit einem hohen Detaillierungsgrad möglicherweise nicht effektiv. Daher muss die Form einfach und das Design geradlinig sein.

Nicht für die Massenproduktion geeignet

Beim Vakuumformen wird jeweils ein Teil hergestellt, wodurch es für die Produktion kleiner Stückzahlen geeignet ist. Bei einer Massenproduktion kann dies jedoch zeitaufwändig sein.

Verzugsgefahr

Vakuumformen eignet sich für Kunststoffe mit dünnen Wänden. Dickere Wände erhöhen die Gefahr von Kunststoffverformungen. Um dies zu vermeiden, muss man die Kunststofffolie dehnen, um die Wandstärke zu verringern.

Kontinuierlicher Fehler

Der Vorteil der Wiederverwendung einer Vakuumformform zur Kosteneinsparung kann eine Einschränkung darstellen, da jede Beschädigung der Form zu erheblichen Schäden am Endprodukt führt und dies zu Produktrückrufen und Verlusten führen kann.

Anwendungen des Vakuumformens

Das Vakuumformverfahren wird branchenübergreifend zur Herstellung vieler Produkte eingesetzt. Einige der häufigsten Anwendungen sind:

Automobil und Transport

Das Kunststoff-Vakuumformen ist eine kostengünstige Möglichkeit zur Herstellung von Autoteilen, da es detaillierte Designs an Teilen ermöglicht und mit kleinen und großen Autoteilen kompatibel ist. Darüber hinaus wird Kunststoffmaterial zu einer sehr dünnen Folie gedehnt, was das Gewicht des Teils reduziert und die Kraftstoffeffizienz erhöht.

Hersteller von Autoteilen nutzen Vakuumformen zur Herstellung von Fensterrohlingen, Stoßstangen, Wannen, Innenverkleidungen, Reserveradabdeckungen und vielem mehr.

Lebensmittelverpackung

Das Vakuumformen ist in der Lebensmittelverpackungsindustrie anwendbar, da sich damit problemlos lebensmittelechte Kunststoffe formen lassen. Denn diese Kunststoffqualität ist wie Polycarbonat leicht sterilisierbar, verhindert Kontaminationen, reduziert Lebensmittelschäden und bewahrt die Frische.

Konsumgüter

Es gibt eine endlose Liste von Vakuumformprodukten, die bei der Herstellung von Konsumgütern verwendet werden. Denn das Vakuumformen eignet sich ideal für Teile, die leicht, langlebig und ästhetisch ansprechend sein müssen. Beispiele hierfür sind Kinderspielzeug, Bade- und Duschwannen, Aufbewahrungsboxen und vieles mehr.

Benutzerdefinierte Teile und Spezialeffekte

Hersteller in vielen Branchen nutzen das Vakuumformen, um einzigartige Teile individuell anzupassen. Dies ist wichtig, um Designs und Eigenschaften für Spezialeffekte hinzuzufügen. Beim Vakuumformen werden komplexe Logos und Symbole auf einem Teil angebracht.

Was sind die Unterschiede zwischen Vakuumformen, Thermoformen und Druckformen?

Thermoformen ist der Oberbegriff, der die Herstellung eines 3D-Teils aus einer Kunststoffplatte beschreibt. Vakuumformen und Druckformen sind die beiden Hauptarten des Thermoformens. Der Unterschied liegt im Formprinzip, der Art und der Anzahl der verwendeten Formen.

Prinzip

Beim Druckformen wird unter Druck stehende Luft verwendet, um die erhitzte Kunststofffolie in eine Form zu drücken, bevor die andere auf den geformten Kunststoff gelegt wird. Beim Vakuumformen hingegen wird der warme Kunststoff durch Vakuumdruck über oder in die Form gezogen.

Typen und Anzahl der Formen

Beim Thermoformen werden zwei Arten von Formen verwendet:männliche Formen (die eine konvexe Form haben) und weibliche Formen (die eine konkave Form haben). Bei Verwendung einer Patrize wird die Kunststofffolie darüber gelegt, damit sie in das Teil passt. Bei Verwendung einer Negativform passt diese um die Thermoplastplatte und formt deren Außenmaße präzise.

Im Allgemeinen kann man beim Vakuumformen die männliche oder weibliche Form verwenden, bei der eine einzige Form und Vakuumdruck verwendet werden, um den Teilen die gewünschte Form zu geben.

Druckformen funktioniert anders. Anstatt um eine Form zu saugen, wird eine erhitzte Kunststofffolie zwischen zwei Formen gepresst. Dies ist nützlich bei der Herstellung von Kunststoffteilen, die auf beiden Seiten präzise geformt werden müssen oder wenn ein Tiefziehen erforderlich ist.

Schlussfolgerung

Vakuumformen ist die einfachste Methode, wiederholbare Kunststoffteile wirtschaftlich herzustellen. Es nutzt Vakuumdruck und Wärme, um seinen Betrieb auszuführen. Hersteller kombinieren dieses Vakuumformen häufig mit anderen Herstellungsverfahren, um Funktionalität und Ästhetik zu verbessern.

Es gibt mehrere Aspekte des Vakuumformens, die über den Erfolg der Operation entscheiden. Zum Beispiel die Wahl der besten Form und des besten Materials. Aus diesem Grund wurde in diesem Artikel ein Teil des Vakuumformens besprochen. Bei WayKen können unsere Ingenieure und Designer auf Ihre Anforderungen an die Produktion von Kleinserienteilen eingehen, vom Prototyping bis hin zu kompletten Produktionsläufen.

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FAQs

Wann ist Vakuumformen nicht die richtige Wahl?

Obwohl das Vakuumformen viele Vorteile bietet, ist dieses Verfahren möglicherweise nicht das beste, wenn die Teile, die Sie herstellen möchten, sehr komplexe Designs und Merkmale aufweisen, das gewünschte Produkt in großen Mengen hergestellt wird und die Zeit bis zur Markteinführung kurz ist. Ziehen Sie in jeder dieser Situationen andere geeignete Alternativen in Betracht.

Was kann beim Vakuumformen schiefgehen?

Wie bei anderen Herstellungsprozessen ist es auch beim Formen von Teilen wichtig, einige Vorsichtsmaßnahmen zu treffen. Es können Fehler wie Verwerfungen und ungleichmäßige Wandstärken des Endteils auftreten. Diese Mängel können die Funktionalität des Teils beeinträchtigen. Daher sollte man sie vermeiden, indem man den Luftdruck und andere Parameter anpasst.

Sind Vakuumgießen und Vakuumformen dasselbe?

Obwohl das Prinzip für beide das gleiche sein mag, gibt es einen Unterschied. Beim Vakuumgießen ist das Ausgangsmaterial ein flüssiges Harz, während es beim Vakuumformen eine feste Kunststofffolie ist.