Metoden innebär att en uppvärmd plastskiva eller plastfilm formas mot ett verktyg genom att luften mellan materialet och verktyget evakueras. Denna variant av termoformning kallas vakuumformning och bygger på att undertryck gör att plasten följer formens yta under kylning.
Vakuumformning använder normalt ett enkelsidigt formverktyg. Det skiljer processen från termoformning med matchade formar, där två formhalvor kan styra geometri och toleranser på fler ytor men också kräver en annan verktygsuppbyggnad.
Termoformning delas i praktiken ofta in efter materialtjocklek, där tunn folie och tunna skivor kan köras rullmatat i kontinuerliga linjer för vakuumformning och tjockare skivor oftare hanteras som kapade ark. Man beskriver uppdelning som thin gauge respektive heavy gauge och kopplar rullmatning till serieproduktion av engångsartiklar och vissa förpackningar.
Ett återkommande skäl till att parametrar behöver följas upp är att polymerers beteende under uppvärmning och formning varierar med tid och temperatur. Themoplaster beskrivs ofta som viskoelastiska och att deras respons påverkas av temperatur, töjningshastighet och materialets historik, något som får direkt betydelse för processfönster och reproducerbarhet.
Så fungerar vakuumformning
Vakuumformning kan genomföras i allt från enklare maskiner till automatiserade linjer för plastförpackningar. Gemensamt är att plasten värms tills den blir formbar, formas över eller i ett verktyg och kyls innan detaljen tas ur och trimmas.
Steg i processen:
- Plastskivan spänns fast i en ram så att materialet hålls stabilt under uppvärmning och formning.
- Skivan värms till ett temperaturfönster där den blir mjuk men inte flyter, ofta styrt per polymer och tjocklek.
- Den uppvärmda skivan draperas över verktyget, eller så förs verktyget upp mot skivan beroende på maskinkoncept.
- Vakuum appliceras så att luften sugs ut och materialet pressas mot verktygets yta av tryckskillnaden. En praktisk tolkning är att vakuumet skapar kontakt genom att ta bort luft, medan atmosfärstrycket sätter en övre gräns för formkraften.
- Efter kylning lossas detaljen och efterbearbetas vid behov, till exempel genom trimning eller bearbetning av kanter och hål.
Material och temperaturfönster
För vakuumformning används termoplaster som mjuknar vid uppvärmning och stelnar vid kylning. Vanliga materialfamiljer som ofta nämns för vakuumformning är bland annat ABS, polystyrenvarianter som HIPS, PETG, PVC, polykarbonat och akryl.
Temperaturfönstret skiljer sig mellan material. Som exempel anger en sammanställning av materialdata att formningstemperaturer kan ligga runt 120 till 140 °C för HIPS och cirka 140 till 190 °C för ABS, medan andra polymerer har andra intervall.
När plastdetaljer från vakuumformning ska användas som kontaktmaterial mot livsmedel finns särskilda krav i EU. Kommissionens förordning (EU) nr 10/2011 reglerar material och produkter av plast som är avsedda att komma i kontakt med livsmedel, och svenska myndigheter hänvisar till den konsoliderade versionen vid tillsyn och vägledning.
Formverktyg och designregler
I vakuumformning styr verktygets geometri hur materialet sträcks. Djupare drag och branta väggar kan öka risken för att godset tunnas ut, eftersom plasten måste fördelas över en längre väg. För att underlätta urtagning av detaljen används ofta dragvinklar på väggar, och flera riktlinjer pekar på att några graders lutning kan behövas beroende på om formningen sker över en hanform eller in i en honform.
När vakuumformning gör att plasten närmar sig verktygets yta måste instängd luft kunna lämna formen via små ventiler eller porösa zoner; annars riskerar vissa områden att inte få full kontakt, med förlorade detaljer eller lokala deformationer som följd. Vid djupa geometrier används ibland plug assist, där ett pluggelement hjälper till att försträcka plasten och styra materialet mot delar av formen innan vakuum drar ner materialet mot verktygets yta.
Tillämpningar, begränsningar och kvalitet
Vakuumformning används ofta för plastförpackningar och engångs eller flergångsartiklar där en uppvärmd film eller skiva formas över en form, kyls och tas ur. Exempel som ofta nämns är muggar, tråg och hämtmatsförpackningar.
Två återkommande kvalitetsfrågor i vakuumformning är ojämn godstjocklek och webbing. Ojämn godstjocklek uppstår när materialet sträcks olika mycket i olika zoner, särskilt vid stora drag. Webbing kan beskrivas som tunna plaststrängar eller veck som bildas när materialet bryggar mellan geometrier och inte lägger sig jämnt mot formen.
I många vakuumformningsflöden tillkommer också spill från trimning, där en del av skivan blir kvar som skelett runt den formade detaljen. I en branschartikel om utrustning för återvinning av termoformning nämns att skelettspill i vissa linjer kan motsvara upp till omkring 40 procent av maskinens totala utflöde, och att sådant spill därför ofta hanteras separat.
