Thermoformen Geeignete Materialdatenermittlung für die Thermoformsimulation

Autor / Redakteur: Christian Hopmann und Maren Begemann / Stéphane Itasse

Untersuchungen zeigen, dass es geeignete Verfahren zur Ermittlung der Thermoformbarkeit von Platten- und Folienhalbzeugen gibt. Mit den gewonnenen Daten lässt sich das Thermoformen simulieren. Die besten Materialdaten liefern Verstreckungen im Reckrahmen. Auf dieser Basis können empirische Vorhersagen ersetzt werden.

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Bild 1: In der Verstreckvorrichtung wurden die Kraft-Dehnungs-Verläufe an achteckigen Proben ermittelt. Damit die Messungen unter praxisgerechten Fertigungsbedingungen ablaufen, wurde die Vorrichtung in eine Thermoformanlage integriert.
Bild 1: In der Verstreckvorrichtung wurden die Kraft-Dehnungs-Verläufe an achteckigen Proben ermittelt. Damit die Messungen unter praxisgerechten Fertigungsbedingungen ablaufen, wurde die Vorrichtung in eine Thermoformanlage integriert.
(Bild: Winandy)

Das Thermoformen ist sowohl für technische Anwendungen als auch für Verpackungen oftmals das Verfahren der Wahl, um Formteile aus thermoplastischem Kunststoff herzustellen. Ein wichtiger und für das jeweilige Produkt oft entscheidender Vorteil des Thermoformens ist die Möglichkeit der Herstellung dünnwandiger Formteile.

Thermoformeigenschaften bisher meist empirisch ermittelt

Eine technische und in der Konsequenz auch wirtschaftliche Herausforderung liegt dabei in der Auswahl eines Halbzeugs in Verbindung mit der Vorhersage für die Thermoformbarkeit eines bestimmten Produkts. Der Vorteil einer vorhersagbaren Prozessfähigkeit liegt darin, in einer frühen Planungsphase die Eignung des Halbzeugs für das Thermoformprodukt abschätzen zu können.

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Für eine Vorhersage der Thermoformeigenschaften wird in der Praxis bislang meist empirisch vorgegangen – in Form von Thermoformversuchen mit infrage kommenden Halbzeugen. Trotz des dafür beachtlichen Zeit- und Materialaufwands ist in der Regel keine gesicherte Einschätzung möglich, ob aus dem getesteten Halbzeug ein bestimmtes Produkt zufriedenstellend herstellbar ist.

Messverfahren als Datenlieferant für die Thermoformsimulation bewerten

Als aussichtsreiche Alternative wird die Umformsimulation mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) angestrebt. Sie hat sich jedoch bislang in der Praxis nicht nachhaltig durchgesetzt. Grund für die eingeschränkte Anwendung ist das Fehlen eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zur Bestimmung des Spannungs-Dehnungs-Verhaltens von Halbzeugen (Platten oder Folien).

Zwar gibt es in der Forschung und der Industrie eine Vielzahl von Messverfahren zur Bestimmung des Materialverhaltens, doch ist bis heute ungeklärt, welches der Verfahren eine geeignete Basis für die Thermoformsimulation bietet. Im Folgenden werden verschiedene Verfahren bezüglich der Eignung zur Bestimmung von Materialkennwerten für die Thermoformsimulation miteinander verglichen.

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