Welches Plattenmaterial ist geeignet?
Vakuumformen, auch als Thermoformen bekannt, wirkt auf den ersten Blick einfach: Eine Kunststoffplatte wird erwärmt, über eine Form gezogen und mithilfe von Vakuum an die Form angesaugt. In der Praxis bestimmt unter anderem die Wahl des Plattenmaterials maßgeblich, ob der Prozess stabil und reproduzierbar abläuft.
PETG, PET, PC, ABS und HIPS haben jeweils ihre eigenen Eigenschaften und verhalten sich beim Erwärmen und Formen unterschiedlich. Diese Wahl wirkt sich nicht nur auf die Verarbeitung aus, sondern ebenso auf die spätere Festigkeit, Wanddicke, Maßhaltigkeit, chemische Beständigkeit, Optik und Lebensdauer des Produkts. Ein gut vakuumgeformtes Produkt beginnt daher nicht nur bei der Maschine, sondern bei der richtigen Kombination aus Plattendicke, Produktgeometrie und Prozesseinstellungen.
Von den Materialeigenschaften zum fertigen Produkt
Ein Material kann auf dem Papier hervorragende Eigenschaften haben und dennoch nicht die beste Wahl für ein bestimmtes Produkt sein.
Polycarbonat (PC) ist beispielsweise für seine hohe Schlagzähigkeit bekannt, wodurch es sich besonders für Schutzabdeckungen und Maschinenschutz eignet. Gleichzeitig erfordert PC einen präziseren Thermoformprozess und muss vor dem Erwärmen sorgfältig getrocknet werden. PETG lässt sich einfacher formen und verfügt über ein breiteres praktisches Verarbeitungsfenster. Für eine transparente Schutzabdeckung ist das häufig genau das, was benötigt wird. Muss dieselbe Abdeckung jedoch starken Stößen standhalten, kann PC dennoch das geeignetere Material sein.
Die beste Materialwahl ergibt sich daher nicht aus der Betrachtung einer einzigen Materialeigenschaft, sondern aus der Bewertung des gesamten Produkts und Produktionsprozesses.
Die wichtigsten Materialien für das Vakuumformen
| Material | Struktur | Tg ca. | Tm ca. | Praktischer Thermoformbereich* | Wichtigste Eigenschaft |
|---|---|---|---|---|---|
| PETG | Amorph | ~80 °C | — | ~130 bis 160 °C | Sehr gut formbar |
| PET | Teilkristallin / amorph | ~75 °C | ~245 bis 250 °C | ~125 bis 165 °C | Stark und materialeffizient |
| PC | Amorph | ~145 °C | — | ~177 bis 185 °C** | Sehr schlagzäh |
| PP | Teilkristallin | ~−10 °C | ~160 bis 170 °C | ~140 bis 165 °C | Leicht und chemikalienbeständig |
| ABS | Amorph | ~105 bis 110 °C | — | ~150 bis 180 °C | Technischer Allrounder |
| HIPS | Amorph | ~95 bis 100 °C | — | ~150 bis 175 °C | Günstig und einfach zu formen |
*Richtwerte für die Temperatur der Kunststoffplatte. Die genaue Temperatur hängt unter anderem von Materialqualität, Plattendicke, Maschine und Produktgeometrie ab.
**Für PC ist der allgemeine Literaturbereich breiter. Das praktische Prozessfenster einer bestimmten Platte kann deutlich kleiner sein.
Für einfache, gut formbare Produkte und den Modellbau ist HIPS häufig die wirtschaftliche Wahl, während ABS eine höhere technische Steifigkeit bietet.
Tg, Tm und Thermoformtemperatur sind nicht dasselbe
Ein wichtiger Unterschied: Tg bezeichnet die Temperatur, bei der ein amorpher Kunststoff beginnt, seinen glasartigen Charakter zu verlieren. Tm ist der Schmelzpunkt eines teilkristallinen Materials. Die Thermoformtemperatur bezeichnet den praktischen Temperaturbereich, in dem die Platte ausreichend verformbar ist, ohne durchzuhängen oder sich abzubauen. Wer diese drei Begriffe miteinander verwechselt, stellt die Heizung schnell zu hoch oder zu niedrig ein. Weitere Begriffsdefinitionen finden Sie in unserem Glossar zu Formmaterialien und Formsystemen.
Die Plattendicke ist mindestens genauso wichtig wie das Material
Die Wahl von PETG, PC oder ABS ist nur der Anfang. Eine 1 mm dicke Platte verhält sich beim Erwärmen anders als eine 3 mm dicke Platte. Bei dickeren Platten entsteht außerdem ein Temperaturunterschied zwischen Oberfläche und Kern. Dieser Unterschied beeinflusst, wie gleichmäßig sich das Material ziehen lässt.
Die Plattendicke hat zudem direkten Einfluss auf die endgültige Wanddicke des geformten Produkts. Bei tiefen Formen wird das Material gedehnt, sodass an bestimmten Stellen deutlich weniger Material verbleibt als in der ursprünglichen flachen Platte. Die erforderliche Plattendicke ergibt sich daher nicht nur aus dem Ausgangsmaterial, sondern aus der Produktgeometrie und dem Tiefziehverhältnis, der gewünschten Endwanddicke, der mechanischen Belastung, den Toleranzen und dem Materialverhalten insgesamt. Eine dickere Platte ist daher nicht automatisch die bessere Lösung. Zu viel Material während des Ziehvorgangs kann vielmehr eine bekannte Ursache für Faltenbildung oder Webbing sein.
Material, Geometrie und Prozess gehören zusammen
Eine erfolgreiche Vakuumformanwendung entsteht durch das Zusammenspiel verschiedener Faktoren, die sich gegenseitig beeinflussen. Das Material muss zu den mechanischen, chemischen und optischen Anforderungen passen. Gleichzeitig muss die Plattendicke so gewählt werden, dass nach dem Formen eine ausreichende Wanddicke vorhanden ist.
Die Produktgeometrie bestimmt anschließend, wie anspruchsvoll der Ziehvorgang ist. Ziehtiefe, scharfe Ecken und Hinterschneidungen erfordern jeweils einen eigenen Ansatz.
Die Formkonstruktion verteilt das Material über die Form. Auch die Wahl zwischen einer Positiv oder Negativform beeinflusst, an welchen Stellen das Material am dünnsten wird. Die Heizung muss die Platte schnell und gleichmäßig auf Temperatur bringen. Das Vakuum muss zum richtigen Zeitpunkt und mit der richtigen Geschwindigkeit angelegt werden. Die Kühlung bestimmt wiederum, wann das Produkt ausreichend maßstabil ist, um aus der Form entnommen zu werden. Wer den Prozess Schritt für Schritt durchgehen möchte, findet eine kurze Erklärung unter Vakuumformen auf einen Blick.
Auch die Form selbst verdient Aufmerksamkeit. Modelle werden unter anderem aus Epoxidharz, Gips oder 3D gedruckten Werkzeugen hergestellt. Diese Materialien unterscheiden sich hinsichtlich Temperaturbeständigkeit, Standzeit und Detailgenauigkeit.
Vom Prototyp zur Serienproduktion
Auch das Produktionsvolumen spielt eine Rolle. Für einen Prototyp kann ein Material gewählt werden, das vor allem schnell und einfach zu verarbeiten ist. Bei der Serienproduktion verschiebt sich der Fokus auf Zykluszeit, Materialverbrauch, Formkosten, Energieverbrauch, Ausschussquote, Reproduzierbarkeit, Nachbearbeitung und Materialkosten. Ein Material, das für einen einzelnen Prototyp die beste Wahl zu sein scheint, ist daher nicht automatisch die wirtschaftlichste Lösung für Tausende von Produkten.
Dasselbe gilt für die Maschine. Ein Tischmodell kann für Prototypen und kleine Serien ausreichen, während größere Produkte und höhere Stückzahlen ein Großformat oder automatisiertes System erfordern.
Wenn Materialwahl, Plattendicke, Produktdesign und Produktionsprozess von Anfang an gemeinsam betrachtet werden, lassen sich spätere Probleme vermeiden. Bei der Serienproduktion kann dies deutlich mehr einsparen, als ein günstiger Plattenpreis jemals ausgleichen könnte.
Beratung zu Material, Plattendicke und Prozess
Die Materialwahl muss daher nicht von Anfang an feststehen. Bei der Entwicklung eines neuen vakuumgeformten Produkts ist es meist sinnvoller, zunächst die gesamte Anwendung zu betrachten: die gewünschten mechanischen Eigenschaften, die Temperatur und Chemikalienbelastung, UV und Witterungsbeständigkeit, die gewünschte Optik und Transparenz, die Geometrie und erforderliche Wanddicke, die Toleranzen, die Stückzahlen und die Reproduzierbarkeit.
Aus dieser Gesamtbetrachtung ergibt sich, welches Material und welche Plattendicke geeignet sind und welche Form und Prozesseinstellungen dazu passen.
Oder möchten Sie den Thermoformprozess lieber auslagern? Dann informieren Sie sich über unseren Vakuumformservice.
Häufig gestellte Fragen
Es gibt kein Material, das grundsätzlich immer die beste Wahl ist. PETG und HIPS sind im Prozess besonders gutmütig, ABS bietet eine höhere technische Steifigkeit und PC ist die richtige Wahl, wenn Schlagzähigkeit entscheidend ist. Die Anwendung, die Ziehtiefe und die Stückzahl bestimmen, welches dieser Materialien am besten geeignet ist.
Die Thermoformtemperatur liegt deutlich über der Tg eines amorphen Materials und unterhalb des Schmelzbereichs eines teilkristallinen Materials. Für PETG liegt der praktische Bereich bei etwa 130 bis 160 °C, für ABS bei etwa 150 bis 180 °C. Materialqualität, Plattendicke, Maschine und Geometrie bestimmen die genaue Einstellung. Tests bleiben daher notwendig.
Das hängt von der gewünschten Endwanddicke und dem Ziehverhältnis ab. Da das Material bei tiefen Formen gedehnt wird, ist die Wanddicke an den am stärksten gezogenen Stellen deutlich geringer als die ursprüngliche Plattendicke. Eine dickere Platte löst das Problem nicht immer, da überschüssiges Material die Faltenbildung begünstigen kann.
PETG ist mit Glykol modifiziertes PET. Diese Modifikation unterdrückt die Kristallisation, wodurch PET über ein breiteres und besser kontrollierbares Thermoformfenster verfügt. PET ist stärker und materialeffizienter, stellt jedoch höhere Anforderungen an die Temperaturkontrolle.
Für hygroskopische Materialien wie PC, PET und ABS wird eine Trocknung empfohlen. Feuchtigkeit in der Platte kann Bläschen, Streifen und eine ungleichmäßige Oberfläche verursachen. PETG und HIPS sind in der Praxis weniger empfindlich, eine trockene Lagerung ist jedoch auch bei diesen Materialien sinnvoll.
Schwanken Sie zwischen zwei Materialien oder hat ein bestehendes vakuumgeformtes Produkt Probleme mit der Wanddicke oder Maßhaltigkeit? Besprechen Sie Ihre Anwendung mit uns. Unsere Spezialisten beraten Sie zu Material, Plattendicke, Form und Prozesseinstellungen und liefern die passenden Platten und Systeme. Rufen Sie uns unter +31 (0)186 600 880 an oder besuchen Sie das Informationszentrum zum Vakuumformen.