EN
Tiefziehen: Das Verfahren der Wahl für die Herstellung von Kunststofftabletts
Kernphasen: Erhitzen, Formen, Kühlen, Zuschnitt
Das Thermoformen bietet eine unübertroffene Effizienz bei der Herstellung von Schalen innerhalb der zuvor genannten vier Stufen. Der Prozess beginnt damit, Kunststoffplatten gezielt auf die duktile Temperatur von 300 °F bis 400 °F zu erwärmen. Wird eine der Zieltemperaturen überschritten, nimmt ihre strukturelle Integrität ab und die gewünschte Temperaturzonierung wird unerwünschterweise beeinträchtigt. Diese vorbehandelte Platte wird anschließend mittels Vakuumabsaugung oder Druckluft über präzise Aluminiumwerkzeuge geformt. Der Thermoplast wird schnell gekühlt, um die Form zu verfestigen und die vorübergehenden Bindungen zu verstärken. Sobald die Form fest ist, erfolgt durch den CNC-gesteuerten Prozess das Zuschnitt aller Kanten der Platten. Dieser Prozess entfernt zudem Grat und überschüssiges Material und liefert fertige Rahmen an potenzielle Kunden. Die Effizienz des Verfahrens ist derart hoch, dass eine Produktionsrate von über 1.500 Stück pro Stunde erreicht wird – und zwar schneller als bei der Nachbearbeitung durch Spritzgießen. Alle Nebenprodukte des CNC-Zuschnitts werden zerkleinert, und überschüssiger Rohkunststoff ist vollständig recycelbar, wodurch Nachhaltigkeit gewährleistet wird.
Vakuum- oder Druckformen? Eine objektive Analyse
Verfahren & Typ-Spezifikation Vorteil Preisbereich Anpassungsfähigkeit
Vakuumformen & flache Behälter Versand in hoher Stückzahl Erschwinglichkeit Niedrig
Druckformen & komplexe Geometrien Detailliert & strukturiert Erschwinglichkeit Hoch
Das Druckformen bietet eine optimale Lösung für wettbewerbsfähig preisgünstige, flache Mehrwegbehälter für Massengüter. Das produktive Potenzial des Druckformens gegenüber dem Vakuumformen liegt im Toleranzbereich von ±5 / 0,005 Zoll. Beim Druckformen wird ein zusätzlicher Druck von 15 bis 500 psi angewendet. Scharfe Ecken und Kanten erfordern eine durchgängige Gestaltungsintegration; während das Konzept der gekanteten Form bis zu ihrem Maximum ausgereizt wird, ermöglicht das Druckformen sogar dickere Folien bis zu einer Stärke von 0,500 Zoll, wodurch eine steife Konstruktion erreicht wird.
Starrer Kunststoffbehälter mit mehreren Fächern, hergestellt mittels Zweiblatt-Thermoformen
Beim Twin-Sheet-Thermoformen werden zwei Folien separat geformt, erhitzt und geformt. Diese Folien werden miteinander verbunden und entlang der Umfangswände versiegelt. Dieser Prozess erfolgt mittels kontrollierter Wärme und Druck. Das Ergebnis dieses Verfahrens sind steife, hohlkernige Behälter, die sowohl zur Trennung von Lebensmitteln als auch zur Organisation von Elektronikkomponenten und zur Verpackung pharmazeutischer Produkte eingesetzt werden können. Im Vergleich zur Ein-Folie-Variante reduziert eine Twin-Sheet-Konstruktion das Gewicht um bis zu 50 % und bietet dreimal so hohe Festigkeit. Beim Twin-Sheet-Thermoformen werden hohle Griffe, kundenspezifische Trennwände und lasttragende Wände direkt in den Formprozess integriert – sie werden also nicht nachträglich angebracht. Die Behälter halten statischen Lasten von bis zu 90 kg stand und verfügen über bis zu 12 getrennte Fächer. Diese Behälter maximieren den Raumnutzen und verringern die Transportlast.
Die Auswahl einer Materialkombination erfordert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung, Einschränkungen und Kreislauffähigkeit. Hier sind einige der wichtigsten Materialien:
Material, Durchsichtigkeit, Lebensmittelsicherheitszertifizierung, Maximale Temperaturbeständigkeit, Recycelbarkeit
PET, Transparenz über 95 %, FDA-/EU-konform, 70 °C (158 °F), Weit verbreitet recycelbar
PP, Halbdeutsch, BRC/ISO 22000-zertifiziert, 135 °C (275 °F), Hohe Recycelbarkeit
HDPE, Undurchsichtig, Weltweit lebensmittelgeeignet, 120 °C (248 °F), Häufig recycelt
PVC, Hohe Durchsichtigkeit, LFGB-zertifiziert, 65 °C (149 °F), Eingeschränkte Recycelbarkeit
PS, Kristallklar, FDA-zugelassen, 75 °C (167 °F), Geringe Recycelbarkeit
PET übertrifft alle anderen Materialien bei Ladendisplay-Verpackungen für Lebensmittel aufgrund seiner Klarheit und Schlagzähigkeit. Es wirkt zudem als Sauerstoffbarriere und verhindert den Eintritt von 99 % des Sauerstoffs; zudem ist es sicher für die Präsentation frischer Lebensmittel und verlängert die Haltbarkeit um das 2- bis 3-Fache (Food Packaging Forum, 2023). PP ist das bevorzugte Material für Tiefkühllebensmittel sowie für die Aufbewahrung in sterilen Umgebungen. Es eignet sich ideal für Schalen, da es eine ausgezeichnete Kombination aus Robustheit, geringen Kosten und der Fähigkeit bietet, die Herausforderungen der Kühlkette zu bewältigen. HDPE ist der Industriestandard für technische Anwendungen, der durch seine hervorragende chemische Beständigkeit gesetzt wird. PVC stellt im Vergleich zu anderen Materialien eine besondere Herausforderung dar, da es Chlor enthält und zudem strenge Auflagen für das Recycling bestehen.
Erkenntnisse zur Haltbarkeit und Thermoformbarkeit von PET- und PP-Schalen
Neben PP tragen PET-Schalen dazu bei, das Mindesthaltbarkeitsdatum von Schalen zu verlängern, die zur Aufbewahrung von Produkten wie Käse, Fleisch und frisch zubereiteten Lebensmitteln eingesetzt werden, da PET eine bessere Barriere gegen Feuchtigkeit und Sauerstoff bietet. Die thermische Formbarkeit verbessert zudem die Dichtigkeit der Versiegelung von PET-Schalen durch vakuumdichte Hautversiegelung. PP-Schalen hingegen weisen zwar eine geringere Transparenz auf, bieten aber einen größeren Bereich thermischer Stabilität. Gleichzeitig zeichnet sich PP durch Flexibilität aus, während PET stärker auf die Aufrechterhaltung von Inline-Konservierungsversiegelungen und Sichtbarkeit ausgelegt ist.
Was Sie vor Beginn der Produktion einer progressiven Form für ein automatisiertes Schalenfertigungssystem wissen sollten
Hohlraumgeometrie, Entformungswinkel und Auswurfsysteme für eine erfolgreiche Schalenfertigung
Der Erfolg bei der Herstellung von Schalen ist das Ergebnis eines kollaborativen Systems aus drei Aspekten des Formenentwurfs. Bei der Fertigung einer Schale muss die Hohlraumgeometrie den gewählten Polymerwerkstoff sowie die nach dem Spritzgießen auftretende Polymer-Schrumpfung berücksichtigen, um eine einheitliche Konsistenz zu gewährleisten. Entformungswinkel von 1° bis 3° tragen dazu bei, den Vakuumverschluss-Effekt sowie den Abschürf-Effekt an der vom Werkzeug abgehobenen Oberfläche zu vermeiden. Die Auswerfsysteme müssen eine präzise Platzierung der Auswerfstifte, eine gleichmäßige Kraftverteilung und ein zeitlich abgestimmtes System berücksichtigen, um Fehler wie Verzug, Spannungen und kosmetische Mängel zu vermeiden. Wenn das System kombiniert und optimiert wird, verkürzt sich der Produktionszyklus um bis zu 15–20 %, während gleichzeitig der Ausschussanteil auf dem hohen Standard von 3 % gehalten wird – ein entscheidender Faktor für Verpackungen im Lebensmittel- und Medizinbereich.
Thermoformen vs. Spritzgießen: Welches Kunststoff-Schalenverfahren ist das richtige?
Es gibt drei entscheidende Faktoren, die bei der Auswahl zwischen Tiefziehen und Spritzgießen berücksichtigt werden müssen: Stückzahl, Komplexität und Kosten. Beim Tiefziehen wird eine Kunststofffolie erhitzt und in Form gebracht, um eine Form herzustellen. Anschließend wird die Folie unter Vakuum oder durch Druck in die gewünschte Form gebracht. Das Tiefziehen eignet sich am besten für die Produktion von weniger komplexen Kunststoffbehältern in geringen bis mittleren Stückzahlen. Zu diesen Behältern zählen Verpackungen für Meeresfrüchte, landwirtschaftliche Behälter sowie Kunststoff-Clamshell-Behälter. Zu den Vorteilen des Tiefziehens zählen geringe Investitionskosten für die Werkzeuge, einfache Anpassung der geformten Teile sowie eine Prototypen-Wartezeit von nicht mehr als drei Wochen. Dies macht das Verfahren optimal für vorübergehende saisonale SKUs und Anwendungen mit größeren Formaten.
Dünne Kunststoffschalen mit Trennwänden oder sogar Kunststoffschalen mit Scharnieren zum Zusammenstecken. Hier spielt das Spritzgießen seine Stärken aus. Die Werkzeugkosten für das Spritzgießen liegen um 60 bis 80 % höher als bei der Thermoformung. Diese Kosten können bereits ab einer Stückzahl von 10.000 Einheiten für die spritzgegossenen Schalen gerechtfertigt werden. Diese Einsparungen würden sich insbesondere bei industriellen Anwendungen mit hohen Stückzahlen bemerkbar machen. Bei Push-Diagnostik- und biomedizinischen Schalen könnten die Kosteneinsparungen bereits ab einer Menge von 100.000 Einheiten realisiert werden.
Hypothetisch könnte die Herstellung einer spritzgegossenen biomedizinischen Schale im Vergleich zu einer thermoformierten Schale die spritzgegossene Schale um 40 % kostengünstiger machen.
Die Thermoformung wird bei Kostengründen, Komplexität und großen Mengen räumlicher Schalen bevorzugt.
Das Spritzgießen eignet sich am besten für komplexe, präzise und hochvolumige Schalen.
Dies ist die beste Strategie für Formanwendungen.
FAQ-Bereich
Mit einem Gehalt an Zellstoff von
Thermoformen ist ein Verfahren zur Umformung von Kunststoffplatten, bei dem die Kunststoffplatten auf eine formbare Temperatur erhitzt werden. Anschließend werden die Platten mittels Vakuum oder Druck in die gewünschte Form gebracht. Danach werden sie schnell abgekühlt, um zu verfestigen, und zugeschnitten, um überschüssiges Material zu entfernen.
Was ist der Unterschied zwischen Vakuumformen und Druckformen?
Beim Vakuumformen wird ausschließlich Saugkraft eingesetzt, um die gewünschte Form zu erzielen, während beim Druckformen Druckluft verwendet wird, um feinere Details darzustellen und eine höhere Genauigkeit zu erreichen.
Was versteht man unter zweischaligen thermoformierten Behältern?
Zweischalige thermoformierte Behälter sind Behälter, die hergestellt werden, indem zwei miteinander verbundene Platten gebogen und gestreckt werden.
Welche Materialien werden für Kunststoffbehälter verwendet?
Zu den verwendeten Materialien zählen PET, PP, HDPE, PVC und PS, da diese aufgrund ihrer unterschiedlichen Eigenschaften, Zusammensetzungen und allgemeinen Eignung für verschiedene Anwendungen zum Einsatz kommen.
Wann sollte man Thermoformen gegenüber Spritzgießen wählen?
Der Einsatz von Thermoformen ist für geringe bis mittlere Produktionsmengen weniger komplexer Schalen gerechtfertigt, während zum Herstellen hochkomplexer und vielfältiger Schalen das Spritzgießen eingesetzt werden sollte.