Thermoforming, Basiswissen für Folien- und Plattenformteile
Was ist Thermoforming?
Thermoforming ist ein Umformverfahren, bei dem ein flächiges Kunststoffhalbzeug erwärmt und anschließend mit Vakuum oder Druckluft an eine Form gezogen wird. Aus einer ebenen Folie oder Platte entsteht so ein dreidimensionales Bauteil, von der Joghurtbecher-Einlage bis zum technischen Innenraumteil im Fahrzeug.
Das Verfahren ist deshalb so beliebt, weil es vergleichsweise einfache Werkzeuge erfordert, hohe Stückzahlen erlaubt und sich für viele gängige Thermoplaste eignet. Wer Verpackungen, Tiefziehteile oder Innenverkleidungen entwickelt, kommt an Thermoforming kaum vorbei.
Die fünf Prozessschritte im Überblick
Unabhängig davon, ob Folie oder Platte verarbeitet wird, läuft jeder Thermoformingzyklus in den gleichen fünf Schritten ab. Die Parameter unterscheiden sich, die Reihenfolge nicht.
- 1. Vorbereitung: Das Halbzeug wird auf das passende Format zugeschnitten und in den Spannrahmen eingelegt. Sauberes Material und korrekte Einspannung sind die Grundlage für gleichmäßige Formteile.
- 2. Erwärmung: Über Infrarotstrahler wird der Kunststoff auf seine Umformtemperatur gebracht. Je nach Material liegt diese typischerweise zwischen 120 und 220 Grad Celsius. Die Erwärmung muss gleichmäßig erfolgen, sonst entstehen Wandstärkenunterschiede im Bauteil.
- 3. Vakuum- oder Druckformung: Das erweichte Halbzeug wird auf die Form abgesenkt. Durch Unterdruck unter dem Werkzeug oder Druckluft von oben legt sich das Material an die Konturen an und nimmt die gewünschte Geometrie an.
- 4. Abkühlung: Im Werkzeug kühlt das Formteil bis unter die Erweichungstemperatur ab. Erst dann ist die Geometrie formstabil. Eine zu kurze Kühlphase führt zu Verzug, eine zu lange verlängert unnötig den Zyklus.
- 5. Zuschnitt: Im letzten Schritt wird das Formteil aus dem Folien- oder Plattenverbund herausgetrennt. Je nach Anwendung kommen Stanzwerkzeuge, CNC-Fräsen oder Laser zum Einsatz, Randmaterial wird gesammelt und in den Materialkreislauf zurückgeführt.
Folien- und Plattenthermoforming, der grundlegende Unterschied
In der Praxis trennt man Thermoforming nach der Dicke des Halbzeugs. Diese Trennung ist mehr als eine technische Spitzfindigkeit, sie entscheidet über Anlagentyp, Investitionsbedarf und Anwendungsfeld.
Folienthermoforming
Beim Folienthermoforming wird mit Halbzeugen unter 1,5 Millimeter Dicke gearbeitet. Die Folie läuft meist von der Rolle, wird kontinuierlich erwärmt, geformt und ausgestanzt. Typische Anwendungen sind Verpackungsschalen für Lebensmittel, Blisterverpackungen für Konsumgüter, Joghurtbecher oder medizinische Trays.
Folienthermoforming ist auf hohe Taktzahlen ausgelegt. In einer Anlage entstehen oft mehrere zehntausend Teile pro Schicht, der Stückkostenanteil ist entsprechend gering.
Plattenthermoforming
Beim Plattenthermoforming kommen Halbzeuge mit mehr als 1,5 Millimeter Dicke zum Einsatz, häufig in deutlich größeren Wandstärken bis in den Zentimeterbereich. Verarbeitet werden einzelne Platten, die manuell oder automatisiert in die Anlage eingelegt werden.
Typische Anwendungen sind technische Bauteile, Innenraumverkleidungen für Fahrzeuge, Gehäuse, Transportbehälter oder Großverpackungen. Die Stückzahlen sind niedriger, die Bauteilgrößen und die Anforderungen an die Stabilität deutlich höher.
Materialien im Thermoforming
Für das Thermoforming eignen sich klassische Thermoplaste mit ausgeprägtem Erweichungsbereich. Die folgende Übersicht zeigt die in der Praxis am häufigsten eingesetzten Kunststoffe.
| Material | Eigenschaften und typischer Einsatz |
|---|---|
| PE, Polyethylen | Zäh, chemisch beständig, kostengünstig. Wird für Transportverpackungen, Industrieeinsätze und einfache Schalen verwendet. |
| PP, Polypropylen | Hitzebeständig bis rund 100 Grad Celsius, lebensmittelecht, formstabil. Standardmaterial für Joghurtbecher, Mikrowellenschalen und medizinische Verpackungen. |
| PS, Polystyrol | Steif, gut formbar, mit glatter Oberfläche. Eingesetzt für Einweggeschirr, Verpackungsschalen und Displaybauteile. |
| PVC, Polyvinylchlorid | Hoch transparent, sehr gut tiefziehfähig. Klassisches Material für Blisterverpackungen, Pharmaverpackungen und Sichtteile. |
| PET, Polyethylenterephthalat | Glasklar, mechanisch belastbar, recyclingfähig. Standard für Lebensmittelschalen, Obstverpackungen und Convenience-Trays. |
Folien- und Plattenthermoforming im Vergleich
Wer entscheiden muss, welches Verfahren für ein neues Produkt sinnvoll ist, kann sich an sechs einfachen Kriterien orientieren. Sie zeigen schnell, in welche Richtung die Auslegung gehen sollte.
| Kriterium | Folienthermoforming | Plattenthermoforming |
|---|---|---|
| Dicke | Unter 1,5 mm | Über 1,5 mm, bis in den Zentimeterbereich |
| Anwendung | Verpackungen, Trays, Blister, Becher | Technische Teile, Innenverkleidungen, Gehäuse, Transportbehälter |
| Verfahren | Kontinuierliche Rollenverarbeitung | Einzelblattverarbeitung |
| Materialeinsatz | Gering pro Teil, dünnwandig | Höher pro Teil, dickwandig |
| Kosten | Niedrige Stückkosten bei hoher Auslastung | Höhere Stückkosten, geringere Werkzeugkosten |
| Stückzahl | Sehr hohe Serien | Mittlere bis kleine Serien |
Fazit
Thermoforming ist eines der vielseitigsten Umformverfahren der Kunststoffindustrie. Die Aufteilung in Folien- und Plattenthermoforming bietet für nahezu jedes Anwendungsfeld eine wirtschaftliche Lösung, von der dünnwandigen Lebensmittelverpackung bis zum großflächigen Karosserieteil.
Wer das Verfahren auf nachhaltige Materialien umstellen möchte, kann das in vielen Fällen ohne neue Anlage tun. comp I verde lässt sich zu Folien und Platten extrudieren und im Thermoformingprozess auf bestehenden Anlagen weiterverarbeiten. Damit wird aus einem etablierten Verfahren ein konkreter Schritt in Richtung kompostierbarer Verpackungen und Bauteile.
