Na czym polega technologia termoformowania?
    Termoformowanie to nazwa procesu technologicznego, w którym ze sztywnych folii lub płyt, podgrzanych wstępnie do określonej temperatury bliskiej temperatury mięknienia (charakterystycznej dla danego tworzywa), formuje się produkty o określonych kształtach. Stosunkowo proste, tanie i wysokowydajne przetwórstwo sprawia, że termoformowanie jest szeroko wykorzystywane w produkcji wyrobów wielkogabarytowych. W zależności od oferowanych rozwiązań technicznych i zakresu oprzyrządowania istnieje możliwość prowadzenia zarówno produkcji jednostkowej jak i masowej.
     Podczas termoformowania wyrobów wielkogabarytowych występują zawsze dwie podstawowe operacje, następujące bezpośrednio po sobie: ogrzewanie półfabrykatu i kształtowanie (formowanie) produktu. Materiał poddawany obróbce mocowany jest w uchwytach igłowych na obwodzie formowanej powierzchni. Ogrzewanie zapewniają elektryczne promienniki podczerwieni, zlokalizowane w odległości ca 125 mm (5 cali), po jednej lub obu stronach półfabrykatu. Czas ogrzewania niezbędny do uzyskania odpowiednio miękkiego materiału zależy od rodzaju polimeru, jego grubości i koloru. Rodzaj polimeru i ewentualne napełnienie mają wpływ na przewodnictwo cieplne. Białe płyty trudniej pochłaniają promieniowanie cieplne w podczerwieni, w porównaniu do elementów ciemno zabarwionych. Im jaśniejsze płyty, tym dłuższe cykle ogrzewania. Wyróżnia się 3 podstawowe rodzaje procesu termoformowania:
● próżniowe,
● ciśnieniowe,
● mechaniczne.

    Na ogół stosuje się rozwiązania mieszane, co sprzyja lepszej wydajności i jakości uzyskanych produktów.
    Rozciąganie płyty w trakcie termoformowania powoduje zróżnicowanie grubości przekroju materiału i przecienienia w miejscach głębokiego tłoczenia. Proces jest kontrolowany, a dopuszczalne odchyłki ustalane są już w fazie projektowania wyrobu, oprzyrządowania i wyboru technologii formowania.
    Podczas próżniowego formowania stosuje się:
● formy negatywowe (dokładne odwzorowanie faktury formy, oraz wymiarów ma miejsce po stronie zewnętrznej wyrobu), lub
● formy pozytywowe (dokładne odwzorowanie faktury formy, oraz wymiarów ma miejsce po stronie wewnętrznej wyrobu).

    Ekonomiczna przewaga termoformowania części wielkogabarytowych nad technologią wtrysku jest wyraźna. Termoformowanie wymaga stosunkowo tanich urządzeń i form, w warunkach relatywnie niskich temperatur przetwórstwa i niskiego ciśnienia. W porównaniu z technologią wtrysku wadą jest gorsza dokładność i szersze tolerancje wymiarowe.

Półfabrykaty do termoformowania: płyty i folie sztywne
    W zależności od wymagań stawianych produktom (wytrzymałość mechaniczna, odporność chemiczna, odporność na starzenie atmosferyczne, transparentność, głębokość tłoczenia, akceptowalna cena) wykorzystywane są płyty półfabrykatów przygotowane z różnych tworzyw termoplastycznych lub ich mieszanin.
    Tabela zawiera charakterystykę wybranych tworzyw, wykorzystywanych w procesach termoformowania. Niektóre termoplasty wymagają wstępnego suszenia przed operacją przetwórstwa. Należą do nich: ABS, ASA, PMMA, PA, PC, PSU, PES, PET. Temperatura i czas suszenia zależą od rodzaju i grubości tworzywa. Wykończenie spodniej powierzchni płyt systemem poślizgowym tzw. „easyslide” ułatwia formowanie produktów i zmniejsza rozrzut grubości ścianek podczas głębokiego tłoczenia. Standardowo stosuje się zabezpieczenie powierzchni zewnętrznej termoformowanych płyt folią ochronną, usuwaną w miejscu montażu gotowego wyrobu. Wyroby sanitarne produkowane są z płyt zawierających w warstwie zewnętrznej dodatki antybakteryjne.
     Tolerancje grubości półfabrykatów określają normy, np. wg DIN 16956 tolerancje dla 10 mm płyty ABS wynoszą ±3,5%, tzn. ±0,35 mm.
    Coraz częściej wykorzystywane są płyty:
● z mieszanin polimerowych: PC+ABS, PC+PBT, PC+ASA,
● wielowarstwowe: ABS/PMMA, ABS/ASA, ABS/PVC, ABS/PMMA, PS/PE, PP/PP napełniony, PP/EVA, PETG/PETA/PETG, PETG/PP,
● wysokobarierowe: PS/EVOH/PE, PE/EVOH/PE, PP/EVOH/PP, PP/EVOH/PA.
    Do termoformowania wielkogabarytowego stosuje się folie sztywne o grubości 2÷4 mm lub płyty o grubości 3÷15 mm.

Podgrzewanie półfabrykatów przed termoformowaniem
    Istnieją różne rozwiązania podgrzewania tworzyw. Płyty grzewcze termoformierek zaopatrzone są w elektryczne promienniki ceramiczne, kwarcowe bądź halogenowe, emitujące promieniowanie podczerwone. Mają zwykle konstrukcję „sandwicha”, pozwalającą na jednoczesne ogrzewanie materiału od góry i od dołu. Preferowane promienniki ceramiczne cechuje: prosta konstrukcja, duża odporność mechaniczna, odporność chemiczna, niska cena, łatwość regulacji i długi okres użytkowania - określany na 10 000 godzin. Promienniki ceramiczne emitują fale elektromagnetyczne w przedziale długości 300÷500 nm. Ilość promienników odpowiada ca 25÷50 kW zainstalowanej mocy na metr kwadratowy powierzchni grzewczej. Kontrolowany i powtarzalny proces podgrzewania termoplastycznego półproduktu przed operacją formowania zapewnia odpowiednie oprogramowanie sterowania grzałkami i regulacja strefowa temperatury płyt grzewczych. Część grzałek (tzw. grzałki sterujące) ma wbudowane termoelementy, umożliwiające strefowe kontrolowanie temperatur. Moc grzałek zainstalowanych od dołu jest mniejsza o ca 40%. Rozwiązania techniczne zapewniają skrócenie do minimum czasu pomiędzy uzyskaniem temperatury tworzywa wymaganej do termoformowania, a rozpoczęciem kształtowania wyrobu. Obudowa strefy roboczej musi zapewnić równomierny rozkład temperatur procesu przetwórstwa. Rysunek 1 przedstawia zakres długości fal i częstotliwości promieniowania podczerwonego w porównaniu z innymi falami elektromagnetycznymi. Promieniowanie podczerwone emitowane przez promienniki kwarcowe i halogenowe ma nieco niższe długości fal w porównaniu do otrzymywanego od preferowanych promienników ceramicznych.

Fazy procesu termoformowania
    Półfabrykat występujący jako sztywna folia lub płyta mocowany jest na obwodzie termoformowanej powierzchni przez układ uchwytów igłowych. Część robocza ograniczona jest ramami (dolną i górną), dopasowanymi do gabarytów formy.
     Ramy mocujące są wykonywane i dopasowywane indywidualnie. Nowszym rozwiązanie są ruchome ramy, zintegrowane z konstrukcją maszyny. Zarówno ramy jak i formy można wyposażyć w indywidualny system termoregulacji.

a. Podgrzewanie wstępne półfabrykatów

    Podgrzewanie płyt, zwłaszcza grubszych zajmuje ponad 50% cyklu pracy maszyny. Przy produkcji masowej, gdzie skrócenie cyklu technologicznego jest jak najbardziej pożądane, stosuje się często dodatkowe stanowisko wstępnego podgrzewania, które zapewnia ca 75% wymaganego ciepła. Skrócenie cyklu pociąga zazwyczaj za sobą konieczność zautomatyzowania podawania pojedynczych płyt z palety transportowej.
    Podczas końcowego ogrzewania tworzywa, bezpośrednio przed formowaniem, następuje wzrost wymiarów liniowych proporcjonalnie do współczynnika rozszerzalności tworzywa. System czujników optycznych zabezpiecza dolne grzałki przed bezpośrednim kontaktem z opadającym tworzywem, uruchamiając dolny nadmuch z wentylatora, czyli tzw. „poduszkę powietrzną”. W celu równomiernego rozciągnięcia poddającej się odkształceniom, gorącej i plastycznej płyty półfabrykatu można stosować dolny nadmuch, formujący wypukłą „bańkę” do określonej wysokości, kontrolowanej czujnikiem optycznym.
    Po uzyskaniu wymaganej temperatury, co na ogół określa się doświadczalnie czasem operacji, następuje szybkie odsunięcie „sandwichowego” zestawu grzewczego, domknięcie ram obwodowych i zainicjowanie cyklu formowania.

b. Kształtowanie wyrobu
    Formowanie odbywa się przez odpowiednie zastosowanie próżni lub nadciśnienia, z jednej lub obu stron płaszczyzny półfabrykatu. Odpowiednio dobrany kształt stempla ułatwia formowanie niesymetrycznie wyoblonych części produktu. Wykorzystuje się sprężone powietrze o ciśnieniu rzędu 6 bar. Przy formowaniu próżniowym stosuje się zbiornik wyrównawczy, o objętości porównywalnej z objętością roboczą urządzenia formującego, podłączony do pompy próżniowej. Zapewnia się w ten sposób uzyskanie wymaganego podciśnienia w możliwie krótkim czasie. Formowanie próżniowe wymaga podgrzania półfabrykatów do temperatury formowania wyższej o 10÷30°C w porównaniu do formowania ciśnieniowego. Średnice otworów napowietrzania ciśnieniowego są nieco mniejsze niż otwory próżniowe w narzędziach formujących i zależą od rodzaju polimeru. Rząd wielkości średnic w/w otworów mieści się w przedziale 0,2÷0,8 mm.

    Urządzenia pozwalają również na próżniowe laminowanie dużych powierzchni (np. drzwi) foliami termoplastycznymi, z naniesionym uprzednio nadrukiem. Inne zastosowanie urządzeń do termoformowania to wykonywanie brył przestrzennych, o powierzchniach trwale połączonych ze sobą na obwodzie. W tym celu wykorzystywane są formy dwuczęściowe, z ramą pośrednią, umożliwiające jednoczesne wprowadzenie dwóch podgrzanych płyt z tworzywa termoplastycznego. Po formowaniu próżniowym lub ciśnieniowym , z jednoczesnym procesem zgrzewania obrzeży, powstaje produkt o podwójnych ściankach. W tej technologii można wykorzystywać płyty o różniących się grubościach i kolorach.

c. Chłodzenie
    Schłodzenie i będące następstwem tego usztywnienie wyrobu zapobiega odkształceniom przy zdejmowaniu i odkładaniu. Chłodzenie wyrobu w formie następuje przez: wypromieniowanie ciepła do otoczenia, nawiew zimnego powietrza przez wentylatory z dyszami strumieniowymi i odbiór ciepła przez formę. Wykorzystywany czasem natrysk mgły wodnej na powierzchnię gorącego wyrobu sprzyja korozji elementów metalowych urządzenia i oprzyrządowania. Dodatkowe możliwości daje termostatowanie narzędzi przez wewnętrzny system chłodzenia. Czas chłodzenia, podobnie jak czas ogrzewania, zależy od rodzaju i przewodnictwa cieplnego tworzywa. Jeżeli przewodnictwo cieplne PS przyjmiemy za 1, to zbliżone wartości mają PCV i PET, mniejsze ABS i PP (0,67), a znacznie większe PE-LD i PE-HD (>2,2).

d. Zdejmowanie kształtki z maszyny
    Zdejmowanie uformowanych kształtek z formy odbywa się ręcznie lub mechanicznie. Po ściśle określonym czasie sezonowania kształtki trafiają na stanowiska obróbki końcowej.

e. Wymiana narzędzi
    Ze względu na duże wymiary form wprowadzane są rozwiązania pozwalające na szybkie, automatyczne mocowanie narzędzi podstawionych na stanowisku. Podobnie przebiega automatyczne zdemontowanie wykorzystanej formy. Czynności obsługi ograniczają się do odstawienia formy w miejsce stałego składowania.

Operacje wycinania obrzeży poza maszyną
    Wykańczanie produktów odbywa się przy zastosowaniu:
    1. pił taśmowych – do obcinania brzegów położonych w jednej płaszczyźnie,
    2. programowanych stanowisk frezowania w kilku płaszczyznach,
    3. wycinarek laserowych,
    4. wycinarek metodą „water-jet”.


    To drugie rozwiązanie, konieczne przy masowej produkcji wyrobów o złożonych kształtach i obrzeżach leżących w różnych płaszczyznach, wykorzystywane jest także do wykonywania nowych form.
    Wycinarki laserowe mogą pracować w wielu osiach (3÷6) i obrabiają zarówno brzegi jak i wykroje wewnętrzne lub otwory, w materiale o grubości do 6 mm.
    Oferowane są maszyny, w których zaprogramowane operacje wykańczania wykonywane są techniką mieszaną, np. obróbka wiórowa i cięcie ultradźwiękowe. Znani producenci urządzeń do termoformowania oferują jednocześnie uniwersalne urządzenia do obróbki końcowej kształtek.

Maszyny do termoformowania wyrobów wielkogabarytowych
    Maszyny do termoformowania wyrobów wielkogabarytowych oferowane są w typoszeregu zmieniających się wielkości płyt, w zakresie od 1000x750, do 3250x2250 mm. Największe jednostkowe urządzenia pozwalają na formowanie elementów o wymiarach 9000x3000 mm, głębokości tłoczenia sięgającej 2000 mm, oraz masie ca 500 kg.
    Wszystkie operacje technologiczne dla poszczególnych asortymentów wyrobów i konkretnych klientów mogą być przechowywane w pamięci komputera przemysłowego sterującego maszyną. Proces uruchomienia produkcji odbywa się w zasadzie bez prób wstępnych i marnotrawienia półfabrykatów. W przypadku wyrobów wielkoformatowych przynosi to znaczące oszczędności.

Wzmacnianie wyrobów termoformowanych
    Technologia wzmacniania wielkogabarytowych produktów termoformowanych metodą Greensir polega na kilkukrotnym natrysku powierzchni kształtki specjalnym systemem poliuretanowym. Tworzy się sztywna i stabilna warstwa pianki poliuretanowej, o bardzo dobrych właściwościach mechanicznych, termoizolacyjnych, zapewniająca doskonałą izolację akustyczną. Wanny i brodziki wzmacniane metodą Greensir można wytwarzać ze znacznie większą wydajnością, bowiem półfabrykatami są płyty o mniejszej grubości. W rezultacie krótsze są czasy podgrzewania i chłodzenia. Efekt wzmocnienia sztywną pianką PU uzyskuje się na innym stanowisku pracy, a formą jest ukształtowany, nie wykończony jeszcze wyrób.

Przykłady wyrobów wykonywanych techniką termoformowania
    Wśród wyrobów tworzywowych otrzymywanych metodą termoformowania występuje duża rozmaitość. Można tu wymienić m.in.: świetliki kopułkowe, drzwi laminowane, wewnętrzne elementy obudowy drzwi, obudowy, osłony i zabezpieczenia, meble kuchenne, elementy drzwi, wnętrza szuflad, wanny, elementy kabin prysznicowych.
    Wykorzystując transparentne płyty można dowolnie kształtować duże płaszczyzny, osiągając efekty trudne do uzyskania przy wykorzystaniu szkła jak: świetliki kopułkowe, kształtowane elementy obudowy galerii i balkonów wewnętrznych czy elementy podświetlanych reklam.

Główne cechy technologii termoformowania wyrobów wielkogabarytowych
    1. Koszt oprzyrządowania do produkcji techniką termoformowania szacuje się na poziomie niższym o 15% od kosztu form wtryskowych. Wraz z rosnącymi wymiarami gabarytowymi wytwarzanych produktów wskaźnik ten staje się jeszcze bardziej korzystny.
    2. Zaletą procesu jest możliwość szybkiego wykonywania form z różnych materiałów takich jak: drewno, tworzywa sztuczne, żywice lane napełniane proszkiem aluminiowym, lekkie stopy. Metalowe formy z dobrym odprowadzaniem ciepła wymagane są przy stosunkowo krótkich cyklach technologicznych.
    3. W zależności od konstrukcji wyrobu i głębokości tłoczenia wykorzystuje się wstępne rozciąganie płyty przy pomocy jednostronnego nadciśnienia powietrza, oraz pomocniczego stempla prowadzącego.
    4. Coraz bogatsza oferta tworzyw sztucznych, wykorzystywanych w produkcji płyt do termoformowania poszerza krąg oferowanych wyrobów wytwarzanych tą techniką.
    5. Spodnia powierzchnia płyt w wykonaniu „easyglide” ułatwia głębokie termoformowanie.
    6. Nowoczesne systemy wzmacniania termoformowanych produktów wykorzystują sztywne i stabilne pianki poliuretanowe, nakładane przez wielokrotny natrysk „dolnej” powierzchni.
    7. Nowoczesne maszyny do termoformowania płyt pozwalają na wytwarzanie produktów o głębokości tłoczenia 800 mm, z płyt o wymiarach 325x225 cm i grubości do 15 mm. Masa takiej płyty wynosi 120÷200 kg!
    Jednostkowe urządzenia obrabiają elementy nawet o wymiarach 9000x3000 mm, głębokości tłoczenia do 2000 mm, a masie rzędu 500 kg.

Leszek PIECYK
GUMA-TEST
Warszawa

więcej informacji: Świat Szkla 11/2008

  • Logo - alu
  • Logo aw
  • Logo - fenzi
  • Logo - glass serwis
  • Logo - lisec
  • Logo - mc diam
  • Logo - polflam
  • Logo - saint gobain
  • Logo termo
  • Logo - swiss
  • Logo - guardian
  • Logo - forel
  • vitrintec wall solutions logo

Copyright © Świat Szkła - Wszelkie prawa zastrzeżone.