Wat is thermovormen?

Thermovormen is een vormgevingstechniek waarbij men gebruik maakt van hitte om materiaal gemakkelijker in een andere vorm te brengen. Thermovormen wordt in de praktijk ook wel vacuümvorming genoemd. Het is een vormgevingstechniek waarbij men geen verspanende technieken toepast. Bij verspaning haalt men kleine deeltjes van het basismateriaal af om een vorm te laten ontstaan. Bij thermovormen doet men dit niet maar maakt men gebruik van warmte zodat het materiaal vloeibaar of deegachtig wordt. Daardoor kan het materiaal makkelijker in de juiste vorm worden gedrukt, gebogen of getrokken.

Toepassing van thermovormen
Men past het thermovormen in de vormgevingstechniek toe op materialen die doormiddel van verwarming plastisch worden. In de praktijk wordt het thermovormen voornamelijk op kunststoffen toegepast. Kunststoffen die doormiddel van verwarming plastisch worden vallen onder de benaming thermoplasten en worden ook wel plastics genoemd. Het thermovormproces verschilt van het koudvormen omdat bij het koudvervormen het materiaal niet wordt verwarmd.

Men kan doormiddel van thermovormen verschillende producten maken. Denk hierbij aan de kunststofbehuizing van elektrische apparaten. Deze apparaten zijn door het kunststof geïsoleerd waardoor het kunststof een dubbele functie vervuld. Naast behuizing voor elektrische apparaten kunnen ook speelgoedproducten en een enorme hoeveelheid aan bakjes, kisten,  emmers, kuipjes en verpakkingsmaterialen doormiddel van thermovormen worden geproduceerd.

Voor welke materialen is thermovormen geschikt?
Thermovormen is geschikt voor zogenaamde thermoplasten. Dit zijn kunststoffen die doormiddel van warmte plastisch vervormbaar zijn. Een aantal voorbeelden hiervan zijn:

  • polyvinylchloride (PVC),
  • acrylonitril butadieen styreen (ABS),
  • polyetheen (PE),
  • polyethyleentereftalaat (PET),
  • polystyreen (PS)
  • polypropeen (PP).

Het is ook mogelijk om folies toe te passen die uit meerdere lagen bestaan van verschillende soorten kunststoffen. Dit zorgt er voor dat de kunststoffen elkaars eigenschappen aanvullen of versterken.

Hoe wordt het thermovormen gedaan?
Als men thermovormen toepast zal men in eerste instantie onderscheid moeten maken tussen het materiaal en de toepassing. Als men bijvoorbeeld dunne folie toepast van 0,2 mm dikt tot 1,5 mm dik is het proces iets anders dan wanneer men dikkere kunststoffen doormiddel van thermovormen wil vervormen. Dunne folies worden over het algemeen op een grote rol aangeleverd als halffabricaten. Dit wil zeggen dat het halffabricaat nog een bewerking of meerdere bewerkingen moet ondergaan voordat men kan spreken van een eindproduct. Als men gebruik maakt van dunne folies dan kan men vaak het halffabricaat in één machine integreren.

Dikke folie wordt over het algemeen aangeleverd als losse plaat. Deze dikkere platen worden meestal in verschillende stappen binnen het proces in de juiste vorm gebracht. Een voorbeeld van een proces waarin men dikke folie in de gewenste vorm brengt is hieronder beschreven

  1. Het folie-materiaal wordt onder een infraroodstraler geplaatst
  2. De infraroodstraler verwarmt het materiaal. Deze verwarming kan van één kant zijn maar ook van twee kanten tegelijk. Dit is afhankelijk van het verdere bewerkingsproces.
  3. De verwarmde folie wordt op een mal geplaatst en ingeklemd. Daarna wordt lucht uit de ruimten van de mal wordt weggezogen. Hierdoor ontstaat een vacuüm en is vacuümvorming mogelijk. Het verwarmde folie zal namelijk door het wegtrekken van de lucht door het vacuümproces dicht tegen de mal worden aangetrokken.
  4. Vervolgens kan men door geforceerd afkoelen de vorm fixeren. Men kan ook met perslucht aan de andere kant van de verwarmde folie gaan blazen om het proces te versnellen.
  5. In de laatste stap worden de vormen die in de vorige stap zijn ontstaan uit de folie gesneden of gestanst.

Afval dat tijdens dit proces ontstaat kan dikwijls worden hergebruikt. Men brengt dan het kunststof afval weer in de machine die folie maakt. Zo is het thermovormen economisch verantwoord en ook nog zo milieuverantwoord mogelijk.

Wat zijn de voordelen van kunststoffen in de werktuigbouwkunde?

In de werktuigbouwkunde wordt van oudsher veel gebruik gemaakt van metalen. Metalen hebben veel gunstige eigenschappen waardoor ze een breed toepassingsgebied hebben in de bouw van machines en staalconstructies. De laatste jaren krijgen metalen echter geduchte concurrentie. Halverwege de twintigste eeuw werd gebruik gemaakt van bakeliet. Dit is een eenvoudige kunststof. Sinds het gebruik van bakeliet zijn er echter zeer veel verschillende kunststoffen ontwikkeld en toegepast. De kunststoffen zijn sterk in opkomst binnen de werktuigbouwkunde. Niet alleen binnen de werktuigbouwkunde worden kunststoffen meer gebruikt. Er zijn zeer veel producten waarin tegenwoordig gebruik wordt gemaakt van kunststoffen. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan computerbehuizingen, mobiele telefoons (GSM), rekenmachines, bekers, borden, bestek en talloze speelgoed artikelen.

Wat zijn van voordelen van kunststoffen?
Er zijn verschillende kunststoffen ontwikkeld de laatste jaren. Metalen worden gelegeerd om de eigenschappen te verbeteren. Bij kunststoffen zijn er ook verschillende samenstellingen waardoor kunststoffen breed kunnen worden toegepast in de werktuigbouwkunde. Een aantal belangrijke voordelen die kunststoffen hebben ten opzichte van de werktuigbouwkunde zijn als volgt:

Kunststoffen zijn goedkoop
Kunststoffen zijn ten opzichte metalen goedkoop en kunnen over het algemeen eenvoudig worden verwerkt. Producten die van kunststoffen worden vervaardigd zijn daarom goedkoper dan vergelijkbare producten die van metalen zijn vervaardigd.

Kunststoffen isoleren
Metalen geleiden elektriciteit in meer en mindere mate. Kunststoffen werken isolerend. Hierdoor kunnen kunststoffen goed worden toegepast voor de behuizing van machines en de bescherming van elektriciteitskabels. Met het gebruik van kunststoffen kan worden voorkomen dat bepaalde delen van een machine onder spanning komen te staan.

Kunststoffen hebben een laag gewicht
De meeste metalen hebben een hoge soortelijke massa. Dit houdt in dat veel metalen ten opzichte van bijvoorbeeld hout en kunststof zwaar zijn. Wanneer een m3 kunststof wordt gewogen en een m3 aluminium dan is kunststof over het algemeen veel lichter. Dit zorgt er voor dat het gebruik van kunststof het gewicht van een product kan reduceren.  Het gebruik van metalen zorgt er vaak voor dat een product juist zwaarder wordt. Bij machines waarbij gewicht een belangrijke rol speelt wordt vaak gekeken naar de mogelijkheid om kunststoffen toe te passen. Hierbij kan onder andere gedacht worden aan de jachtbouw, vliegtuigindustrie, de ruimtevaart en ook voortuigen als brommers, scooters en auto’s.

Kunststoffen roesten niet
Op edelmetalen na heeft elke metaalsoort zijn eigen oxidatieproces. Dit zorgt er voor dat de aanblik van het metaal verandert. Daarnaast kan de oxidatie in de vorm van roest bij Ferro-legeringen en ferrometalen er voor zorgen dat de mechanische kwaliteit achteruit gaat. Kunststoffen roesten niet. Ze zijn behoorlijk goed bestand tegen weersinvloeden. Er moet echter wel rekening gehouden worden met bepaalde temperaturen en de uitwerking van zonlicht (UV straling). Hierdoor kan de kwaliteit van kunststoffen wel worden verminderd. Kunststoffen kunnen daarnaast vaak beter tegen zuren dan metalen. Daarom worden kunststoffen gebruikt voor de verpakking van accuzuur en andere zuren.

Kunststoffen zijn geschikt voor de verpakking van voedingsmiddelen
In tegenstelling tot metalen zijn kunststoffen uitermate geschikt voor de verpakking van voedingsmiddelen. Veel verpakkingen lijken op het eerste oog uit papier te bestaan zoals bijvoorbeeld een melkpak of een yoghurtpak, er is echter op het papier of karton een dun laagje kunststof aangebracht om er voor te zorgen dat het papier niet week wordt. Ook in de machinebouw wordt in de voedingsmiddelenindustrie veel gebruik gemaakt van kunststoffen. Hierdoor komt geen giftige oxidatie van metalen in de voeding terecht.

Kunststoffen zijn breed toepasbaar
De vormen die met kunststoffen kunnen worden gemaakt zijn vrijwel onbeperkt. Dit heeft te maken met de eenvoudige manier waarop kunststoffen kunnen worden verwerkt. Kunststoffen kunnen worden gegoten, gespoten en geperst. Daarnaast kan men kunststoffen ook extruderen en laten smelten om ze vervolgens doormiddel van lucht op te blazen tot dun plastic voor bijvoorbeeld plastic zakken. Doormiddel van een specifiek lasproces kunnen  thermoplastische kunststoffen zelfs aan elkaar gelast worden. Thermoplastische kunststoffen zijn kunststoffen die doormiddel van hitte zacht en vloeibaar worden. Thermohardende kunststoffen bestaan uit uitgeharde kunststoffen. Deze kunnen niet opnieuw weer week worden gemaakt om ze te vervormen. Thermohardende kunststoffen worden vaak doormiddel van persen en gieten in de juiste vorm gebracht. Naast het gemak waarmee kunststoffen in de gewenste vorm kunnen worden gebracht is het ook mogelijk om kunststoffen de gewenste kleur te geven. Ook hierin zijn de mogelijkheden onbeperkt.

Kunststoffen worden steeds meer toegepast in de werktuigbouwkunde
Door bovenstaande eigenschappen worden kunststoffen breed toegepast in de techniek. In de toekomst zullen kunststoffen metalen nog meer gaan vervangen. Kunststoffen worden van steeds betere kwaliteit. Ook de terughoudendheid om kunststoffen te gebruiken in plaats van metalen neemt af. De mechanische eigenschappen van kunststoffen zijn soms net zo goed als metalen en daarnaast is het soortelijk gewicht ook nog lager. Op dit moment worden kunststoffen in toenemende mate gebruikt bij de fabricage van auto’s. Hoewel het gemiddelde percentage gewicht van kunststof in een auto ongeveer 10 procent is van het totaalgewicht zal kunststof door het gebruik van elektrische motoren worden vergroot. Dit heeft te maken met het feit dat het gewicht van auto’s steeds belangrijker wordt wanneer er wordt gekeken naar de zuinigheid van auto’s.