Thermoforming

Thermoforming

Productie engineer spreken? info@batelaan.nl

Thermoforming is een techniek waarbij plastic platen door middel van warmte gevormd worden. Dit kan door middel van buigen of vacuümvormen/dieptrekken (met een matrijs). De basis van een thermovorm is altijd een plastic plaat.

Een negatieve matrijs wordt gebruikt als de buitenmaat van een product leidend zijn. Een positieve matrijs (zoals in de afbeelding wordt gebruikt als de binnenmaat van een product leidend is of een product niet tot op de mm nauwkeurig gevormd hoeft te worden. Een positieve matrijs is goedkoper omdat er voor een positieve matrijs minder materiaal nodig is om de matrijs te maken.

>>> Matrijskosten

Wat maken wij?

Wij maken kappen, trays en displays op maat door middel van thermoforming. Sinds 1963 zijn wij innovatief met kunststof bezig en zijn wij de specialist op het gebied van maatwerk kunststof producten.

 

Thermoform
Kunststof.

 

 

 

 

 

 

Kunststof tray Beschermkappen.

 

 

 

 

 

 

 

Sanquin Knijpflesdispenser

 

 

 

 

 

Extra informatie

Thermoforming machine aan het werk

Voordelen van thermoforming

Thermoforming is zo populair vanwege de volgende voordelen:

  1. Lage matrijskosten in vergelijking met spuitgieten en rotatiegieten
  2. Snelle doorlooptijd
  3. Veranderingen aan de matrijs zijn later in he proces nog mogelijk
  4. Grote vormvrijheid
  5. Grote keuze materialen
  6. Perfect heldere producten te vormen

>>> Presentatie over thermovormen voor engineers

Plaat vs Rol

Eerder werd aangehaald dat de basis van een thermovorm altijd een plastic plaat is; het is echter mogelijk zeer dun plastic materiaal (tot 2 mm) op rol te verkrijgen. De productietechniek blijft gelijk maar de materiaalaanvoer naar de machine kan dan makkelijker geautomatiseerd worden omdat de plastic rol vanzelf door de machine rolt. Materiaal van meer dan 2 mm dikte is niet op rol verkrijgbaar. Rol materiaal wordt voornamelijk ingezet in de verpakkingsbranche, bij bijvoorbeeld trays of blisters.

Thermoforming Nederland. Thermoforming.

Geschiedenis van thermoformen

Inleiding 

Thermoforming is een techniek waarbij uit een plaat folie door middel van warmte en luchtdruk een product gemaakt wordt. De plaat kunststof wordt verwarmd tot deze rubberachtig week is. Dan wordt deze door overdruk of onderdruk in een vorm gebracht en afgekoeld. Het zo ontstane product wordt uitgestantst en verder verwerkt. Enkele voorbeelden van producten die op deze wijze vervaardigd worden zijn: badkuipen, vijvers, patatbakjes, saladebakken enz. Het Thermoforming op industriële schaal begon pas in het begin van de jaren vijftig op te komen. Sindsdien ontwikkelde de techniek zich tot een productiemethode voor zowel grote als kleine series.

De geschiedenis van thermoforming

De eerste thermovormprodukten worden gefabriceerd tijdens de. Tweede Wereldoorlog. Het duurde een jaar of vijf voordat de techniek werkelijk de vleugels uit kon slaan. Voor een deel was dat te wijten aan de achterblijvende opbouw van bijbeho-rende technieken, zoals kalanderen, spuitgieten en extruderen.

Bij het Thermoforming is men behalve van de machines ook sterk afhankelijk van het aanbod aan plaat en folie.

De ontwikkeling 

Vanaf het begin heeft de verpakkingsindustrie grote mogelijkheden gezien in deze verwerkingstechniek. De machines waren niet at te duur, niet moeilijk te bedienen en de matrijskosten waren lager dan bij het spuitgieten.

In eerste aanleg richtte de thermovormindustrie zich vooral op folie en dunne plaat. Pas rond 1960 begon men de mogelijkheden van dikker plaatmateriaal te verkennen.

Ontwikkelingen bij de machines leidden tot een sterke verhoging van de productie per uur. Een capaciteit van 100.000 stuks per uur is al lang geen uitzondering meer.

In een groot aantal verpakkingen werd papier vervangen door gethermovormde kunststof. Styreen co-polymeer was het favoriete materiaal.

In de jaren tachtig gaf de elektronica - net als bij andere verwerkingstechnieken - een sterke impuls aan een betere beheersing van het verwarmingsproces, waardoor meer mogelijkheden binnen bereik kwamen. Het Thermoforming groeide uit tot een hoogwaardig productieproces waarmee ook producten voor de medische sector, de auto-industrie, de bouw en de Iucht- en ruimtevaart werden vervaardigd. In de loop van de jaren is een groot aantal typen machines ontwikkeld voor het verwerken van plaat en folie.

Verschuiving 

Meer dan bij het plaatvormen is er bij de verpakkingsindustrie sprake van een materiaalverschuiving. PVC verliest terrein en merkwaardig genoeg ligt ook polystyreen minder goed in de markt. Een uitgesproken voorkeur schijnt er te zijn voor polypropeen. Dit is Been gemakkelijk te werken materiaal, want het thermovorm traject van dit kristallijne materiaal is vrij smal. Maar de fabrikanten van thermovormmachines lijken dit probleem aardig opgelost te hebben.

De laatste jaren zijn er ontwikkelingen geweest in het Thermoforming van technische polymeren zoals polycarbonaat en blends daarvan. Vooral drukvormen, gecombineerd met vacuumtechnieken is een techniek die veel toegepast wordt.

Uit berekeningen van de kosten blijkt dat het Thermoforming van bepaalde technische producten, in series van 3000 of minder, goedkoper is dan spuitgieten. De komende jaren zullen de ontwikkelingen bij de machines waarschijnlijk in een minder hoog tempo verlopen. De aandacht zal meer gericht zijn op de mogelijkheden van materialen. En in de verpakkingsindustrie zal het probleem van de herverwerking zijn invloed zeker doen gelden.

De bekendste thermovormtechniek is het vervormen met onderdruk oftewel vacuumvormen wordt een drukverschil gecreëerd aan de onderzijde van een verwarmde thermoplastische folie of plaat.

De twee belangrijkste vacuumvormtechnieken zijn negatief en positief vormen.

Bij het negatiefvormen wordt het plaatmateriaal in de matrijs heen getrokken; de matrijsafdruk bevindt zich aan de binnenzijde van het voorwerp. Op deze twee ba-sismogelijkheden zijn talloze variaties bedacht, onder andere met druklucht voorverstrekken, "airslipmethoden", en mechanisch voorverstrekken met plunjers of bovenstempels.

Naast het vacuumvormen heeft ook het drukvormen een plaats gevonden. Afhankelijk van het materiaal is een overdruk van drie tot zes bar nodig. Over het algemeen wordt bij drukvormen de vorm nauwkeurig overgenomen en is de maatvoering preciezer. Daar staat tegenover dat de investeringskosten hoger zijn.

TSF 

Vergelijkt men drukvormen met spuitgieten - vooropgesteld dat een product voor beide verwerkingstechnieken geschikt is - dan ligt het omslagpunt tussen kosten en baten bij een seriegrootte van 3000-3500 stuks. Beneden de 3000 stuks zou spuitgieten duurder zijn.

Vrij nieuw is "twin sheet forming" (TSF), een methode am halie producten uit twee platen te vormen. Bij TSF vinden met behulp van vacuum- of persbewerkingen tegelijk plaats. In plaats. In samenwerking met Cannon Shelley ontwikkelde GE Plastics hiervoor een speciale constructie die in bestaande thermovormmachines past en in plaats van het klemframe komt.

De hulpconstructie maakt het mogelijk twee platen tegelijk te laden die op ongeveer 3 cm van elkaar worden vastgezet. Boven en onder bevinden zich verwarmingselementen die de platen eenzijdig verwarmen. Om te voorkomen dat de platen elkaar raken wordt er perslucht tussen gespoten.

Als de juiste temperatuur is bereikt worden de holle ma-trijsvormen tegen elkaar gedrukt. Een randprofiel zorgt voor het samen lassen van de platen.

Vormgevingstraject thermoforming

Temperatuur en stijfheid zijn bij kunststoffen nauw met elkaar verbonden. Stkjfheid kan omschreven worden als de bestandheid tegen vervormen, maar ook als de deelsom van spanning en defor-maties, ofwel als de E-modules. De E-modules is bij kunststoffen een petal dat afneemt bij stijging van de temperatuur. De waarden van de modulus kunnen in een gra-fiet worden uitgezet.

Bij amorfe kunststoffen kunnen duidelijk drie fasen worden on-derscheiden: glastoestand, rubbertoestand en smelt. Kristallijne kunststoffen vertonen een heel ander gedrag. Door de dichte structuur en de sterke interacties gaan de kristallijnen ketens niet over in de rubberfase maar krijgen pas een lage E-modu-les in de smeltfase. Dit heeft gevolgen voor het vervormen. Amorfe kunststoffen zijn binnen een breed temperatuurgebied to Thermoforming, kristallijne materialen slechts binnen de korte overgang van de kristallijne naar de gesmolten lase. Afhankelijk van de viscositeit moet de vervorming bij kristallijnen kunststoffen sores ver boven het kristallijne smeltpunt (PP).

Een groat aantal thermoplasten leent zich voor vacuOmvormen. Tevens kan worden gekozen twit verstrekte, gelamineerde, ge-coextrudeerde of bedrukte plaat of folie. Al doze combinaties hebben hun specifieke thermovorrnkenmerken.

Zo is het Thermoforming van ben- of tweezijdig verstrekt mated-aal gebonden aan een zeer nauwkeurige temperatuurinstelling. Het punt waarop de orientate verdwijnt ligt dicht bij het verwerkingspunt.

Transparante plaat of folie heeft een andere opwarmtijd dan gepigmenteerd materiaal. Niet alleen tussen de uitersten, transparant en zwart, is er verschil, maar oak tussen groen en blauw. Tot de moeilijkst te Thermoforming materialen behoren de coextrusiefolies.

Vervormvorming 

Vervorming Ieidt tot het dunner warden van de verschillende lagen in het eindproduct. Voor het behoud van de gewenste eigenschappen is het belangrijk dat de verschillende geexstrudeerde lagen binnen nauwe tolerantie blijven. De dunste plek bepaald na het Thermoforming de doorlatendheid. Bevlokt materiaal vraagt eveneens om zeer speciale aandacht. Het bestaat uit plaatmateriaal en de bevlokkingslaag. De bevlokking wordt meestal met een plastisol aan de plaat gelijmd.

Na het opbrengen van de bevlokkingsvezels volgt een elek-trostatische oplading, waardoor de vezels rechtop gaan staan en op maat geschoren warden. Echt dieptrekken is niet de be-doeling van het materiaal. Herverwerking of terugvoer, wat vaak mogelijk is bij het Thermoforming, is niet goed mogelijk. Dat geldt ook voor bedrukt materiaal. Hier geldt echter dat bij sommige producten de kleur van de onderplaat er niet toe doet omdat er nag een tweede decoratieve laag overheen komt.

Vooral nu PVC ter discussie staat als verpakkingsmateriaal en PP wordt gezien als vervanger, is een aanpassing van het productieproces noodzakelijk.

Veel PVC verwerkers zagen zich door consumentenorganisaties, publieke discussies en wetgeving genoodzaakt na te denken over het vervangen van PVC door andere materialen, b.v. PP, CAPS, PET en ABS

Belangrijk bij het omschakelen zijn de materiaaleigenschappen, de verwerkingsparameters en de machine-uitvoering.

PP wordt at jaren gebruikt voor de vervaardiging van gethermovormde bekers en schalen. Het is namelijk bestand tegen vet en hoge temperaturen.

Gezien de enorme aantallen waar het 0m gaat, hebben veel verwerkers gekozen voor de meest economische productiemethode: in-line-verwerking. Bij kleinere aantallen en veelvuldige matrijswisseling zal men uit kostenoverwegingen eerder uitgaan van rollen geextrudeerde folie.

Tolerantie 

Wordt PP-folie van kamertemperatuur tot het thermoplastische gebied verwarmd, dan zal het zeer sterk uitzetten. Dit Ieidt in het verwarmingsstation tot doorhangen van de folie, gevolgd door plooivorming in het vormstation. Dit kan men verheipen door een voor verwaming station in te bouwen dat de folie contant tot een temperatuur van circa 90-110°C voorverwarmt Dit zorgt ervoor dat de folie zoveel mogelijk is uitgezet voordat zij in het transportsysteem wordt gevoerd.

De resterende doorhang kan worden geëlimineerd door spreiding van het folie-transportsysteem in de hoofdverwarming van de machine.

Moderne voorverwarmingsstations hebben een hoog rendement en zijn compact gebouwd.

De verwerkingstemperatuur van PP ligt binnen een klein ge-bled. De temperatuurverdeling in de folie in het vormstation moet binnen ± 2°C liggen om een kwalitatief hoogwaardige producten te geven.

Om aan deze eis te kunnen voldoen wordt het gebruik aanbevolen van: - symmetrisch opgebouwde vlakstralers - speciale reflectoren aan de kettingbaan, om het temperatuursverlies aan de buitenkant te compenseren en de warmteafdracht naar de gekoelde kettingbaan te verminderen - gekoelde afdekplaten bij de folie-inloop, zodat uitsluitend een exact veelvoud van de doortrek Iengte verwarmd wordt - een in de bovenverwarming ingebouwde infraroodstralingspyrometer die de folietemperatuur in het laatste verwarmingsstadium controleert.

Verwarmingssnelheid Doordat de folietemperatuur tijdens het transport naar het vormstation weer daalt, moet de vervorming, vooral bij diepe producten, zeer snel plaatsvinden. Hierbij wordt drukvorming toegepast; de vormlucht tot 6 bar perst de folie in de vorm.

Polyknowledge