Tiefziehen Kunststoff - Thermoformen

Ein Kunststoff Tiefziehteil ist ein im Thermoforming-Verfahren erstelltes Kunststoffteil. Durch Fortschritte in der Maschinentechnik und dank innovativer Materialien werden Kunststoff Tiefziehteile für immer mehr Anwendungen interessant. Gerade die günstigen Werkzeugkosten und schnelle Projekt-Vorlaufzeiten positionieren das Kunststoff Tiefziehen als sehr interessante Herstellungsmethode.

Wie wird beim Tiefziehen Kunststoff eigentlich verformt? Der Formprozess beim Thermoformen erfolgt auf diese Weise: 

1. Erwärmung: Im ersten Schritt wird beim Kunststoff Tiefziehen der Thermoplast auf die vorgegebene Umformtemperatur erhitzt.
2. Formgebung: Während des Formvorgangs wird beim Tiefziehen das Halbzeug in die gewünschte Form gezogen. Das Material wird dabei in einen Rahmen eingespannt und auf das Werkzeug gelegt.
3. Abkühlung: Sobald das Halbzeug mit dem Werkzeug in Berührung kommt, setzt der Abkühlprozess ein. Die werkzeugseitige Materialoberfläche kühlt durch die Berührung mit der Aluminiumoberfläche ab.
4. Trennung: Nachdem das tiefgezogene Teil abgekühlt ist, erfolgt die Entformung. Trennverfahren wie Stanzen (Messerschnitt oder Scherschnitt) und Fräsen werden eingesetzt, um die Materialreste zu entfernen.

Das Thermoformen von Kunststoff erfordert in der Regel nur wenige Minuten. Die Geschwindigkeit und Dauer der Takt- und Fertigungszeiten hängen vor allem von der Dicke des Ausgangsmaterials ab. Wenn der Kunststoff dünn ist, lässt sich der Tiefziehprozess entsprechend schneller durchführen. 

Der längste Teil des Verfahrens entsteht beim Kunststoff Tiefziehen durch das Erhitzen der Kunststoffplatte. Der eigentliche Tiefziehvorgang hingegen erfolgt innerhalb von Sekunden. Anschließend wird das Formteil einige Minuten lang gekühlt und gehärtet.

formary bietet im Kunststoff Tiefziehen verschiedene Werkzeugoptionen für Prototypen und Serie.

Musterwerkzeug:

• 3D-Druck-Werkzeuge einzelner Nester
• Vollflächige 3D-Druck-Werkzeuge
• Ureol-Werkzeuge von Teilsegmenten
• Vollflächige Ureol-Werkzeuge

Serienwerkzeug:

• Serien-Werkzeug aus Aluminium mit Teil-Fräsung einzelner Nester zum Passungstest der Bauteile
• Serien-Werkzeug aus Aluminium

Mehr zu Werkzeugauslegungen, Spezialkomponenten und Prototypen Optionen erfahren Sie hier.

Die Schwierigkeit des Kunststoff Tiefziehens hängt dabei vor allem davon ab, bei welcher Temperatur sich das Material verformen lässt, wie groß das Temperaturfenster ist, wie sehr das Material beim Erweichen durchhängt, wie gut es sich verstrecken lässt und wie sehr es während und nach der Verarbeitung schwindet. Auch die notwendige Maschinenausstattung und Werkzeugtechnik spielen eine Rolle, da Materialien, die bei hoher Temperatur gezogen werden, eine komplexere Kühlung im Werkzeug voraussetzen.

Eigenschaften der Kunststoffe 

Hochschlagfestes Polystorol (HI PS), umgangssprachlich im Thermoformen einfach PS genannt, gilt als der Referenzkunststoff, da er sehr gute Thermoformeigenschaften in den genannten Bereichen aufweist. Auf der anderen Seite gilt Polypropylen (PP) als sehr schwer tiefzuziehen, da hier alleine die hohe Schwindung von 2% (das Tiefziehteil verliert 2% an Volumen nach Kühlung) und der enorme Durchhang dem Kunststoff Tiefzieher das Leben schwer machen. Hier werden teilweise auch weitere Maschinenkomponenten benötigt, um dem Durchhang entgegenzuwirken. 

Beim Kunststoff Tiefziehen können so gut wie alle gängigen Thermoplaste eingesetzt werden. Wichtig ist, dass das Material in Form von Platten oder Folien extrudiert, folglich durch Kunststoff Extrusion, bezogen werden kann, da beim Kunststoff Thermoformen vor-extrudiertes Material verwendet wird. 

Welche Arten von Kunststoffen gibt es?

Unterschieden wird zum einen in amorphe und teilkristalline Thermoplaste, welche sich vom Aufbau unterscheiden. Während amorphe Kunststoffe in der Regel schon bei niedrigeren Temperaturen erweichen und sich formen lassen, bleiben teilkristallin Kunststoffe länger fest. Die Aufschmelzung der kristallinen Strukturen kommt erst bei hohen Temperaturen, dann aber sehr schnell, das heißt das Fenster zum Thermoformen ist klein. Diese Tatsache macht die Verarbeitung von teilkristallinen Kunststoffen von Natur aus schwieriger.

Auch in Standard und technische Kunststoffe wird unterschieden, wobei hier vor allem die Temperaturbeständigkeit ausschlaggebend ist. Weiter werden neben den Mono-Kunststoffen auch Compounds und Mehrschichtfolien verwendet, die aus verschiedenen Kunststoffen in Schichtform extrudiert, bestehen. 

Diese Kunststoffe werden zum Tiefziehen verwendet 

Gängige Kunststoffe sind die amorphen Thermoplaste 

• ABS
• PS
• PMMA
• PC 

sowie die teilkristallinen Thermoplaste 

• PP
• HD-PE
• A-PET
• PET-G 
• und PVC.

formary arbeitet im Kunststoff Tiefziehen nach funktionsorientiertem Toleranzdesign, d.h. aus den Produkt-Anforderungen werden die Toleranzen abgeleitet.

Vor allem bei Automatisierungsprojekten müssen die Toleranzen im Thermoforming von Anfang an geklärt werden. Sollten geforderte Toleranzen für das Kunststoff Tiefziehen nicht einhaltbar sein, weisen wir frühzeitig darauf hin, bzw. arbeiten an Optionen. 

Übersicht der Toleranzen bei Kunststoff Tiefziehteilen: 

• Längenmaße nach ISO 2768-m: 
  • 30 bis 120mm: +/- 0,3mm
  • 120 bis 400mm: +/- 0,5mm
  • 400 bis 1.000mm: +/- 0,8mm
  • 1.000 bis 2.000mm: +/- 1,2mm
• Längenmaße nach ISO 2768-c:
  • 30 bis 120mm: +/- 0,8mm
  • 120 bis 400mm: +/- 1,2mm
  • 400 bis 1.000mm: +/- 2,0mm
  • 1.000 bis 2.000mm: +/- 3,0mm
• Bohrlochdurchmesser: 
  • 0,15mm für Löcher <25mm
  • 0,25mm für Löcher zwischen 25 und 125mm
• Schlitze: 
  • 0,25mm für Löcher <25mm
  • 0,5mm für Löcher zwischen 25 und 125mm
• Fräsen: 
  • 0,5mm für Löcher auch >125mm

Für das Pressen des erhitzten Kunststoffs auf das Werkzeug, dessen Form das Tiefziehteil annehmen soll, stehen beim Tiefziehen von Kunststoff zwei Techniken zur Verfügung: Vakuumformen und Druckluftformen:

Vakuumformen

Beim Vakuum Tiefziehen saugt ein Unterdruck, der durch eine Vakuumpumpe erzeugt wird, das Material auf das Werkzeug. Durch kleinere Umformdrücke von max. 1 bar wird das Verfahren primär zur Herstellung von unkomplizierteren Tiefziehteilen eingesetzt, die v.a. günstig hergestellt werden müssen, da üblicherweise ein günstigeres Werkzeug und einfachere Maschinen genutzt werden.

Für das Pressen des erhitzten Kunststoffs auf das Werkzeug, dessen Form das Tiefziehteil annehmen soll, stehen beim Kunststoff Tiefziehen zwei Techniken zur Verfügung: Vakuum-Tiefziehen und Druckluft-Tiefziehen. 

Druckluftformen

Beim Druckluft-Tiefziehen wird das Material mit Druckluft an das Werkzeug gedrückt. Hier sind deutlich höhere Drücke von 10 bar möglich. Aufgrund der kürzeren notwendigen Heiz- und Kühlzeit (durch höhere Drücke) können schnellere Taktzeiten erreicht werden, was dem Stückpreis entgegenkommt. Auch können komplexere Geometrien damit geformt werden.

Neben hohen Stückzahlen lohnt sich Druckluftformen vor allem für hohe mechanische und optische Anforderungen wie Klarsicht und Materialverteilung bei technischen Kunststoffen wie Polycarbonat. Auch vorbedruckte Teile sind mit Druckluft deutlich besser zu formen. Mehr erfahren

Alternativen zum Kunststoff Tiefziehen sind in der Kunststoffverarbeitung der 3D-Druck und das Spritzgießen.
Stark vereinfacht kommen 3D-Druck Techniken für kleinere Stückzahlen zum Einsatz, während Spritzguss nach wie vor bei großen Stückzahlen preislich interessant sind. 

Historisch betrachtet liegt das Kunststoff Thermoformen daher zwischen 3D-Druck (Kleinstmengen oder Prototypen) und Spritzguss (große Stückzahlen). Allerdings machen neue und optimierte Techniken und Materialien das Kunststoff Tiefziehen in ganz neuen Bereichen interessant, die vielen Firmen in der Form nicht bekannt sind. 

Kunststoff Tiefziehteile können mit verschiedenen Oberflächenbearbeitungen behandelt werden, um diese optimal für deren Einsatz vorzubereiten. formary bietet im Kunststoff Tiefziehen folgende Oberflächenbehandlungen an: 

• Polieren
• Lackieren
• Bedrucken
• Metallisieren
• Galvanisieren

Mehr zur Oberflächenbehandlung erfahren

Im Kunststoff Tiefziehen gibt es verschiedene Schnittverfahren, welche angewendet werden können.

• Stanzen im Kunststoff Tiefziehen
  • Rollenstanze
  • Bandstahlstanze
  • Scherschnittwerkzeug mit Matrize und Partie
• Fräsen im Kunststoff Tiefziehen
  • Mehrachsige Fräse
  • Wasserstrahlschneiden
  • Laserschneiden

Bei Stanz-Beschnitten können Grate, also Kanten, Faserungen oder kleine Splitter am Rand des Kunststoff Tiefziehteils auftreten. Wenn der Einsatz des Endproduktes beim Kunststoff Tiefziehen eine glatte Randkontur erfordert, kann zusätzlich entgratet werden. Die Entgratung wird entweder manuell mit einem Entgratungsmesser durchgeführt oder durch automatisierte Roboterarme nach dem Fräsvorgang.

Mehr zu Trennen & Schneiden

Ja, Kunststoff Tiefziehen bietet viele Möglichkeiten zur Baugruppenmontage oder dem Anbringen zusätzlicher Komponenten am Kunststoff Tiefziehteil.

• Schweißen im Kunststoff Tiefziehen
  • Rotationsschweißen
  • Ultraschallschweißen
  • Vibrationsschweißen
  • Heizelementschweißen
  • Hochfrequenzschweißen
  • Induktionsschweißen
     
• Verkleben im Kunststoff Tiefziehen
  Beim Verkleben im Kunststoff Tiefziehen muss ein passender Klebstoff zum jeweiligen Thermoplast gewählt werden. Oftmals sind unsere Materiallieferanten hier unterstützend tätig.
  
  Bei der Verklebung ist es beim Thermoformen wichtig, dass die Oberflächen frei von Partikeln sind. Manche Thermoplaste mit antiadhäsiven Oberflächen, wie PP oder HD-PE, können zusätzlich erst nach einer chemischen Oberflächenvorbehandlung verklebt werden.
   
• Verschrauben im Kunststoff Tiefziehen
  Aufgrund der niedrigen Festigkeit von Kunststoffen gilt es höhere Durchmesser zu benutzen.
  
  Es empfiehlt sich auf spezielle Kunststoffschrauben zu achten.

Mehr Infos zum Verbinden von Kunststoff Tiefziehteilen