Co to jest Termoformowanie

Termoformowanie to jedna z najbardziej widowiskowych technologii jakie wymyślił człowiek. Polega ona na przekształceniu płaskiego, bardzo prostego w kształcie półwyrobu, w wyrób o kształcie bardziej lub mniej rozwiniętym w przestrzeni. Wszystko to odbywa się na oczach zdumionych obserwatorów, nie podejrzewających nawet, ile wiedzy trzeba posiadać by osiągnąć spodziewany efekt. Wspomnianym półwyrobem do przekształcenia może być tylko wyrób z tworzywa termoplastycznego, jako że tylko ten materiał konstrukcyjny wykazuje w odpowiedniej temperaturze stan wysokiej elastyczności – stan w którym tworzywo daje się kształtować z dziecinną łatwością bez utraty spójności wewnętrznej ciała stałego.

thermoforming machine 4000 x 2000

Do termoformowania używamy najczęściej półwyrobów płaskich cienkich, czyli folii i grubszych, czyli płyt. Wykonywane są one z tworzyw opartych na kilku polimerach. Należą do nich poliwęglan (PC), polimetakrylan metylu (PMMA), poliamid (PA) i kopolimer akrylonitrylobutadieno- styrenowy (ABS), używane do produkcji kształtek technicznych oraz poli(tereftalan etylenu) (PET), polistyren (PS), polipropylen (PP), polichlorek winylu (PVC) i polietylen (PE) stosowane najczęściej do wytwarzania opakowań. Dla osiągnięcia specjalnych własności powłoki (powierzchni) wyrobu termoformowanego wykorzystuje się półwyroby wielowarstwowe.

Pierwszym krokiem w technologii termoformowania jest doprowadzenie półwyrobu do stanu wysokiej elastyczności. Można to osiągnąć przez ogrzanie płyty lub folii za pomocą grzałek. Grzanie powinno być możliwie szybkie a nagrzanie równomierne na całej powierzchni. Najczęściej stosowane systemy grzania oparte są na promieniowaniu (grzałki bezstykowe: ceramiczne, kwarcowe, halogenowe) lub na przewodzeniu (grzałki stykowe). Temperaturę do jakiej należy nagrzać tworzywo najlepiej jest odczytać z krzywej termomechanicznej wykonanej dla danego tworzywa. W literaturze można znaleźć krzywe termomechaniczne dla tworzyw termoplastyczny amorficznych i semikrystalicznych. Grzanie półwyrobu może odbywać się w dowolnym miejscu. Istotne jednak jest by w miejscu formowania półwyrób miał odpowiednią temperaturę. Ważny jest więc czas jaki upływa między końcem grzania a początkiem formowania – powinien być jak najkrótszy. W praktyce stosuje się grzanie w miejscu formowania jak i grzanie poza miejscem formowania. Mamy więc termoformierki jednostacyjne i dwustacyjne. Istnieją też rozwiązania gdzie grzanie i formowanie realizowane jest przez dwa oddzielne urządzenia. W zależności od grubości półwyrobu zaleca się grzanie jednostronne lub dwustronne. Dwustronne wymaga podtrzymania nagrzewanego tworzywa opadającego w wyniku oddziaływania przyciągania ziemskiego.

Podczas formowania płyta lub folia utwierdzona jest na krawędziach pomiędzy ramką dolną i ramką górną. Przekształcanie płaskiego półwyrobu w wyrób rozwinięty w przestrzeni odbywa się przez rozciąganie jego powierzchni. Powoduje to, przy niezmiennej przecież objętości półwyrobu, zmniejszanie jego grubości. To zmniejszanie nie jest równomierne na powierzchni i praktyczne nie jest możliwe wyprodukowanie wyrobu przez termoformowanie, który ma we wszystkich miejscach taką samą grubość ścianki. Nie jesteśmy jednak bez szans by rozkład grubości był w miarę równomierny. Podczas formowania można zastosować wiele dodatkowych operacji poprawiając w ten sposób rozkład grubości w wyrobie. Do tego konieczna jest wiedza oraz odpowiednie wyposażenie termoformierki.

Konieczne do termoformowania i odwzorowania kształtu narzędzia noszą nazwę wzorników (form) i są narzędziami jednostronnymi. To właśnie sprawia, że proces termoformowania, w odróżnieniu od technologii wtryskiwania czy rozdmuchu, może być łatwo obserwowany. Wzorniki (formy) dla kreślonego kształtu mogą być wykonywane jako pozytywowe (wypukłe) i negatywowe (wklęsłe). Zastosowanie jednego lub drugiego rozwiązania zależy od kilku czynników:

  1. zakładanego rozrzutu grubości ścianki,
  2. rozstrzygnięcia, która strona wyrobu ma być widoczna (prawa) – czy ta od strony wzornika czy strona swobodna,
  3. struktury powierzchni jaką powinna posiadać prawa strona kształtki,
  4. założonych tolerancji wymiarów produkowanej kształtki.

Podczas formowania próżniowego naprężenia nie są duże, dlatego też formy nie są narażone na duże obciążenie. Wobec tego materiały stosowane na wzorniki mogą być bardzo różne. Dobór materiału na wzornik (formę) zależy głównie od przewidywanej liczby kształtek, jaka ma być na nim wykonana. Przy niedużych seriach można wykonywać formy z materiałów drewnopochodnych lub z żywic polimerowych. Przy seriach dużych wykonuje się je ze stopów aluminium, rzadko ze stali.

Termoformowanie charakteryzuje się wieloma zaletami do których można zaliczy:

  1. małe nakłady inwestycyjne w przeliczeniu na jedną sztukę wyrobu lub jej ciężar,
  2. tanie narzędzia, co zmniejsza ryzyko uruchomienia nowej produkcji,
  3. możliwość szybkiego wykonywania prototypów i małych serii z różnych tworzyw,
  4. rentowność produkcji także w przypadku małych serii,
  5. możliwość otrzymania wyrobów o dużej powierzchni, cienkich i bardzo cienkich,
  6. krótki cykl wytwarzania, duża wydajność (oczywiście nie taka, jak w technologii wtryskiwania),
  7. możliwość zastosowaniu form wielokrotnych, pozwalających wytworzyć wiele wyrobów w jednym cyklu,
  8. duży wybór materiałów wyjściowych.

FAIR

Najpoważniejszą wadą technologii termoformowania jest wysoka cena materiału w przeliczeniu na jednostkę masy wyrobu. Koszt materiału w wyrobie termoformowanym jest przeciętnie o 100% wyższy od kosztu tworzyw w technologii wtryskiwania. Także duży odpad powstający w wyniku oddzielania kształtki od pozostałej części arkusza jest niewątpliwą wadą tej technologii.

Termoformowanie to proces bardzo efektowny, ale jednocześnie stosunkowo trudny. Do osiągnięcia sukcesu konieczne jest tu głęboka wiedza o tworzywach lub długoletnie doświadczenie zawodowe. Nie bez znaczenia jest także koszt materiału wyjściowego. Przetwórca korzystający z technologii wtryskiwania może wykonać kilkanaście czy kilkadziesiąt wtrysków próbnych zanim ustali optymalne parametry procesu. Ceny tworzyw, szczególnie płyt do termoformowania, nie pozawalają na taką rozrzutność przy uruchamianiu produkcji w technologii termoformowania.

Autor – dr inż. Leszek Nakonieczny

Program sterujący ZW3D do obrabiarek CNC SMARTCUT

Nasze 5-osiowe centra obróbcze SMARTCUT mogą być opcjonalnie wyposażone w program sterująco-kontrolny ZW3D. Jest to oprogramowanie specjalnie stworzone do współpracy […]

SPALINE – nowa linia maszyn do termoformowania

Z sukcesem zaprojektowaliśmy i uruchomiliśmy pierwsze maszyny specjalnie przeznaczone do głębokiego tłoczenia wanien z hydromasażem i innych, podobnych elementów. Urządzenia […]