Что такое вакуумная формовка пластика? Полное руководство

Если вы когда-нибудь задавались вопросом, как изготавливают пластиковую упаковку, приборные панели автомобилей или даже зубные фиксаторы, то сейчас вы узнаете ответ.

Это называется вакуумной формовкой. Это один из самых универсальных производственных процессов на планете.

На самом деле вакуумная формовка отвечает за создание тысяч пластиковых изделий, которые вы используете каждый день. От блистерной упаковки, защищающей ваши новые наушники, до внутренних панелей в вашем автомобиле.

Но вот в чем дело:

Большинство людей понятия не имеют, что такое вакуумная формовка пластика. Или как он работает.

Именно поэтому я подготовил это полное руководство.

В этом посте, как профессионал производитель вакуумной формовки пластикаО чем я расскажу:

Что такое вакуумная формовка (и почему это важно)
Как происходит процесс вакуумной формовки - шаг за шагом
Основные преимущества и ограничения, которые необходимо знать
Применение в реальных условиях в различных отраслях промышленности
Материалы, которые лучше всего подходят для вакуумной формовки
Когда следует выбирать вакуумную формовку вместо других методов

Давайте окунемся с головой.

Что такое вакуумная формовка?

Вакуумная формовка - это производственный процесс, при котором пластиковый лист нагревается до мягкости, а затем с помощью вакуумного давления придается ему форма.

Подумайте об этом так:

Возьмите плоский кусок пластика. Нагрейте его, пока он не станет гибким. Затем натягиваете его на форму и высасываете весь воздух. Пластик плотно притягивается к поверхности формы, копируя каждую деталь.

Когда он остынет? У вас есть идеально сформированная пластиковая деталь.

Просто, правда?

И да, и нет.

Основная концепция проста. Но современная вакуумная формовка превратилась в сложный процесс, позволяющий создавать невероятно детализированные детали.

Вот что делает вакуумную формовку уникальной:

Он формирует только одну сторону пластика. В отличие от литья под давлением, которое создает полностью закрытые детали, вакуумная формовка создает детали только на стороне, соприкасающейся с формой.

Для этого используются существующие пластиковые листы. Вы не плавите пластиковые гранулы и не впрыскиваете их. Вы берете готовые листы и изменяете их форму.

Он зависит от атмосферного давления. Вакуумная часть удаляет воздух между пластиком и формой. Затем обычное давление воздуха делает тяжелый подъем, чтобы вдавить пластик на место.

Этот процесс существует с 1940-х годов. Но и сегодня это один из самых экономичных способов создания пластиковых деталей.

Пошаговый процесс вакуумной формовки

Как же на самом деле работает вакуумная формовка?

Позвольте мне разделить это на шесть простых шагов:

Шаг 1: Зажмите пластиковый лист

Сначала вы загружаете пластиковый лист в зажимную раму машины. Эта рама надежно удерживает края листа в течение всего процесса.

Давление зажима должно быть оптимальным. Слишком слабое - и пластик соскользнет. Слишком тугое - вы можете повредить материал.

Шаг 2: Нагрейте пластик

Затем нагревательные элементы нагревают пластиковый лист сверху (а иногда и снизу для более толстых материалов).

Температура зависит от типа пластика. Но обычно речь идет о 300-400°F для большинства термопластов.

А вот и самая важная часть:

Пластик должен достичь "температуры формования" - достаточно горячей, чтобы стать гибким, но не настолько горячей, чтобы начать разрушаться.

Шаг 3: Расположите форму

Как только пластик достигает нужной температуры, форма перемещается под нагретый лист.

Существует два типа форм:

Мужские формы (выпуклый) - пластик затягивается снаружи.
Женские формы (вогнутый) - пластик втягивается в полость

Шаг 4: Нанесите вакуум

Именно здесь происходит волшебство.

Вакуумный насос удаляет воздух между нагретым пластиком и поверхностью формы. Разница давлений заставляет пластик плотно присасываться к каждому контуру формы.

Мы говорим о 27 дюймах ртутного столба - это серьезная сила всасывания.

Шаг 5: Охладите и установите

После того как пластик сформирован в форме, начинается охлаждение. Некоторые машины используют вентиляторы или водяной туман, чтобы ускорить этот процесс.

Перед удалением пластик должен остыть ниже температуры теплового изгиба. В противном случае он деформируется или потеряет форму.

Шаг 6: Освободите и обрежьте

Наконец, сформированная деталь освобождается от формы. Излишки материала по краям обрезаются.

В зависимости от области применения вам может понадобиться дополнительная отделка, например, сверление отверстий или добавление текстуры.

Весь цикл может занимать от нескольких минут до получаса, в зависимости от толщины материала и сложности детали.

Материалы, используемые при вакуумной формовке

Не все пластики одинаковы, когда речь идет о вакуумной формовке.

Вам нужны термопласты - материалы, которые размягчаются при нагревании и затвердевают при охлаждении. При этом они должны сохранять свои свойства в течение нескольких циклов нагрева.

Вот наиболее популярные материалы для вакуумной формовки:

ABS (акрилонитрил-бутадиен-стирол)

Рабочая лошадка вакуумной формовки. ABS обладает отличной ударопрочностью, хорошей передачей деталей и умеренной стоимостью. Идеально подходит для автомобильных деталей и электронных корпусов.

PETG (полиэтилентерефталат гликоля)

Кристальная прозрачность и высокая химическая стойкость. ПЭТГ - это лучшее решение для розничной упаковки и медицинского применения, где важна видимость.

HIPS (полистирол высокой ударной вязкости)

Доступный по цене и простой в формовке. HIPS отлично подходит для изготовления прототипов, вывесок и легких конструкций.

Поликарбонат (PC)

Когда вам нужна серьезная прочность. ПК обеспечивает исключительную ударопрочность и термостойкость. Подумайте об оборудовании для обеспечения безопасности и наружном применении.

Акрил (PMMA)

Для тех случаев, когда внешний вид - это главное. Акрил обеспечивает оптическую прозрачность и устойчивость к атмосферным воздействиям. Используется в дисплеях и осветительных приборах.

ПВХ (поливинилхлорид)

Химическая стойкость и огнестойкость. ПВХ Подходит для промышленного применения и наружных вывесок.

Толщина обычно варьируется от 0,5 до 10 мм. При большей толщине равномерный нагрев становится затруднительным.

Основные преимущества вакуумной формовки

Почему производители предпочитают вакуумную формовку другим методам формовки пластика?

Преимущества довольно убедительны:

Снижение затрат на оснастку

И самое главное: вакуумные пресс-формы стоят в разы меньше, чем инструменты для литья под давлением.

Речь идет о $5 000 для вакуумной пресс-формы по сравнению с $50 000+ для литьевой пресс-формы. Для небольших серий это решающий фактор.

Ускоренное выполнение

Нужны детали быстро? Вакуумная формовка - это то, что нужно.

Вы можете пройти путь от проекта до готовых деталей за несколько дней, а не месяцев. Более простая оснастка означает более быстрое производство и более быстрые итерации конструкции.

Гибкость конструкции

Вносите изменения? Нет проблем.

Вакуум-формовочные формы можно относительно легко модифицировать. Сравните это с литьем под давлением, где изменения означают дорогостоящее переоснащение.

Возможность изготовления крупных деталей

Вакуумная формовка отлично подходит для больших деталей. Речь идет о ваннах, дверях автомобилей и облицовке холодильников.

Попробуйте изготовить их методом литья под давлением. Затраты на оснастку будут просто астрономическими.

Разнообразие материалов

От кристально чистого PETG до прочного поликарбоната - вакуумная формовка работает с десятками термопластов. Каждый из них обладает различными свойствами, чтобы соответствовать вашим задачам.

Ограничения, которые необходимо знать

Но вакуумная формовка подходит не для всего.

Вот основные ограничения:

Односторонняя деталь

Помните: вакуумная формовка создает детали только с одной стороны. Обратная сторона остается относительно бесцветной.

Нужна детализация с обеих сторон? Вам придется обратиться к другим технологиям.

Изменение толщины стенок

По мере того как пластик растягивается по форме, в некоторых местах он становится тоньше. Глубокая вытяжка может привести к значительному истончению участков.

Это влияет как на прочность, так и на внешний вид.

Ограниченные подрезы

При вакуумной формовке трудно справиться с подрезами и сложной геометрией. Деталь должна выходить из формы, что ограничивает возможности дизайна.

Низкая точность

По сравнению с литьем под давлением вакуумная формовка обеспечивает меньшую точность размеров. Допуски обычно составляют ±0,020″ для первого дюйма.

Более высокая стоимость одной детали (большой объем)

При больших объемах производства (миллионы деталей) литье под давлением становится более рентабельным в расчете на единицу продукции.

Реальные области применения вакуумной формовки

Где же можно увидеть детали, изготовленные методом вакуумной формовки?

Они буквально повсюду:

Упаковочная промышленность

Блистерные упаковки для розничных товаров
Пищевые контейнеры и подносы
Упаковка в виде раковины
Упаковка для медицинских изделий

Автомобильный сектор

Компоненты приборной панели
Дверные панели
Накладки на кровать грузовика
Крышки двигателя
Вкладыши для колесных колодцев

Медицинская сфера

Корпуса для оборудования
Зубные ретейнеры и выравниватели
Хирургические лотки
Компоненты протезов

Потребительские товары

Вкладыши для дверей холодильника
Ванны и основания для душа
Багажные раковины
Компоненты игрушек
Плавательные бассейны

Промышленное применение

Защитные кожухи для машин
Корпуса для оборудования
Защитные чехлы
Поддоны для транспортировки материалов

Универсальность невероятна. Вакуумная формовка позволяет справиться с любыми задачами - от пищевого контейнера $2 до корпуса медицинского прибора $20 000.

Вакуумная формовка по сравнению с другими методами производства пластмасс

Чем вакуумная формовка отличается от других процессов формовки пластика?

Давайте сравним:

Вакуумная формовка в сравнении с литьем под давлением

Литье под давлением выигрывает за:

Крупносерийное производство (миллионы деталей)
Сложные геометрии с подрезами
Жесткие допуски
Детали с деталями со всех сторон

Вакуумная формовка выигрывает за:

Снижение затрат на оснастку
Крупные детали
Ускоренное создание прототипов
Сокращение сроков производства

Вакуумная формовка в сравнении с формовкой под давлением

На самом деле это двоюродные братья. При формовке под давлением добавляется положительное давление воздуха, чтобы плотнее прижать пластик к форме.

Формирование под давлением предложения:

Лучшее воспроизведение деталей
Более острые углы
Более равномерная толщина стенок
Способность формировать текстурированные поверхности

Но он стоит дороже, чем стандартная вакуумная формовка.

Вакуумная формовка в сравнении с ротационным формованием

Ротационное формование Создает полые детали, вращая пресс-форму, заполненную пластиковым порошком.

Это лучше для:

Большие полые детали
Постоянная толщина стенок
Детали без напряжения

Однако вакуумная формовка быстрее и экономичнее для большинства применений.

Когда следует выбирать вакуумную формовку?

Вот мой совет, когда вакуумная формовка имеет смысл:

Выбирайте вакуумную формовку, когда:

Вам нужно 100-50 000 деталей в год. Именно в этом месте вакуумная формовка работает лучше всего.

Ваши детали относительно велики. Все, что больше 12 дюймов, становится предпочтительным для вакуумной формовки.

Вам нужно быстрое выполнение заказа. От дизайна до деталей за несколько дней, а не месяцев.

Ваш бюджет ограничен. Снижение затрат на оснастку означает снижение первоначальных инвестиций.

Вы все еще создаете прототипы. Легкая модификация пресс-формы способствует итерации дизайна.

Детали нужны только с одной стороны. Идеально подходит для крышек, корпусов и панелей.

Ищите в другом месте, когда:

Вам нужны миллионы одинаковых деталей. Литье под давлением становится более экономичным.

Ваша конструкция имеет сложные подрезы. Это может сделать невозможным вакуумную формовку.

Вам требуются жесткие допуски. Вакуумная формовка не может сравниться с точностью литья под давлением.

Толщина стенок должна быть равномерной. Процесс растягивания создает вариации.

Начало работы с вакуумной формовкой

Готовы рассмотреть возможность использования вакуумной формовки в вашем проекте?

Вот как начать:

Определите ваши требования - Размер детали, количество, потребность в материале и критические характеристики
Создайте свой дизайн - Помните об ограничениях в дизайне, которые мы обсуждали
Выберите материал - Подберите свойства пластика в соответствии с вашими задачами
Поиск партнера по вакуумной формовке - Ищите опыт работы с аналогичными деталями
Сначала прототип - Протестируйте свою конструкцию, прежде чем приступать к изготовлению оснастки
План отделки - Учитывайте необходимость обрезки, сверления и сборки.

Главное - начать с простого. Ваша первая деталь, изготовленная методом вакуумной формовки, не должна расширять границы. Освоитесь с процессом, а затем расширяйте его.

Итоги

Вакуумная формовка пластика остается одним из самых универсальных и экономически эффективных методов производства на сегодняшний день.

Не для каждого применения он подходит. Но если вам нужна недорогая оснастка, быстрое изготовление и гибкость конструкции, вакуумная формовка - это то, что нужно.

От упаковки, защищающей вашу последнюю покупку, до приборной панели вашего автомобиля - детали, изготовленные методом вакуумной формовки, встречаются повсюду. И теперь вы точно знаете, как их делают.

Этому процессу, возможно, уже 80 лет. Но он по-прежнему решает современные производственные задачи каждый день.

Понимание того, что такое вакуумная формовка пластика - и когда ее следует использовать - дает вам еще один мощный инструмент в вашем производственном арсенале.

А на современном конкурентном рынке наличие таких возможностей может сыграть решающую роль.