Vakuumformen ist ein gängiges Verfahren zur Herstellung von Kunststoffteilen und findet in verschiedenen Branchen breite Anwendung. Dabei wird Rohkunststoff mithilfe einer Form in die gewünschte Gestalt gebracht. Das Verfahren ist kostengünstig. In den folgenden Abschnitten dieses Artikels werden die Grundlagen des Vakuumformens erläutert, der komplexe Prozess genauer beschrieben, die gängigen Werkstoffe vorgestellt und Anwendungsgebiete aufgezeigt.
Was ist Vakuumformen?
Vakuumformen, auch Vakuumspritzgießen genannt, ist ein Verfahren, bei dem eine Kunststoffplatte eingespannt, erhitzt und anschließend durch Vakuumdruck in eine Form gezogen wird. Dadurch nimmt der erweichte Kunststoff exakt die Form und Oberfläche des Formhohlraums an. Nach dem Abkühlen wird das Formteil entnommen und gegebenenfalls nachbearbeitet.
Die verwendeten Formen sind in der Regel einfacher als bei Verfahren wie dem Spritzgießen und weisen keine komplexen inneren Hohlräume auf. Dadurch eignet sich das Vakuumformen ideal für kleine bis mittlere Produktionsserien (weniger als 3000 Stück) großer, relativ einfacher Teile wie Behälter und Verpackungen.
Vorteile und Nachteile des Vakuumformens von Kunststoffen
Wie alle Technologien hat auch das Vakuumformen seine Vor- und Nachteile.
| Vorteile | Nachteile |
| Einfach herzustellen. | Längere Zykluszeiten und Abhängigkeit von manueller Arbeit beim Be- und Entladen sowie beim Werkzeugwechsel. |
| Eine kostengünstige Alternative für die Serienfertigung kleiner bis mittlerer Stückzahlen. | Kann einige komplizierte Produkte, wie z. B. Innenhohlräume, Kanäle und gekrümmte Oberflächen, nicht verarbeiten. |
| Im Vergleich zu anderen Verfahren wie dem Spritzgießen sind die Investitionskosten relativ gering. | Die Präzisionstechnik im Vakuum ist relativ gering und liegt im Bereich von ±0.25 bis 1.5 Millimetern. |
| Das Design kann im Laufe des iterativen Prozesses an die jeweilige Situation angepasst werden. | Kann zu Verformungen und Oberflächenfehlern führen. |
| Kann verschiedene Größen verarbeiten, bis maximal 2000 mm x 1000 mm. |
Vakuumformen vs. Thermoformen vs. Druckformen
Vakuumformen, Thermoformen und Druckformen sind allesamt Verfahren zur Formgebung von Kunststoffteilen. Trotz ihrer Ähnlichkeit bestehen subtile und wichtige Unterschiede zwischen diesen Begriffen und Prozessen, die außerhalb der Kunststoffindustrie möglicherweise nicht so bekannt sind.
Vakuumformen vs. Druckformen
Vakuumformen und Druckformen verfolgen unterschiedliche Ansätze, um den Kunststoff in die Form zu bringen. Beim Vakuumformen wird eine thermoplastische Platte zunächst auf eine präzise Temperatur erhitzt und dadurch formbar. Sobald die Platte die richtige Temperatur erreicht hat, wird der heiße Kunststoff durch Vakuumdruck in oder über die Form gezogen. Das Druckformen unterscheidet sich vom Vakuumformen dadurch, dass es mit Luftdruck arbeitet. Auch hier beginnt der Prozess mit dem Erhitzen der Kunststoffplatte. Beim Druckformen wird die warme Kunststoffplatte mithilfe von Druckluft in die vorbereitete Form gepresst.
Vakuumformen vs. Thermoformen
Obwohl die Begriffe oft synonym verwendet werden, gibt es einen wichtigen Unterschied: Vakuumformen ist eine spezielle Art des Thermoformens, die ausschließlich auf Vakuumdruck basiert. Thermoformen im weiteren Sinne umfasst sowohl Vakuum- als auch Druckformen.
Beim Vakuumformen wird eine einzelne Form verwendet, während beim Thermoformen Positiv- und Negativformen zum Einsatz kommen. Für das Thermoformen wird außerdem CNC-gefrästes Aluminium benötigt. Nach dem Formen wird der Kunststoff abgekühlt und beschnitten, um das Endprodukt zu erhalten.
Das Thermoformen eignet sich derzeit am besten zur Herstellung komplexer Bauteile. Es ist besonders nützlich für die Fertigung von Hochleistungs- oder Schwerlastteilen in Bereichen wie medizinischen Tabletts, Karosserieteilen und hochwertigen Konsumgüterteilen.
Wie das Vakuumformen funktioniert
Vakuumformen ist ein Verfahren zur Formgebung von Kunststoffprodukten aus einer Kunststoffplatte. Es wird üblicherweise zur Herstellung großer Kunststoffbauteile eingesetzt, eignet sich aber auch für die Fertigung präziser Bauteile. Diese Anleitung führt Sie durch jeden Schritt des Vakuumformprozesses, von der Werkzeugmarkierung bis zur Endbearbeitung des Kunststoffs.
- Werkzeugherstellung
- Einrichten der Vakuumformmaschine
- HEATING / HEIZEN
- Vakumieren
- Abkühlen, Zuschneiden und Fertigstellen des Kunststoffs
Werfen wir nun einen genauen Blick darauf, wie das Vakuumformen funktioniert.
Werkzeugbau
Beginnen Sie mit der Herstellung des Werkzeugs aus Vakuumformmaterialien wie Modellbauplatten oder Aluminium, abhängig von Komplexität und Menge des zu formenden Kunststoffteils. Die Form sollte idealerweise konische Seiten mit einem Winkel von mindestens 2 Grad aufweisen. Mit dieser Konstruktion lassen sich die Kunststoffteile nach dem Fertigstellen leicht aus der Form lösen.
Einrichten der Vakuumformmaschine
Sobald die Form erstellt und über den Formkörper gelegt ist, wird die zu formende Kunststoffplatte fest in die Formmaschine eingespannt. Die Kunststoffplatte kann während des Erhitzens und Umformens in ihrer Position bleiben. Die Klemme reicht aus, um die Kunststoffplatte während des Umformprozesses zu fixieren, da sich die Platte zwar über dem Formkörper, aber nicht darauf befindet.
HEATING / HEIZEN
Mithilfe von Heizelementen wird die Kunststoffplatte erwärmt und formbar gemacht. Beim Umformen ist die präzise Einhaltung der Temperatur entscheidend, da pneumatischer Druck ober- und unterhalb der Platte wirkt. Pyrometer können zur Temperaturüberwachung der Kunststoffplatte in einer Vakuummaschine eingesetzt werden. Die Temperaturkontrolle auf Plattenebene und das Vorstrecken sind hilfreiche Hilfsmittel, um ein gleichmäßiges Ergebnis zu erzielen.
Vakumieren
Die Form wird auf dem Tisch positioniert, und die pneumatische Vorrichtung fährt nach oben zum Kunststoff. Sobald der Kunststoff die richtige Temperatur erreicht hat und ausreichend formbar ist, wird die Platte zur Formoberfläche gezogen, wo das Vakuum die Luft zwischen Form und Kunststoffplatte absaugt.
Abkühlen, Zuschneiden und Fertigstellen des Kunststoffs
Ventilatoren und kühle Luft kühlen und härten das frisch geformte, an der Form haftende Kunststoffteil, sodass es sich lösen lässt. Insbesondere das Besprühen des Formteils mit gekühltem Wasser verkürzt die Kühlzeit, erhält Form und Details und verhindert Verformungen. Das Formteil wird von der Form getrennt und kann anschließend weiterbearbeitet werden, beispielsweise durch Abschneiden mit einer Schere, Schleifen oder Glätten der Kanten. Abschließend wird das fertige Produkt gereinigt.
Gängige Werkstoffe für das Vakuumformen
Für das Vakuumformen stehen zahlreiche Kunststoffe zur Verfügung; die Auswahl des richtigen Materials für das jeweilige Projekt ist entscheidend. Im Folgenden werden die gängigsten Materialien für das Vakuumformen vorgestellt.
Acryl-Perspex (PMMA)
PMMA ist temperaturempfindlich und ein mittelstark bis stark festes Material. Für manche Anwendungen ist Transparenz erforderlich; in diesem Fall empfiehlt sich PMMA. Es findet breite Anwendung in Leuchten, Lichtdiffusoren, Dachkuppeln und Schildern. Da PMMA jedoch leicht splittert, eignet es sich aufgrund seiner Bruchgefahr eher für die manuelle Verarbeitung. Die Schrumpfungsrate liegt zwischen 0.3 % und 0.8 %. PMMA ist zudem mit Zellulose- und Emaille-Sprühfarben kompatibel.
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS)
Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), ein Gemisch aus Acrylnitril, Butadien und Styrol, ist ein robustes, hartes und formstabiles Material. ABS-Kunststoffe zeichnen sich durch ihre Witterungs- und Stoßfestigkeit aus. Sie finden Verwendung in Elektronikgehäusen, Gepäckstücken, Sanitärartikeln und Fahrzeugteilen. ABS lässt sich zudem leicht in hochauflösende Formen bringen.
Polycarbonat (PC)
Polycarbonat (PC) ist bekannt für seine dehnbaren, hygroskopischen Eigenschaften, seine Festigkeit und seine gute Formbarkeit. PC lässt sich bearbeiten, ultraschallschweißen, bietet eine ausgezeichnete elektrische Isolation, kann geklebt und gebohrt werden und ist spritzbar. PC ist chemikalienbeständig, mit Ausnahme von Laugen, Aromaten und Kohlenwasserstoffen. Es wird häufig für Vakuumformprodukte wie Brillengläser, Automobilkomponenten, Schutzausrüstung und Baumaterialien verwendet.
Polypropylen (PP)
Polypropylen (PP) ist sehr fest, aber schwierig zu verarbeiten. Beim Vakuumformen von PP ist eine präzise Temperaturkontrolle erforderlich, um ein Durchhängen der Platten zu verhindern. PP ist nicht hygroskopisch und weist eine Schrumpfungsrate von 1.5–2.2 % auf. PP ist in verschiedenen Farben erhältlich, darunter transluzent, schwarz, weiß und andersfarbig, lässt sich aber nicht besprühen. PP ist flexibel und nicht saugfähig, wodurch es sich für Chemikalientanks, Gehäuse, Gepäckstücke sowie Verpackungen für Lebensmittel oder Spielzeug eignet.
Schlagfestes Polystyrol (HIPS)
Hochschlagfestes Polystyrol (HIPS), eine Mischung aus Polystyrol und 5–10 % Kautschuk, ist nicht hygroskopisch, aber mittelstark bis fest und lässt sich daher gut formen und präzise gestalten. HIPS weist eine Schrumpfung von 0.3–0.5 auf und ist gut maschinell bearbeitbar, benötigt jedoch eine spezielle Grundierung. Aufgrund seiner geringen Beständigkeit eignet sich HIPS optimal für Anwendungen im Innenbereich. Es ist sehr leicht zu formen und in einer breiten Palette von Farben, Mustern und Texturen erhältlich. HIPS kann für die meisten Massenprodukte mit geringem Wert, wie z. B. viele (nicht sterile) Verpackungen, eingesetzt werden.
Polyethylenterephthalatglykol/Co-Polyester (PETG)
PETG ist attraktiv, robust und bietet hervorragende Formbarkeit. Es ermöglicht hochauflösende Darstellungen und eignet sich daher ideal für hygienische Verpackungen (z. B. für Lebensmittel und Medikamente) sowie für Displays (z. B. POS-Displays). Es lässt sich sägen, schneiden und fräsen, was die Verarbeitung vereinfacht. Stanzen und Lochen sind in begrenztem Umfang möglich. Im Druckverfahren können Farben und Tinten verwendet werden, die für Polyester geeignet sind. PETG ist sterilisierbar und beständig gegen Alkohole und saure Öle, jedoch nicht für die Verwendung mit stark alkalischen Lösungen.
Polyethylen (HDPE)
PE selbst ist anspruchsvoll in der Verarbeitung. PE-Schaum ist einfacher zu handhaben, muss aber bei niedrigen Temperaturen geformt werden. Aufgrund seiner Festigkeit, der geringen Schrumpfung von 2.0–3.5 % und seiner guten Chemikalienbeständigkeit eignet sich PE-Schaum hervorragend für diverse Anwendungen. HDPE lässt sich nicht spritzen, aber mit bestimmten Tinten bedrucken. HDPE wird für Wohnwagenteile, Gehäuse und Fahrzeugteile verwendet.
Hauptanwendungen des Vakuumformens
Durch Vakuumformen lassen sich Kunststoffe in vielfältige funktionale und dekorative Produkte verwandeln, was ihre Flexibilität und Vielseitigkeit unterstreicht. Hier einige gängige Beispiele aus den wichtigsten Anwendungsbereichen.
Automobil und Transport
Das Vakuumformen findet breite Anwendung in der Automobilindustrie. Dort werden damit Teile hergestellt, die leicht genug für Flugzeuge oder robust genug für Busse, Boote und Flugzeuge sind, sowie Autoteile wie Lampenschirme, Stoßfänger, Fensterblenden und Türverkleidungen. Das Vakuumformen zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, robuste und gleichzeitig leichte Teile zu fertigen, die die Kosten für Hersteller und Käufer senken, ohne Kompromisse bei der Qualität einzugehen.
Industriekunden
Das Vakuumformen von Kunststoff findet breite Anwendung bei der Herstellung langlebiger Produkte wie Kisten und konturierter Behälter für Maschinen. Diese Produkte erfordern robuste und widerstandsfähige Teile, die den rauen Bedingungen industrieller Umgebungen standhalten. Darüber hinaus eignet sich das Vakuumformen auch für Kleinserien und Prototypen.
Verpackungs-
Die Lebensmittelverpackungsindustrie nutzt gerne das Vakuumformen zur Herstellung von Verpackungskartons für Snacks und andere Lebensmittel. Das Vakuumformen findet zunehmend Anwendung, da es lebensmittelechten Kunststoff leicht formen kann und dazu beiträgt, Verunreinigungen zu vermeiden, die Frische zu bewahren und Beschädigungen zu reduzieren. Für Hersteller ist es eine kostengünstige Methode.
Fazit
Vakuumformen in Herstellung von Kunststoffteilen Das Unternehmen wurde vor über 20 Jahren gegründet und stellt eine breite Palette vakuumgeformter Kunststoffprodukte her, die sich durch Kosteneffizienz, schnelle Verarbeitung und vielseitige Fertigung detailreicher Produkte auszeichnen. Für Unternehmen, die diese Vorteile nutzen möchten, ist die Partnerschaft mit einem erfahrenen Hersteller unerlässlich.
Fezision Fecision bietet technische Unterstützung und Qualitätssicherung zur Optimierung von Effizienz und Anpassungsfähigkeit bei Vakuumformprodukten. Das Unternehmen verfügt über umfassende Qualitätskontrollprozesse vom Spritzgießen bis zum Vakuumformen, die höchste Qualitätsstandards erfüllen.
Fecision konzentriert sich auf präzise Toleranzen und schnelle Bearbeitungszeiten, um kompakte, industrietaugliche Bauteile herzustellen, die perfekt mit den kundenspezifischen Vakuumformungseigenschaften wie Geschwindigkeit, Vielseitigkeit und Wirtschaftlichkeit harmonieren.
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