Thermoformen verwandelt

Wie verändern 3D-gedruckte Formen Thermoformprozesse bei Zeit- und Kostenoptimierung?

Aufgrund von Lieferunterbrechungen wenden sich Hersteller der additiven Fertigung (AM) zu, um ihre Produktionsprozesse zu beschleunigen und gleichzeitig die Qualität aufrechtzuerhalten und die Kosten zu senken. Viele Kunststoff-Thermoformungsunternehmen nutzen mittlerweile AM, um herkömmliche Vakuum- und Thermoformungsprozesse zu unterstützen und sie schneller, kosteneffizienter und flexibler zu machen.

Bei herkömmlichen Thermoformverfahren werden Kunststoffplattenmaterialien über Formen, häufig mit Hilfe von Vakuum, geformt, um das endgültige Teil herzustellen. Die Formen können auf unterschiedliche Weise hergestellt werden, einschließlich der Verwendung von Gusskeramik und der CNC-Bearbeitung von Metallen, Holz, Werkzeugbrettern oder manueller Bildhauerei aus Holz. Um die gewünschte Form zu erzeugen, entfernen diese subtraktiven Prozesse mit einer Spindel selektiv Material von einem Block oder Barren.

Alternativ bauen AM-Methoden das Teil Schicht für Schicht auf. Dies geschieht unter Verwendung einer breiten Palette von Polymeren, darunter Standard- und Hochleistungsthermoplaste, Duroplaste, gefüllte und photopolymere Harze und sogar Metalle. Additiv gefertigte Formen bieten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren Gestaltungsfreiheit. AM erhöht auch die Effizienz, da eine Form oder ein Prototyp innerhalb von Stunden oder Tagen entsteht, während die herkömmliche Fertigung oft Wochen und Monate erfordert.

Es ist wichtig zu überlegen, welche 3D-Drucktechnik für die Formenherstellung am besten geeignet ist. Bei mittelgroßen bis großen Teilen hat die Pelletextrusion viele Vorteile gezeigt, darunter die Möglichkeit, die Zeiten zu optimieren, die Kosten für die Formenherstellung zu senken und die Produktionsflexibilität zu erhöhen.

Thermoplastische Pellets gelten als der kostengünstigste Rohstoff für AM – bis zu zehnmal günstiger als andere Druckmaterialien, wie etwa thermoplastische Filamente. Zusätzlich zur Materialkosteneinsparung können Pelletextrusions-3D-Drucker Formen mit einer Größe von bis zu 1270 x 1270 x 1820 mm (50 x 50 x 72 Zoll) unter Verwendung von Hochleistungs- und Hochtemperaturmaterialien mit Geschwindigkeiten von bis zu einem halben Meter pro Sekunde drucken.

Um ein qualitativ hochwertiges Endteil zu erhalten, müssen 3D-Druck-Produktionsformen für das Thermoformen auf eine Minimierung der Formverzerrung achten. Thermoformunternehmen wie Duo Form haben beispielsweise glasgefüllte Polycarbonat-Pellets als bewährtes Material für solche Anwendungen validiert, zusammen mit kohlenstofffasergefüllten ABS-Pellets und sogar einigen Nylon-Pellets-Ausgangsmaterialien als brauchbare Formmaterialien.

Bei der Auswahl eines Pellet-Ausgangsmaterials für AM-Formen sollten mehrere Faktoren berücksichtigt werden: die Dicke der endgültig geformten Folie, die Temperaturanforderungen des Endmaterials sowie die Verfügbarkeit und die Kosten des Pellet-Ausgangsmaterials. Wenn beispielsweise eine dünnere Dicke als endgültig geformte Platte verwendet wird, sind Formmaterialien mit niedrigerer Temperatur akzeptabel, wie beispielsweise CF-ABS-Pellets. Für Anwendungen, die eine dickere Dicke oder ein Endplattenmaterial mit höherer Temperatur erfordern, sollten für den Druck der Form Pelletrohstoffe mit höherer Temperatur verwendet werden, wie z. B. GF-PC oder gefülltes Nylonmaterial.

Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, eine poröse Oberfläche des gedruckten Teils zu nutzen, wodurch ein Vakuum durch eine Form geleitet werden kann, ohne dass Spezialwerkzeuge zum Herstellen der Vakuumlöcher verwendet werden müssen. Laut Duo Form stellt die inhärente poröse Beschaffenheit von 3D-gedruckten Formen einen erheblichen Vorteil dar, wenn im Formenherstellungsprozess der Pellet-Extrusions-3D-Druck eingesetzt wird. Abhängig vom beabsichtigten endgültigen thermogeformten Teil kann es wichtig sein, den Vakuumfluss durch bestimmte Zonen der Form zu priorisieren, um das gewünschte Ergebnis des Formprozesses zu erzielen. Dieses Ziel kann durch Anpassen der Werkzeugpfadparameter vor dem Drucken erreicht werden.

Duo Form, ein in den USA führendes Unternehmen im Bereich Thermoformen für viele Branchen, unternimmt kontinuierliche Anstrengungen zur Innovation seiner Prozesse, um Durchlaufzeiten und Kosten zu reduzieren und es dem Unternehmen zu ermöglichen, seine Kunden besser zu bedienen und neue Geschäfte zu gewinnen. Um diese Technologie in seinen Herstellungsprozess zu integrieren, arbeitete Duo Form mit 3D Systems zusammen. AM verschaffte dem Unternehmen mehr Flexibilität durch den 3D-Druck von Produktionsformen, Werkzeugen und repräsentativen Mustern für das Thermoformen und Vakuumformen.

Das Unternehmen startete ein Projekt, bei dem es um den 3D-Druck einer 1294 x 410 x 287 mm großen Zuginnenverkleidung ging, mit dem Potenzial, die Kosten um bis zu 88 % und die Vorlaufzeit um 65 % zu senken. Die Kombination aus einem EXT 1270 Titan Pellet 3D-Drucker und glasgefüllten Polycarbonat-Pellets führte zu einer erheblichen Kosten- und Zeitreduzierung. Mit der anschließenden ersten 3D-gedruckten Form, einer Duschwanne für Freizeitfahrzeuge, konnten sofortige Ergebnisse erzielt werden. Das Ergebnis war eine hochwertige AM-Form mit einer Haltbarkeit, die mit Formen vergleichbar ist, die mit herkömmlichen Methoden hergestellt wurden. Über 1.000 Schüsse wurden ohne nennenswerte Gebrauchsspuren aus der Form gezogen.

David Rheinheimer, Produktentwicklungsmanager bei Duo Form, sagt: „Wir haben mit unserem Titan 3D-Drucker viele Geschäfte gemacht. Durch die Durchlaufzeiten für Teile, Formen und Formteile sind wir unserer Konkurrenz um Längen voraus.“ Seit der Implementierung von AM als Teil seines Herstellungsprozesses hat Duo Form nach eigenen Angaben mehr Aufträge gewonnen und schließt dank der Geschwindigkeit und Agilität des Pellet-Extrusions-3D-Drucks nun schneller Geschäfte ab. Als Duo Form 3D tatsächlich ein Musterteil druckte, um es einem Kunden zusammen mit einem Angebot für die Formung des Teils vorzulegen, gab der Kunde, beeindruckt von der Geschwindigkeit und der Möglichkeit, den endgültigen Entwurf zuerst zu sehen, dem Unternehmen noch am selben Tag den Zuschlag. Dies ist für Duo Form inzwischen zur Standardpraxis geworden und bringt seinen Kunden einen Mehrwert.

AM verändert Produktionsprozesse und die Art und Weise, wie Unternehmen sie wahrnehmen. Der großformatige 3D-Druck von Pellets gehört zu den wegweisenden Technologien. Diese fortschrittliche Technologie wird es Branchenführern ermöglichen, von einem Wettbewerbsvorteil durch höhere Geschwindigkeit, verbessertes Kostenmanagement und eine qualitativ hochwertigere Teileproduktion zu profitieren.

Wir kratzen nur an der Oberfläche der Möglichkeiten, die die Pelletextrusion in der Thermoformindustrie und anderen Anwendungen bieten kann. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Innovation wird AM immer wieder seine Fähigkeit unter Beweis stellen, die Zukunft der Fertigung zu gestalten.

Clay Guillory ist der Regisseur von Titan3D-Systeme.