Thermoformen, auch Tiefziehen genannt, ist ein Kunststoff verarbeitendes Produktionsverfahren. Aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten und des folglich großen Produktspektrums haben sich die Produzenten der Branche auf unterschiedliche Felder spezialisiert. Welche Leistungen und Lösungen Dr. Fischer den Industriekunden bietet, unter welchen Voraussetzungen sich das Thermoformverfahren als Lösung für Ihre individuellen Anforderungen eignet und wo im Angebotsfeld wir uns positionieren, haben wir Ihnen übersichtlich zusammengestellt:
- Wie funktioniert Tiefziehen?
- So funktioniert eine Tiefziehmaschine
- Leistungsmerkmale des Tiefziehens
- Unterscheidung Thermoformen und Tiefziehen
- Welche Kunststoffe kann man tiefziehen?
- Ausgangsmaterial: Platten- oder Rollenware
- Ausgangsmaterialstärke vs. Wanddickenverteilung
- Einseitige Werkzeugberührung
- Positiv- und Negativformung
- Beispiel einiger Tiefziehteile
- Vergleich mit anderen Produktionsverfahren
- Voraussetzungen unserer Kunden
Unsere maximalen Bauteilabmessungen
2.200 mm
Länge
1.300 mm
Breite
620 mm
Höhe
Wie funktioniert Tiefziehen?
Erwärmen
Beim Tiefziehprozess wird die extrudierte Kunststoffplatte zunächst bis zur Erweichungstemperatur erhitzt. Die Platte wird dabei mit dem Spannrahmen festgehalten, dass sie nicht in die Maschine fallen kann. Der sogenannte Spannrand wird während des Tiefziehvorgangs nicht miterhitzt.
Die Kunststoffplatte wird gleichzeitig von oben und unten auf Temperatur gebracht. Das Heizsystem der Tiefziehmaschine verteilt sich auf einzelne Strahler, welche separat angesteuert werden können. Das Heizbild kann somit an die Geometrie des Bauteils angepasst werden.
Moderne Thermoformmaschinen erzeugen während des Heizprozesses einen Überdruck, um ein Durchhängen der Kunststoffplatte zu verhindern. Dadurch wird eine gleichmäßige Erweichung der Platte gewährleistet und einer ungleichmäßigen Verteilung des Materials vorgebeugt.
Beidseitiges Aufheizen der Kunststoffplatte bis zur plastischen Verformbarkeit
Vorstrecken durch Einblasen von Druckluft
Formen
Durch das Einblasen von Druckluft vor dem eigentlichen Umformprozess kann der Werkstoff vorgestreckt werden. Dabei bildet die Platte eine Kuppel, wodurch sich die Oberfläche vergrößert und der Kunststoff sich leichter auf hohe Werkzeuge legen lässt.
Sobald der Kunststoff die notwendige Kerntemperatur erreicht hat, wird die Platte mittels Unterdruck (Vakuum) über das Thermoformwerkzeug gezogen. Durch Bohrungen im Werkzeug wird die eingeschlossene Luft abgesaugt. Diese Bohrungen müssen einen sehr kleinen Durchmesser aufweisen, damit sich der Kunststoff nicht einziehen kann. Bei industriellen Fertigungsprozessen besteht das Werkzeug aus Aluminium.
Die Kunststoffplatte legt sich über das Thermoformwerkzeug und nimmt die Werkzeugform an. Tiefgezogene Bauteile bilden deshalb nur auf der Werkzeugseite eine exakte Kontur ab.
Absaugen der Luft durch das Werkzeug, bis der Kunststoff vollständig an der Form anliegt
Abkühlen mittels Gebläse und Werkzeugtemperierung
Anschließend wird das Thermoformteil auf die Dauergebrauchstemperatur abgekühlt. Dadurch wird der thermoplastische Kunststoff wieder formstabil. Das Abkühlen wird durch die Werkzeugtemperierung und das Maschinengebläse gesteuert.
Im finalen Arbeitsschritt wird das fertige Kunststoffteil entformt. Dabei wird Druckluft durch das Werkzeug eingeblasen, wodurch das Tiefziehteil aus der Form gehoben wird. Parallel dazu wird das Tiefziehwerkzeug nach unten gefahren. Das Bauteil bleibt während des gesamten Entformprozesses am Rand eingespannt.
Lösen des Tiefziehteils durch Einblasen von Druckluft und Absenken der Form
Tiefziehteil mit Spannrand
Nachdem der Tiefziehprozess durchlaufen wurde, wird das Tiefziehteil von der Maschine ausgegeben und kann weiterverarbeitet werden. Der Spannrand wird entfernt, da der Kunststoff hier nicht die Erweichungstemperatur erreicht hat und Spannungen im Bauteil entstehen können. Er kann durch Sägen oder Stanzen vom Fertigteil abgetrennt werden.
So funktioniert eine Tiefziehmaschine
Leistungsmerkmale des Tiefziehens
Vorteile:
- Wirtschaftlichkeit bei kleinen und mittleren Stückzahlen
- kostengünstige Produktion großflächiger Formteile
- Gewichtsreduktion durch dünnwandige Bauteile
- niedrige Werkzeugkosten
- Materialvielfalt
- Kombination verschiedener Kunststoffeigenschaften und Farben durch den Einsatz mehrschichtiger Halbzeuge
- Oberflächenqualität
- kurze Entwicklungszeiten ermöglichen schnelle Markteinführung
- Verwendung recycelter Kunststoffe möglich
- Detailgenauigkeit
Einschränkungen:
- Einsatz von Halbzeugen verlangt zusätzlichen Arbeitsschritt in der Produktionskette
- Formteil hat nur einseitig Kontakt zum Thermoformwerkzeug
- verfahrensbedingt entstehen Randabschnitte
Unterscheidung Thermoformen und Tiefziehen
Das Wort „Tiefziehen“ beschreibt den Umformprozess, bei dem eine flache Platte tief in eine Form gezogen wird. Der Begriff kommt vor allem in der Metallverarbeitung, aber auch in der Kunststoffherstellung vor. „Thermoformen“ ist spezifischer und beinhaltet nur Warmverformungen. Der Ursprung des Begriffs liegt im Bereich der Kunststoffverarbeitung. Es sollte bewusst eine Abgrenzung zur Metallverarbeitung geschaffen werden, die in der Regel ohne thermische Behandlung der Platte „tiefzieht“. Da beide Begriffe denselben Fertigungstyp beschreiben, werden sie in der Kunststoffverarbeitung synonym verwendet. Warmformen, Vakuumformen, Vakuum-Tiefziehen und Thermoforming beschreiben ebenfalls dasselbe Verfahren.
Welche Kunststoffe eignen sich für das Tiefziehen?
Beim Tiefziehen können theoretisch alle thermoplastischen Kunststoffe verarbeitet werden. Thermoplaste sind Polymere, also langkettige Kohlenstoffverbindungen, die sich unter Einwirkung von Wärme verformen lassen und nach dem Abkühlen ihre Form beibehalten. Auch Mischungen von Kunststoffen, sogenannte Blends, oder mehrschichtige Kunststoffplatten lassen sich mit Tiefziehmaschinen verarbeiten.
Die verschiedenen Thermoplaste unterscheiden sich in den Eigenschaften: chemische Beständigkeit, Wetterbeständigkeit, Gewicht, Schlagfestigkeit, Ermüdungsfestigkeit, Brandverhalten, Durchlässigkeit, Preis und viele weitere. Die Auswahl des richtigen Kunststoffs für das Tiefziehen hängt von den gewünschten Produkteigenschaften ab.
„Tiefziehteile werden individuell nach Kundenwünschen hergestellt und sind ein wichtiger Bestandteil vieler Industrieprodukte.“
Constantin Fischer, Geschäftsführer
Ausgangsmaterial: Platten- oder Rollenware
Sowohl Kunststofffolien als auch -platten lassen sich durch Thermoformen bearbeiten. Während Kunststofffolien (Stärke < 1 mm) dünn und flexibel sind, eignen sich Kunststoffplatten (Stärke > 1 mm) aufgrund ihrer Dicke und Steifigkeit besonders gut für komplexe Tiefziehanwendungen. Für Verpackungen wird häufig dünneres Ausgangsmaterial verwendet, während technische Thermoformteile regelmäßig mehr Stabilität brauchen. Kunststofffolien zieht man in Rollautomaten tief, indem sie von großen Rollen abgewickelt werden. Kunststoffplatten werden stapelweise in die automatisierten Tiefziehmaschinen eingelegt. In der Regel werden Teile aus Folien nach dem Tiefziehvorgang gestanzt und Kunststoffartikel aus Platten mit einer CNC-Fräse bearbeitet. Der Beschnitt auf den Fräsen ermöglicht deutlich komplexere Bauteile.
Dr. Fischer verarbeitet Kunststoffplatten ab einer Stärke von 1 mm. Die maximale Plattendicke liegt bei 12 mm. Wir haben uns auf technische Tiefziehteile für die Industrie spezialisiert.
1–12 mm
Ausgangsmaterialstärke
Ausgangsmaterialstärke vs. Wanddickenverteilung
Beim Tiefziehen verteilt sich die Wandstärke ungleichmäßig, da sich das Material in den tiefgezogenen Bereichen dehnt. Typischerweise wird die Wand in den stärker verstreckten Abschnitten dünner, während sie in den flacheren Bereichen relativ unverändert bleibt. Diese Verteilung ist ein natürlicher Effekt des Tiefziehprozesses und muss beim Konstruieren der Tiefziehteile berücksichtigt werden. Unsere Ingenieure optimieren die Formgebung, um die gewünschten Wandstärken zu erreichen und sicherzustellen, dass die strukturelle Integrität des Tiefziehteils gewährleistet ist. Durch die Steuerung der einzelnen Strahler beim Aufheizen der Kunststoffplatte lässt sich der Materialfluss beim Tiefziehvorgang ebenfalls beeinflussen. Außerdem können Stempel – von oben auf die warme Platte gedrückt – den Materialfluss lenken.
Das Zusammenspiel der Geometrie des Tiefziehteils und der Konstruktion des Werkzeugs, die technischen Möglichkeiten der Tiefziehmaschine und das Können des Maschinenführers bestimmen schlussendlich die Verteilung der Wandstärke im fertigen Tiefziehteil.
Einseitige Werkzeugberührung
Beim Thermoformen wird eine erhitzte Kunststoffplatte oder -folie in eine gewünschte Form gebracht, indem sie über eine Form gezogen oder in eine Form gesaugt wird. Bei der einseitigen Werkzeugberührung im Thermoformen wird das Material nur mit einem einzigen Werkzeug (Positiv- oder Negativform) in Kontakt gebracht. Das zweite Werkzeug fehlt oder wird lediglich als Rahmen verwendet.
Vorteile der einseitigen Werkzeugberührung
- Kosteneffizienz: Da nur ein Werkzeug für das Formen benötigt wird, sind die Werkzeugkosten niedriger.
- Schnelligkeit: Die Herstellung der Teile ist schneller, da weniger Schritte erforderlich sind.
- Designflexibilität: Einseitige Werkzeugberührung erlaubt eine große Designfreiheit und kann oft auch für komplexe Formen genutzt werden.
Einschränkungen
- Präzision: Es kann schwieriger sein, genaue Formdetails zu erreichen, da nur eine Seite formgebend ist. Umso dicker das Ausgangsmaterial, desto weniger scharf wird die werkzeugabgewandte Seite abgebildet.
- Materialdicke: Aufgrund des fehlenden zweiten Werkzeugs kann die Materialdicke variieren und weniger kontrollierbar sein.
Positiv- und Negativformung
Beim Tiefziehen gibt es zwei Hauptmethoden, die sich durch die Art des verwendeten Formwerkzeugs unterscheiden: Positivformung und Negativformung. Der Hauptunterschied zwischen Positiv- und Negativformung beim Thermoformen besteht in der Art des verwendeten Formwerkzeugs und der resultierenden Materialverteilung im Endprodukt.
Positivformung
Bei der Positivformung wird die erhitzte Kunststoffplatte über eine Positivform gezogen. Diese Form repräsentiert das gewünschte Endprodukt. Der Kunststoff wird mithilfe von Vakuum um die äußere Form des Werkzeugs gezogen, wodurch das Material gedehnt wird. Charakteristische Merkmale der Positivformung sind:
Materialverteilung: Die Kunststoffplatte ist normalerweise in der Mitte dicker und wird dünner, je weiter sie in das Formwerkzeug gezogen wird.
Formungspräzision: Da die Formung auf der Außenseite des Werkzeugs erfolgt, ist die Außenseite des fertigen Produkts genauer und detaillierter.
Negativformung
Bei der Negativformung wird die erhitzte Kunststoffplatte in eine Negativform gesaugt. Die Negativform bildet die Innenseite des Endprodukts ab. Charakteristische Merkmale der Negativformung sind:
Materialverteilung: Bei dieser Methode bleibt das Material an den Rändern dicker und wird zur Mitte hin dünner, da das Material in die Form gedrückt oder gesaugt wird.
Formungspräzision: Da die Form auf der Innenseite der Form entsteht, ist die Innenseite des fertigen Produkts detaillierter und präziser.
Beispiel einiger Tiefziehteile
Vergleich mit anderen Produktionsverfahren
Spritzguss
1. Wirtschaftlichkeit bei großen Teilen
Thermoformen ist besonders kosteneffizient für die Herstellung großer Kunststoffteile. Die Formen für das Tiefziehen sind im Vergleich zu denen für das Spritzgießen deutlich weniger komplex und kostengünstiger in der Herstellung.
2. Kürzere Entwicklungszeiten
Die Konstruktion und Herstellung der Werkzeuge für das Thermoformen nimmt weniger Zeit in Anspruch, was eine schnellere Markteinführung ermöglicht.
3. Flexibilität im Material
Tiefziehen bietet eine ausgezeichnete Flexibilität bei der Gestaltung von Produkten. Materialstärken können nachträglich erhöht oder reduziert werden.
4. Materialvielfalt
Thermoformen kann mit einer breiten Palette von Kunststoffmaterialien durchgeführt werden, einschließlich solcher, die für Spritzgießen ungeeignet sind. Es können auch bedruckte oder mehrschichtige Kunststoffplatten tiefgezogen werden.
5. Bessere Ästhetik bei großen Teilen
Bei Tiefziehteilen sind sehr glatte und detailreiche Oberflächen problemlos realisierbar, was sie ideal für sichtbare Komponenten macht.
6. Effizienz in der Kleinserienfertigung (500 bis 10.000 Stück/Jahr)
Für Kleinserien bietet das Thermoformen eine kostengünstige Lösung, da die Werkzeugkosten deutlich niedriger sind als beim Spritzgießen.
Fazit
Obwohl Spritzgießen seine eigenen Stärken in Bezug auf die Produktion hoher Volumina und die Herstellung komplexer Teile hat, bietet das Tiefziehen unbestreitbare Vorteile, vor allem wenn es um Flexibilität, Kosten- und Zeitersparnis bei der Produktion von großen oder mittelgroßen Teilen geht.
Blasformen
1. Vielseitigkeit bei Formen und Größen
Thermoformen bietet mehr Flexibilität bei der Herstellung verschiedener Formen, von flachen Platten bis zu komplexen dreidimensionalen Gebilden. Im Gegensatz dazu ist das Spritzblasformen hauptsächlich auf hohle Teile wie Flaschen und Behälter beschränkt.
2. Kosteneffizienz bei der Werkzeugherstellung
Die Werkzeuge für das Tiefziehen sind kostengünstiger zu produzieren als die komplexen Formen für das Spritzblasformen.
3. Schnellere Produktionszyklen
Thermoformen kann schneller sein als Spritzblasformen, besonders wenn es um den Prototypenbau und die Initialproduktion geht.
4. Materialvielfalt
Tiefziehen kann mit einer breiteren Palette von Kunststoffen durchgeführt werden, einschließlich Hochleistungskunststoffen und solchen, die speziell für ästhetische oder strukturelle Anforderungen ausgewählt werden. Spritzblasformen beschränkt sich oft auf Materialien, die gute Dehnungseigenschaften aufweisen, um den Blasvorgang zu unterstützen.
Fazit
Während das Spritzblasformen für die Herstellung von Hohlkörpern wie Flaschen und Behältern unverzichtbar ist, zeichnet sich das Tiefziehen durch Flexibilität, geringere Kosten und schnelle Produktionszyklen aus.
Rotationsformen
1. Höhere Produktionsgeschwindigkeit
Thermoformwerkzeuge können schneller aufgeheizt und abgekühlt werden, was die Herstellungszeit pro Teil erheblich reduziert.
2. Feinere Detailgenauigkeit
Tiefziehen ermöglicht eine höhere Detailgenauigkeit in den produzierten Teilen.
3. Geringere Werkzeugkosten
Die Werkzeuge für das Thermoformen sind günstiger in der Herstellung als die für das Rotationsformen, insbesondere wenn es um große oder komplex geformte Teile geht.
4. Vielfältige Materialoptionen
Tiefziehen erlaubt den Einsatz einer breiten Palette von Kunststoffen, einschließlich solcher mit speziellen Eigenschaften wie hohe Schlagfestigkeit, UV-Beständigkeit oder optische Klarheit.
5. Bessere Eignung für große, flache Teile
Während Rotationsformen ideal für große, hohle und komplexe Formen ist, eignet sich Thermoformen besonders gut für die Herstellung großer, flacher Teile wie Gehäuseabdeckungen, Verkleidungen und Schilder.
Fazit
Thermoformen bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Geschwindigkeit, Kosten, Detailgenauigkeit und Flexibilität. Für Projekte, die schnelle Iterationen und eine präzise Materialkontrolle erfordern, sowie für die Produktion von großen, detaillierten oder flachen Teilen bietet Thermoformen eine überlegene Lösung.
Formpressen
1. Geringere Werkzeugkosten
Einer der größten Vorteile des Thermoformens liegt in den relativ geringen Kosten für die Werkzeuge.
2. Schnellere Produktionszyklen
Tiefziehen ist schneller als Formpressen, insbesondere bei der Herstellung dünnerer und größerer Teile. Die Aufheiz- und Abkühlzeiten sind kürzer, was den gesamten Produktionsprozess beschleunigt.
3. Geringere Betriebskosten
Da Tiefziehen in der Regel niedrigere Temperaturen und geringeren Druck erfordert als das Formpressen, können die Energiekosten und der Verschleiß an der Ausrüstung reduziert werden.
Fazit
Das Thermoformen bietet zahlreiche Vorteile, darunter geringere Werkzeug- und Produktionskosten, schnellere Durchlaufzeiten, größere Designflexibilität und eine breite Materialvielfalt.
Was müssen Sie mitbringen?
Zeichnungen
Eine detaillierte Zeichnung ist entscheidend für die Herstellung funktioneller und qualitativ hochwertiger Tiefziehteile. Sie dient als Basis für die Konstruktion der Tiefziehformen und die Produktion der Kunststoffteile.
Um eine Tiefziehform herzustellen, sind sowohl 3-D-Daten als auch eine 2-D-Zeichnung des Bauteils nötig. Die Zeichnungen sollten die genauen Abmessungen sowie die Geometrie und Spezifikationen des Tiefziehteils umfassen. Sie dient als Grundlage für die Konstruktion der Tiefziehwerkzeuge und gewährleistet die präzise Umsetzung der Designanforderungen. Eine genaue Zeichnung erleichtert zudem die Kommunikation zwischen dem Hersteller und dem Kunden, um sicherzustellen, dass das endgültige Tiefziehprodukt den Erwartungen entspricht. Nach Absprache helfen wir Ihnen gerne dabei, die benötigten Zeichnungen zu entwickeln.
Auswahl Kunststoff
Wir verarbeiten eine Vielzahl unterschiedlicher Kunststoffe. Bitte teilen Sie uns mit, welches Material Sie einsetzen möchten. Gerne beraten wir zu diesem Thema, die endgültige Entscheidung liegt dann beim Kunden. Nur Sie kennen die genauen Einsatzbedingungen.
