Welk plaatmateriaal is geschikt?
Vacuümvormen, ook bekend als thermovormen, oogt op het eerste gezicht eenvoudig: een kunststofplaat wordt verwarmd, over een matrijs getrokken en met vacuüm tegen de vorm gezogen. In de praktijk bepaalt onder andere de keuze van het plaatmateriaal voor een groot deel of dat proces stabiel en reproduceerbaar verloopt.
PETG, PET, PC, ABS en HIPS hebben ieder hun eigen eigenschappen en gedragen zich tijdens het verwarmen en vormen verschillend. Die keuze werkt door in de verwerking, maar net zo goed in de uiteindelijke sterkte, wanddikte, maatvastheid, chemische bestendigheid, uitstraling en levensduur van het product. Een goed vacuümgevormd product begint daarom niet alleen bij de machine maar bij de combinatie van plaatdikte, productgeometrie en procesinstellingen.
Van materiaaleigenschap naar eindproduct
Een materiaal kan op papier uitstekende eigenschappen hebben en toch niet de beste keuze zijn voor een specifiek product.
Polycarbonaat (PC) staat bijvoorbeeld bekend om zijn hoge slagvastheid, wat het aantrekkelijk maakt voor beschermkappen en machineafschermingen. Tegelijk vraagt PC om een nauwkeuriger thermoformproces en moet het materiaal zorgvuldig worden gedroogd voordat het de verwarming in gaat. PETG is eenvoudiger te vormen en heeft een breder praktisch verwerkingsvenster; voor een transparante beschermkap is dat vaak precies wat nodig is. Moet diezelfde kap een zware impact opvangen, dan kan PC alsnog het geschiktere materiaal zijn.
De beste materiaalkeuze ontstaat dus niet door naar één materiaaleigenschap te kijken, maar door het hele product en het productieproces te beoordelen.
De belangrijkste materialen voor vacuümvormen
| Materiaal | Structuur | Tg ca. | Tm ca. | Praktisch thermoformvenster* | Belangrijkste eigenschap |
|---|---|---|---|---|---|
| PETG | Amorf | ~80 °C | — | ~130–160 °C | Zeer goed vormbaar |
| PET | Semi-kristallijn / amorf | ~75 °C | ~245–250 °C | ~125–165 °C | Sterk en efficiënt |
| PC | Amorf | ~145 °C | — | ~177–185 °C** | Zeer slagvast |
| PP | Semi-kristallijn | ~−10 °C | ~160–170 °C | ~140–165 °C | Licht en chemisch resistent |
| ABS | Amorf | ~105–110 °C | — | ~150–180 °C | Technische allrounder |
| HIPS | Amorf | ~95–100 °C | — | ~150–175 °C | Goedkoop en gemakkelijk te vormen |
*Richtwaarden voor de temperatuur van de kunststofplaat. De exacte temperatuur hangt onder meer af van grade, plaatdikte, machine en productgeometrie. **Voor PC is het algemene literatuurbereik breder. Het praktische procesvenster van een specifieke plaat kan aanzienlijk smaller zijn.
Voor eenvoudige, goed vormbare producten en modelbouw is HIPS vaak de economische keuze, terwijl ABS meer technische stijfheid biedt.
Tg, Tm en thermoformtemperatuur zijn niet hetzelfde
Een belangrijk onderscheid: Tg geeft aan wanneer een amorfe kunststof zijn glasachtige karakter begint te verliezen. Tm is het smeltpunt van een semi-kristallijn materiaal. De thermoformtemperatuur is het praktische temperatuurgebied waarin de plaat voldoende vervormbaar is om te vormen, zonder dat hij doorzakt of degradeert. Wie deze drie door elkaar haalt, stelt de verwarming al snel te hoog of te laag in. Verdere begripsbepalingen staan in onze begrippenlijst voor vormmaterialen en -systemen.
Plaatdikte is minstens zo belangrijk als materiaal
De keuze voor PETG, PC of ABS is slechts het begin. Een plaat van 1 mm gedraagt zich tijdens het verwarmen anders dan een plaat van 3 mm, en bij dikkere platen ontstaat bovendien een temperatuurverschil tussen oppervlak en kern. Dat verschil bepaalt hoe gelijkmatig het materiaal zich laat trekken.
Daarnaast heeft de plaatdikte directe invloed op de uiteindelijke wanddikte van het gevormde product. Bij diepe vormen wordt het materiaal uitgerekt, waardoor op sommige plaatsen aanzienlijk minder materiaal overblijft dan in de oorspronkelijke vlakke plaat. De benodigde plaatdikte volgt dus niet alleen uit het vlakke uitgangsmateriaal, maar uit de productgeometrie en de dieptrekverhouding, de gewenste eindwanddikte, de mechanische belasting, de toleranties en het materiaalgedrag samen. Een dikkere plaat is daarmee niet automatisch de betere oplossing: te veel materiaal in de trekking is juist een bekende oorzaak van plooivorming of webbing.
Materiaal, geometrie en proces horen bij elkaar
Een succesvolle vacuümvormtoepassing ontstaat uit het samenspel van een aantal factoren die elkaar allemaal beïnvloeden. Het materiaal moet passen bij de mechanische, chemische en optische eisen; de plaatdikte moet zo gekozen zijn dat er na het vormen voldoende wanddikte overblijft. De productgeometrie bepaalt vervolgens hoe zwaar de trekking wordt: trekdiepte, scherpe hoeken en ondersnijdingen vragen elk om hun eigen aanpak.
Het matrijsontwerp verdeelt het materiaal over de vorm, en de keuze tussen een positieve of negatieve mal verandert waar het materiaal het dunst wordt. De verwarming moet de plaat snel maar gelijkmatig op temperatuur brengen, het vacuüm moet op het juiste moment en met de juiste snelheid worden aangelegd, en de koeling bepaalt wanneer het product maatvast genoeg is om uit de matrijs te komen. Voor wie het proces stap voor stap wil doorlopen, staat het in het kort beschreven in vacuümvormen in een notendop.
Ook de matrijs zelf verdient aandacht. Modellen worden onder meer gemaakt van epoxy, gips of 3D-geprinte tooling, elk met eigen temperatuurbestendigheid, standtijd en detaillering.
Van prototype naar serieproductie
Ook het productievolume speelt mee. Voor een prototype kan een materiaal worden gekozen dat vooral snel en eenvoudig te verwerken is. Bij serieproductie verschuift het accent naar cyclustijd, materiaalverbruik, matrijskosten, energieverbruik, uitvalpercentage, reproduceerbaarheid, nabewerking en materiaalprijs. Een materiaal dat bij één prototype de beste keuze lijkt, is daardoor niet automatisch de meest economische oplossing voor duizenden producten.
Datzelfde geldt voor de machine: een tafelmodel volstaat voor prototypes en kleine series, terwijl grotere producten en hogere aantallen om een grootformaat of geautomatiseerd systeem vragen.
Door materiaalkeuze, plaatdikte, productontwerp en productieproces vanaf het begin samen te bekijken, worden problemen later in het traject voorkomen. Dat scheelt bij serieproductie meer dan een gunstige plaatprijs ooit oplevert.
Meedenken over materiaal, plaatdikte en proces
De materiaalkeuze hoeft daarom niet vooraf vast te liggen. Bij een nieuw vacuümvormproduct is het meestal verstandiger om eerst de volledige toepassing te bekijken: de gewenste mechanische eigenschappen, de temperatuur- en chemische belasting, UV- en weersbestendigheid, de gewenste uitstraling en transparantie, de geometrie en de benodigde wanddikte, de toleranties, de aantallen en de reproduceerbaarheid. Uit dat geheel volgt welk materiaal en welke plaatdikte passen en welke matrijs en procesinstellingen daarbij horen.
Of wilt u het thermoformproces liever uitbesteden? Bekijk dan onze vacuümvorm service.
Veelgestelde vragen
Er is geen materiaal dat altijd het beste is. PETG en HIPS zijn het meest vergevingsgezind in het proces, ABS biedt meer technische stijfheid en PC is de keuze wanneer slagvastheid doorslaggevend is. De toepassing, de trekdiepte en het aantal bepalen welke van deze materialen past.
De thermoformtemperatuur ligt duidelijk boven de Tg van een amorf materiaal en onder het smeltbereik van een semi-kristallijn materiaal. Voor PETG ligt het praktische venster rond 130–160 °C, voor ABS rond 150–180 °C. Grade, plaatdikte, machine en geometrie bepalen de exacte instelling; testen blijft nodig.
Dat volgt uit de gewenste eindwanddikte en de trekking. Omdat het materiaal bij diepe vormen wordt uitgerekt, is de wanddikte in het product op de zwaarst getrokken plaatsen aanzienlijk lager dan de uitgangsdikte. Een dikkere plaat lost dat niet altijd op, omdat overtollig materiaal plooivorming in de hand werkt.
PETG is met glycol gemodificeerd PET. Die modificatie onderdrukt kristallisatie, waardoor PETG een breder en beter beheersbaar thermoformvenster heeft. PET is sterker en materiaalefficiënter, maar stelt hogere eisen aan de temperatuurbeheersing.
Voor hygroscopische materialen zoals PC, PET en ABS is drogen aan te raden. Vocht in de plaat veroorzaakt blaasjes, strepen en een onregelmatig oppervlak. PETG en HIPS zijn in de praktijk minder gevoelig, al blijft droge opslag ook daar verstandig.
Twijfelt u tussen twee materialen, of loopt een bestaand vacuümvormproduct tegen wanddikte- of maatvastheidsproblemen aan? Leg de toepassing voor: onze specialisten denken mee over materiaal, plaatdikte, matrijs en procesinstellingen, en leveren de platen en systemen die daarbij horen. Bel +31 (0)186 600 880 of bekijk het informatiecentrum vacuümvormen.