Funktionsintegriertes Thermoformen - komplexe Kunststoffbauteile kostengünstig herstellen
Kurzfassung
Durch die Kombination von Form- und Fügeprozess können geometrisch komplexe, flächige Formteile mit Funktionselementen bei hoher Taktung zuverlässig und kostengünstig in Serienproduktion hergestellt werden. Dadurch wird auch eine flexiblere Produktion (Farb- und Dekorwechsel) möglich.
Hintergrund
Das Thermoformen oder Warmformen ist ein Verfahren zur Umformung thermoplastischer Kunststoffe unter Wärmeeinwirkung sowie mit Hilfe von Druckluft oder Vakuum. Dieses Fertigungsverfahren erlaubt eine günstige Serienproduktion und bietet sich bisher besonders für wenig komplexe, großflächige Bauteile wie Gehäuseschalen oder Verkleidungen an.
Ein an der Universität Stuttgart entwickelte Verfahren kombiniert das Fügen von Funktionselementen mit dem Thermoformen und ermöglicht dadurch die wirtschaftliche Herstellung geometrisch komplexer Formen.
Problemstellung
Funktionsintegrierte Bauteile werden häufig in unflexiblen Spritzgussprozessen realisiert. Zwar können nachträglich thermogeformte Teile angefügt werden, dies erfordert aber zusätzliche Arbeitsschritte und Werkzeuge, was die Herstellung teurer macht.
Lösung
Durch eine Anpassung des Formwerkzeugs wird die funktionsintegrierte Fertigung im Thermoformprozess möglich. Das Verfahren ist energieeffizienter, denn die für das Thermoformen notwendige Wärmeenergie kann gleichzeitig zum Verschweißen der Funktionselemente bzw. zur Aktivierung eines Klebstoffes genutzt werden. Kommt kein Klebstoff zum Einsatz, erfolgt die Verbindung zum Formteil durch punktuelle Verschmelzungen an der Fügefläche. Dies ist bspw. durch den Einsatz von Lasern realisierbar. Die Integration von Lichtwellenleitern ins Werkzeug gestaltet auch die Reihenfolge von Umformen und Fügen flexibel.
Die Kombination von Form- und Fügeprozess erlaubt eine deutlich flexiblere Produktion. So können Funktionselemente bei hoher Taktung zuverlässig und kostengünstig innerhalb des Thermoformprozesses in Serienproduktion an Bauteile gefügt werden. Ein weiterer Vorteil ist die höhere Flexibilität des Prozesses verglichen mit dem Spritzgießen. So können bspw. durch Wechsel der Halbzeuge Bauteile mit unterschiedlichem Dekor oder Farbgebung in Serienproduktion entstehen.
Vorteile
- Deutlich kostengünstigere Herstellung von flächigen Formteilen mit Funktionselementen
- Umformen und Fügen in einem Prozess
- Stoffschlüssige Verbindung von Funktionselement und Formteil durch Kleben oder Schweißen
- Komplexe Bauteilgeometrie realisierbar
- Flexiblere Produktion (Farb- und Dekorwechsel)
Anwendungsbereiche
Serienfertigung von Kunststoffbauteilen mit Funktionselementen