Spritzguss versus Thermoformung

Spritzguss versus Thermoformung: Grundlagen, Vorteile, Eigenschaften

In der Verarbeitung von Kunststoffen haben sich zwei Produktionsarten etabliert: Der Spritzguss und die Thermoformung. Beide Produktionsweisen haben ihre Vorteile und werden für jeweils spezifische Herausforderungen angewendet. Die Kunststoffverarbeitung ist somit ein weites Feld. Um eine effiziente Produktion von Komponenten aus Kunststoff aufzubauen, ist deshalb eine intensive Beratung erforderlich.

Grundsätzliches zur Kunststoffverarbeitung

Herstellungs- und Bearbeitungsverfahren werden grundsätzlich in fünf Gruppen unterschieden. Diese sind:

• Urformen: Gießen, Druckgießen, Spritzgießen
• Umformen: Biegen, Pressen, Tiefziehen, Kanten
• Trennen: Sägen, Fräsen, Drehen, Stanzen, Schneiden
• Beschichten: Lackieren, Verchromen, Bekleben
• Stoffeigenschaften ändern: Härten, Aufrauen, Glätten usw.

Produkte aus Kunststoffen werden vorwiegend im Urformverfahren (Spritzguss) oder Umformverfahren (Thermoformung) hergestellt. Allerdings schließt sich beiden Verfahren in der Regel ein Trennschritt an. Die Produkte müssen meistens entgratet oder von den Einspritzkanälen getrennt werden. Dazu werden meist angepasste Stanzen verwendet, die dann auch notwendige Aussparungen in das Produkt einbringen.

Kunststoffprodukte lassen sich meistens problemlos durch Lackieren beschichten. Bei lösemittelhaltigen Lacken oder Reinigungsmitteln besteht jedoch immer die Gefahr, die Stoffeigenschaften zu ändern. Die Produkte weichen auf und verlieren an Stabilität. Unter Umständen kann dies sogar gewollt sein. 3D Drucke auf Filamentbasis werden auf diese Weise beispielsweise geglättet.

Grundsätzlich ist die Herstellung von Kunststoffprodukten aber ein sehr sparsames Verfahren. Es wird annähernd nur so viel Vormaterial benötigt, wie am Ende im fertigen Produkt zu finden sind. Die Grate und Einspritzkanäle machen meistens weniger als 1% Volumenanteil des fertigen Produkts aus, abhängig von seiner Größe.

Spritzguss: Beliebige Formen

Das Spritzgussverfahren dient zur Herstellung von beliebig geformten Kunststoffprodukten. Das Vormaterial ist ein Kunststoff-Granulat. Dieses wird in einer Förderschnecke erhitzt, bis es sich verflüssigt. Anschließend wird der nun pastöse Kunststoff in eine trennbare Form eingespritzt. Die Form wird hydraulisch gekühlt, wodurch der Kunststoff wieder hart wird. Nach dem Erstarren des fertigen Produkts wird die Form wieder getrennt. Hydraulische Stößel werfen das Produkt aus. Nach dem Ablösen der Einspritzkanäle ist das Produkt fertig.

Thermoformung

Die Thermoformung ist ein energiesparendes und effizientes Produktionsverfahren zur Herstellung flächiger Kunststoffprodukte mit gleich bleibender Wandstärke. Dazu werden Platten aus Kunststoff erwärmt und über eine Form gepresst. Für die Pressung kommen verschiedene Verfahren zum Einsatz. Üblich sind

• mechanische
• pneumatische
• oder Vakuum-Verfahren.

Mechanische Kunststoff-Tiefziehpressen funktionieren ähnlich wie Blechpressen. Eine trennbare Form wird erhitzt und langsam zusammen gefahren. Die eingelegte Kunststoffplatte verformt sich und passt sich der Kavität (dem Hohlraum in der Form) an. Nach dem Trennen der Form kann das fertige Produkt entnommen werden. Übliche Produkte, die auf diese Weise hergestellt werden sind Gehäusehälften von Unterhaltungselektronik, Innenwände von Kühlschränken, Stoßfänger von Autos und selbst Schallplatten.

Bei der pneumatischen Thermoformung wird ein Kunststoffzylinder erwärmt und mit hohem Druck aufgeblasen. Dabei kleidet er die Innenwand einer trennbaren Form aus. Die Form wird gekühlt und getrennt. Anschließend wird das Produkt entnommen. Übliche Produkte für dieses Verfahren sind Flaschen und Kanister aus PET.

Beim Vakuum-Verfahren wird keine Luft eingepresst, sondern abgesaugt. Dieses Verfahren ist für dünnwandige, folienartige Kunststoffe ideal. Es ist sehr energiesparend und präzise. Neben dem Herstellen von dünnwandigen Produkten dient das Vakuum-Verfahren auch zur Beschichtung und Laminierung von Werkstücken.

Vor- und Nachteile des Spritzguss-Verfahrens

Das Spritzguss-Verfahren hat folgende Vorteile:

• Beliebige Formen und Wandstärken herstellbar
• Hohe Produktivität
• Gute Integrierbarkeit in automatisierte Fertigungsprozesse

Die Nachteile des Spritzguss-Verfahrens sind:

• Sehr hohe Werkzeugkosten
• Verhältnismäßig hoher Verschleiß am Werkzeug
• Hoher Energieaufwand
• Hohe Kosten für die Produktionsmittel
• Hoher Wartungsbedarf an den Produktionsmitteln

Die Vor- und Nachteile der Thermoformung

Die Vorteile der Thermoformung sind

• Geringer Verschnitt
• Geringerer Energiebedarf
• Kosten für Werkzeug und Produktionsmittel sind geringer
• Hohe Produktivität
• Preiswerte Fertigung
• Gute Nachbearbeitbarkeit

Die Nachteile der Thermoformung sind

• Keine beliebig geformten Produkte herstellbar (insbesondere bei variabler Wandstärke)
• Lohnenswert erst bei größeren Produkten
• Etwas langsamerer Produktionsprozess als beim Spritzgussverfahren
• Häufig manuelle Zusatzarbeit erforderlich

Gemeinsamer Nachteil: Wiederverwertung

Beiden Herstellungsverfahren ist gemeinsam, dass die Wiederverwendbarkeit von Reststoffen, Fehlproduktionen oder ausgedienten Werkstücken im Vergleich zu metallischen Produkten nur sehr eingeschränkt möglich ist. Obwohl für beide Verfahren in der Regel nur Thermoplaste verwendet werden, lassen sie sich nicht in gleicher Weise wieder umformen, wie es mit Metallen möglich ist. Eine Wiederverwertung ist gegenwärtig nur in Form eines "Downcyclings" möglich. Bei diesem Verfahren werden die geschredderten Kunststoffteile in recht grobe Halbzeuge umgeformt. Diese überzeugen zwar durch eine hohe Witterungsbeständigkeit und Langlebigkeit. Sie sind jedoch optisch und von den Werkstoffeigenschaften nur für wenige Produkte, wie Schallschutzwände oder Parkbänke, verwendbar.

Es gibt allerdings Ansätze, aus gebrauchtem Kunststoff wieder Öl und sogar Benzin zu gewinnen. Darüber hinaus macht die Forschung bei kompostierbaren Kunststoffen große Fortschritte. Viele Kunststoffe, wie beispielsweise PE, lassen sich schon heute problemlos thermisch verwerten. Insgesamt ist die Frage der umweltgerechten Entsorgung von Kunststoffabfällen eine der drängendsten Aufgabenstellungen der Zukunft.

Gemeinsame Vorteile

Kunststoffprodukte haben jedoch auch eine Reihe von Vorteilen, die auch von ökologischer Relevanz sind. Diese sind:

• niedriges Gewicht
• langlebig
• korrosionsfest
• elektrisch isolierend

Die niedrigere Dichte von Kunststoffen gegenüber Metallen ist nicht nur bei Fahrzeugen ein Vorteil. Auch Gebrauchsgegenstände mit einem hohen Anteil an Kunststoffen verursachen beim Transport zum Anwender geringere Kosten für Treibstoffe. Die Durchschlagsfestigkeit gegenüber elektrischen Spannungen sind ein großer Beitrag zur Betriebssicherheit von Geräten aller Art. Auch die Korrosionsfestigkeit und Langlebigkeit können, bei entsprechender Auslegung, gut zum Werterhalt und zur anhaltenden Gebrauchstauglichkeit eines Produktes beitragen.

Thermoformung oder Spritzguss - gut beraten ist gut geplant

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