Tiefziehen

Ziel
Beim Tiefziehen von Thermoplasten, auch Vakuumformen genannt, ist das Abformen eines Werkstückes das Ziel. Es gibt mehrere Varianten des Verfahrens, bei denen eine dreidimensionale Form aus einer erhitzten (PS 127 – 182 °C und PP 143 – 165 °C) Thermoplast-Folie oder -Platte (0,5 – 10 mm) herausgedehnt wird.

Voraussetzungen
Wichtig ist zu wissen, welches Verfahren Verwendung findet und wie das Werkstück, welches es abzuformen gilt, gestaltet sein muss, um ein optimales Resultat zu erzielen.

Erklärung
Beim Vakuumformen wird zwischen dem Positiv- und dem Negativformen unterschieden. Beide Varianten haben gemein, dass eine Kunststoffplatte in einen Rahmen eingespannt und erhitzt wird. Die höhere Beweglichkeit der Polymerketten im Gefüge wird ausgenutzt, um die Platte via eines Vakuums in eine Negativform zu ziehen (Negativ-Formverfahren) oder unter Druckluft das Formwerkzeug in die die erwärmte Platte zu fahren (oder anders herum) und anschließend die überschüssige Luft zu evakuieren. Eine maximale Streckung des Kunststoffes bei gleichbleibender Wandstärke und einem optimalen Ergebnis bietet die Kombination beider Verfahren - dem Positiv-Negativ-Formen. Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle noch das Druckluftformen erwähnt, welches für Produkte mit hohem Genauigkeitsanspruch, sehr dünner oder dicker Wandstärke Verwendung findet.

Vorgehen
Das im Modellbau gängigste Verfahren ist das Abformen einer Positivform durch das Anlegen eines Vakuums. Dazu wird zuerst diese Form erstellt, wobei Mindestradien, Ausformschrägen (> 5° ideal), das Vermeiden von Hinterschnitten und scharfen Kanten zu beachten ist. Ist die Form erstellt, wird die passende Kunststoffplatte (Kunststoffart, Wandstärke und ggf. Farbe) gewählt und in einen Rahmen eingespannt. Die Platte wird via Heizstrahler oder Heißluftföhn in die Nähe der Material-Flussgrenze gebracht und nun auf die Positivform gedrückt, bis der Rahmen auf dem Boden anliegt, in welchem über viele kleine Luftlöcher die Restluft zwischen Form und Platte evakuiert wird, was zur Abformung des Modells führt. Nach dem Abkühlen des Thermoplastes kann das Werkstück entformt und nachbearbeitet werden. Eine weitere Kombination von Formen durch das Kaltschweißen (Plastikmodellbau) ist denkbar.

Grenzen und Alternativen
Das Verhältnis von Plattenbreite zu Formtiefe sollte zwischen zwei zu eins und drei zu eins liegen. Formen, die diese Verhältnisse überschreiten und damit auch die Streckgrenze der Thermoplaste, sind nicht umzusetzen. Es lassen sich relativ geringe Formtiefen umsetzen. Feine Strukturen lassen sich nur auf der Werkzeugseite realisieren. Da die Vorder- und Rückseite meist deckungsgleich sind, lassen sich Stege und Rippen nur im Nachhinein additiv hinzufügen. Alternativen können hier das Rotationsgießen oder das Laminieren von Verbundwerkstoffen darstellen.

Literatur
https://www.youtube.com/watch?v=4s-aW0-aey0

Bonnet, Martin: Kunststofftechnik: Grundlagen, Verarbeitung, Werkstoffauswahl und Fallbeispiele, 3., überarbeitete und erweiterte Auflage. Wiesbaden: Springer, 2016

Thompson, Rob: Prototyping and Low-volume Production. London: Thames & Hudson, 2011

Zurück