Formatura sottovuoto: una guida completa

“Dalle parti 3D estremamente dettagliate alla produzione di grandi volumi, la formatura sotto vuoto è un processo prezioso. Esplora i suoi vantaggi, limiti e applicazioni in questa guida completa.

Nelle industrie di lavorazione della plastica, la formatura sotto vuoto si riferisce a un processo di termoformatura della plastica a breve termine utilizzato per la produzione di parti in volumi ridotti. In genere, trova ampio utilizzo nelle industrie manifatturiere farmaceutiche e automobilistiche grazie alla sua elevata efficienza e ai costi economici rispetto allo stampaggio. Inoltre, aiuta a replicare prototipi di caratteristiche delicate, dai blister Medicare alle sospensioni e ai componenti interni delle automobili. Tuttavia, per ottenere risultati ottimali è necessario considerare diversi fattori in termini di scelta del materiale giusto, nonché parametri del processo operativo come temperatura, pressioni e velocità di imitazione. Eccetera. 

Questo blog fornisce informazioni utili su processo di colata sotto vuoto, compresi il suo funzionamento, le fasi chiave, le applicazioni industriali, i vantaggi, i limiti e altre considerazioni importanti per lo sviluppo del prodotto e la produzione a basso volume.

Cos'è la formatura sotto vuoto?

Formatura sotto vuoto

Plastica termoformabile è un processo convenzionale di fabbricazione o estrusione di plastica che utilizza fogli di circa 6-10 mm di spessore di termoindurenti o termoplastici per la produzione di vari articoli 3D per uso industriale. Durante il funzionamento, viene creata la pressione del vuoto che aspira il materiale plastico desiderato nello stampo personalizzato che comporta la forma e le specifiche esatte della parte. La pressione e la temperatura ottimali dell'aria di vuoto richieste per il processo sono comprese tra 9.8 e 12.25 psi. ca. Rispettivamente pollici di vuoto e un intervallo di temperatura di 115 – 165 ˚C. 

Di solito è necessario un tempo minimo per definire le specifiche esatte delle parti, a differenza delle tecniche tradizionali, che richiedono diversi giorni o settimane per essere immesse sul mercato per l'uso previsto. Inoltre, la formatura sotto vuoto industriale è un processo relativamente economico per le esigenze di produzione in serie. 

Formatura sottovuoto: flusso di lavoro del processo

Ecco una guida passo passo al processo di formatura sotto vuoto personalizzato. 

• Innanzitutto, la forma predeterminata della parte o del prodotto in plastica desiderato viene progettata utilizzando il software CAD 3D. 
• Quindi, i progettisti di stampi creano stampi a vuoto perforati, periferici o angolati per la lavorazione di materiali termoplastici. Questi stampi angolari vengono prima preriscaldati per facilitare l'estrazione dei prodotti in plastica dopo aver completato il processo di formatura sotto vuoto. Materiali come alluminio pressofuso, legno, polistirolo o schiume strutturali vengono generalmente utilizzati a seconda della resistenza richiesta e delle specifiche esatte delle parti. 
• Dopo la fase di progettazione dello stampo, transita nella macchina sottovuoto. Qui il foglio di plastica previsto viene fissato correttamente sulla macchina formatrice. Questa presa a morsetto stringe il foglio per evitare qualsiasi imprecisione durante il processo. 
• La lastra viene quindi riscaldata uniformemente attraverso una fonte di calore (solitamente sono consigliati i riscaldatori doppi per applicazioni che richiedono una penetrazione del calore più uniforme) a seconda del tipo di materiale da lavorare. Ciò aiuta la lastra ad allungarsi e a sciogliersi al di sotto della temperatura di transizione vetrosa. 
• Quindi, il foglio riscaldato e stirato viene spinto sulla superficie dello stampo creando un vuoto d'aria per rimuovere l'aria intrappolata all'interno del foglio di plastica e dello stampo. 
• Successivamente, la parte viene raffreddata ed espulsa dallo stampo per le operazioni di finitura, come rifilatura, anodizzazione, rifinitura delle texture, ecc., a seconda del materiale da stampare. 

Quali sono i tipi di macchine per formatura sottovuoto?

Esistono vari tipi popolari di macchine per la formatura sottovuoto ampiamente adottate dalle industrie di fabbricazione della plastica. Tre macchine comuni tra loro includono; 

• Macchine per formatura sottovuoto da tavolo
• Macchine per formatura sottovuoto di medie dimensioni
• Macchine industriali per la formatura sottovuoto
• Macchine termoformatrici fai da te

Macchina per formatura sottovuoto da tavolo 

Macchina per formatura sottovuoto da tavolo

Le macchine per formatura sottovuoto da tavolo sono generalmente progettate per applicazioni di formatura personalizzate. Queste macchine sono relativamente facili da usare, compatte nella forma e utilizzabili per lavorare lastre termoplastiche con spessore inferiore a 6 mm. 

Fogli per formatura sottovuoto di medie dimensioni

Queste macchine vengono generalmente utilizzate per la creazione di prototipi di piccole e medie dimensioni. Consentono ai produttori di modellare parti in lotti personalizzati su piccola scala fornendo un controllo semplice e semiautomatico sul processo di formatura. 

Macchina per formatura sottovuoto industriale

Macchina per formatura sottovuoto industriale

Queste macchine sono progettate specificatamente per applicazioni commerciali. Settori manifatturieri come quello sanitario, automobilistico, aerospaziale, dei prodotti di consumo e dell'imballaggio utilizzano queste macchine nelle loro linee di produzione interne. Le macchine industriali per la formatura sottovuoto offrono maggiori vantaggi economici rispetto ad altre macchine, poiché i progettisti possono realizzare progetti ancora più critici e complicati. 

Macchine per termoformatura fai da te

Come suggerisce il nome, le macchine fai-da-te sono progettate principalmente per le prospettive educative di adolescenti e bambini. Sono portatili, facili da usare e adatti per progetti più semplici. 

Formatura sotto vuoto vs. Formatura a pressione: differenze chiave

La formatura sotto vuoto e la formatura a pressione sono tipi di tecniche di termoformatura o fabbricazione della plastica. Sebbene le terminologie suonino uguali, presentano differenze. Esaminiamo gli aspetti distintivi di queste tecniche. 

Tabella: Differenza tra formatura sotto vuoto e formatura a pressione

Materiali utilizzati nel processo di formatura sotto vuoto

Esistono diversi materiali compatibili, dai termoplastici ai termoindurenti, che vengono lavorati mediante il processo di termoformatura della plastica. Questi materiali sono noti per le loro caratteristiche peculiari e offrono numerosi vantaggi in termini di durabilità e facilità di producibilità. Di seguito vengono menzionati alcuni dei materiali termoplastici più comuni;

• ABS (acrilonitrile-butadiene stirene)
• Delrin o acetale
• PETG (polietilene tereftalato glicole)
• PMMA (acrilico)
• (HDPE) Polietilene ad alta densità 
• (PC) Lastre in policarbonato
• (PS) Polistirolo
• Polivinilidene fluoruro (PVDF)

Relativo a: I 9 principali materiali utilizzati nello stampaggio a iniezione

Vantaggi della formatura sotto vuoto personalizzata

La formatura sottovuoto personalizzata offre numerosi vantaggi ai produttori. Alcuni dei loro vantaggi sono dati da;

• La formatura sottovuoto solitamente richiede bassi costi di stampo e attrezzature. Inoltre, un singolo stampo può essere utilizzato per più scatti. 
• Il processo può trasformare rapidamente i progetti nelle forme e nei prodotti richiesti. Pertanto, è notevolmente efficiente in termini di tempo incorporare grandi lotti di parti in breve tempo, a differenza delle tecniche tradizionali in cui le parti richiedono diversi giorni per essere immesse sul mercato. 
• La formatura sotto vuoto fornisce compatibilità per la lavorazione di vari gradi di materiali termoplastici. 
• È altamente adattabile per modellare parti che richiedono progettazioni di funzionalità più dettagliate e prototipazione rapida. 
• La fabbricazione di più parti è relativamente più semplice rispetto ai processi convenzionali. 
• La formatura sottovuoto è considerata un processo conveniente, poiché offre flessibilità di progettazione e personalizzazione dello stampo consentendo ai progettisti di aggiungere più texture, colori e modifiche durante la produzione delle parti in corso. 
• Il processo produce prodotti durevoli ma leggeri. Inoltre, lo spreco di materiale durante la formatura sotto vuoto è minimo e può essere riciclato successivamente. Pertanto, non ha alcun impatto sull'ambiente e si rivela un processo di formazione del prodotto sostenibile. 
• La configurazione iniziale richiede un budget e un costo minimo per l'utilità. 

Svantaggi della formatura sottovuoto personalizzata

Tuttavia, anche la formatura sotto vuoto presenta alcune limitazioni. Scopriamo i loro aspetti negativi;

• La formatura sotto vuoto è limitata a parti che richiedono precisione e accuratezza estremamente delicate. Può ospitare solo geometrie delle parti più semplici. 
• Il processo è costoso e inefficiente per lotti di grandi dimensioni perché uno stampo può elaborare un disegno contemporaneamente. 
• La formatura sottovuoto spesso è sufficiente per superfici ruvide. Pertanto, per ottenere la finitura superficiale ottimale, potrebbero essere necessari processi aggiuntivi come la rifinitura post-parte, la lucidatura, ecc., il che aggiunge un costo aggiuntivo al processo.
• L'uso ripetitivo di un singolo stampo durante la formatura sotto vuoto può causare difetti nella progettazione dello stampo, con un conseguente impatto sulla fabbricazione della parte. Queste impostazioni predefinite possono essere complesse da recuperare in seguito e influenzare il budget complessivo del progetto. 
• La formatura sotto vuoto viene generalmente utilizzata per fogli sottili di materiale termoplastico. Caratteristiche come bugne e nervature sono difficili da incorporare nella termoformatura. Inoltre, i fogli più spessi possono essere soggetti a problemi di deformazione e cavitazione durante il processo. Pertanto, i fogli di plastica devono essere mantenuti tesi per ridurre i rischi di formazione di pareti sottili.

Applicazioni della formatura sotto vuoto 

Il processo di formatura sottovuoto è diffuso in molti settori perché produce parti leggere ma di alta qualità. Alcuni dei settori più familiari includono;

Industria automobilistica

La formatura sottovuoto personalizzata aiuta a modellare le parti interne ed esterne dell'auto. È un processo economico e aiuta i progettisti OEM a creare parti leggere e durevoli per automobili, come; ruote di scorta, pannelli interni, pezzi grezzi e parti interne del motore. 

Industria sanitaria

Prodotti medici formati sotto vuoto

Molteplici parti sterilizzate comunemente utilizzate per la sicurezza dei pazienti vengono realizzate mediante formatura sotto vuoto. I professionisti Medicare traggono vantaggio dalla produzione di dispositivi quali alloggiamenti e involucri per macchine impiantabili, componenti di siringhe e vassoi di imballaggio. Inoltre, le parti formate sotto vuoto comportano proprietà come la resistenza agli agenti chimici, ai contaminanti e alla ruggine.

Industria aerospaziale

Le parti interne ed esterne dell'aereo richiedono generalmente parti compatte, resistenti al fuoco e leggere per migliorare la funzionalità dei componenti e le prestazioni complessive. Queste parti rispettano i rigorosi standard di qualità del settore. Alcune delle parti comuni formate sotto vuoto includono pannelli interni, gusci di sedili, tavolini e condotti dell'aria. 

Industria dei beni di consumo

Accessori in plastica usati quotidianamente

La formatura sotto vuoto aiuta a produrre molteplici prodotti di consumo di uso quotidiano. Conferisce caratteristiche alle parti, come grafica, estetica e texture migliorate, e aumenta la durata e la longevità. Alcuni esempi includono accessori da viaggio, giocattoli per bambini, scatole di immagazzinaggio, bottiglie di plastica usa e getta, decorazioni per la casa, stand per punti vendita (POP) e alloggiamenti per dispositivi elettronici. 

Industria dell'imballaggio

La formatura sottovuoto svolge un ruolo significativo nel settore del confezionamento, creando parti igieniche e sterilizzabili per preservarne la freschezza. Si tratta in particolare di una tecnica efficace per migliorare la longevità, la visibilità e la protezione di un prodotto. Gli esempi includono conchiglie, blister, ecc.

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Riassumendo

La formatura sotto vuoto è diventata un processo ampiamente utilizzato per produrre parti con elevata ripetibilità e prestazioni. Ha rivolto l'attenzione degli industriali alla produzione di parti grazie alla sua compatibilità con molte plastiche e polimeri di livello tecnico. Inoltre, offre una grande flessibilità in termini di personalizzazione e produzione personalizzata. 

Tuttavia, esistono alcune limitazioni legate al processo come deformazione e cavitazione. Nonostante ciò, presenta vantaggi versatili e aiuta molti settori manifatturieri, da quello aerospaziale a quello dei beni di consumo, fornendo componenti di alta qualità in tempi di lavorazione minimi. 

DOMANDE FREQUENTI

Q1. Quali sono i fattori determinanti da considerare quando si decide se la fusione sottovuoto è la scelta del processo giusto per il proprio progetto?

Sebbene la formatura sottovuoto offra vantaggi versatili, potrebbe non essere una scelta appropriata nei seguenti scenari: modelli di progettazione complicati e quando sono necessarie parti in grandi volumi. In questi, scegli un processo alternativo alla formatura sotto vuoto, come lo stampaggio a iniezione o la lavorazione CNC. 

Q2. Colata sotto vuoto e formatura sotto vuoto: sono la stessa cosa?

Però, colata sotto vuotoe la formazione, condividono anche somiglianze nel processo. Ci sono distinzioni nell'utilizzo dei materiali. Nella formatura sotto vuoto, i fogli di plastica vengono solitamente utilizzati per modellare le parti. La fusione sotto vuoto, al contrario, utilizza resina liquida per la realizzazione delle parti. 

Q3. Quali sono i problemi comuni nel processo di formatura sotto vuoto?

Le parti o i prodotti possono causare deformazioni e cavitazione durante il processo a causa di un livello di vuoto inadeguato e di cause di surriscaldamento. 

Q4. Quale spessore dei fogli di materiale può essere formato sotto vuoto?

In generale si può utilizzare una lastra termoplastica con spessore compreso tra 0.0005 e 0.50'' a seconda dell'applicazione prevista e del materiale da formare sotto vuoto. 

Q5. Quali sono le applicazioni della formatura sotto vuoto nelle industrie alimentari?

La formatura sotto vuoto trova enormi applicazioni in tutte le industrie alimentari fornendo prodotti igienizzati per uso alimentare come uova di plastica a forma di cartone animato e contenitori di frutta.

Risorse

Jim Throne Consultant, (2011), Termoformatura: Manuale di ingegneria delle materie plastiche applicate; Recuperato da Science Direct