El termoformado es un proceso de fabricación en el que una lámina de plástico se calienta a una temperatura de formación flexible, se le da una forma específica en un molde y se recorta para crear un producto utilizable. La lámina, o "película" cuando se hace referencia a calibres más delgados y ciertos tipos de materiales, se calienta en un horno a una temperatura lo suficientemente alta que permite estirarla dentro o sobre un molde y enfriarla hasta obtener una forma terminada. Su versión simplificada es el conformado al vacío .
En su forma más simple, se puede usar una pequeña máquina de mesa o de laboratorio para calentar pequeñas secciones cortadas de láminas de plástico y estirarlas sobre un molde usando vacío. Este método se utiliza a menudo para piezas de muestra y prototipos . En aplicaciones complejas y de gran volumen, se utilizan máquinas de producción muy grandes para calentar y formar la lámina de plástico y recortar las piezas formadas de la lámina en un proceso continuo de alta velocidad y pueden producir muchos miles de piezas terminadas por hora dependiendo de la máquina. y el tamaño del molde y el tamaño de las piezas que se están formando.
El termoformado se diferencia del moldeo por inyección , el moldeo por soplado , el moldeo rotacional y otras formas de procesamiento de plásticos. [1] El termoformado de calibre fino es principalmente la fabricación de vasos , recipientes, tapas, bandejas, ampollas, bivalvas y otros productos desechables para las industrias alimentaria , médica y minorista en general . El termoformado de calibre grueso incluye piezas tan diversas como paneles de puertas y tableros de vehículos, revestimientos de refrigeradores, plataformas de vehículos utilitarios y paletas de plástico.
La mayoría de las empresas de termoformado reciclan sus desechos y residuos de plástico, ya sea comprimiéndolos en una máquina empacadora o introduciéndolos en un granulador (triturador) y produciendo escamas molidas, para venderlas a empresas de reprocesamiento o reutilizarlas en sus propias instalaciones. Con frecuencia, los desechos y residuos de plástico del proceso de termoformado se vuelven a convertir en láminas extruidas para volver a moldearlos.
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En el método más común de termoformado continuo de gran volumen de productos de calibre delgado, la lámina de plástico se alimenta desde un rollo o desde una extrusora a un conjunto de cadenas indexadoras que incorporan pasadores o púas que perforan la lámina y la transportan a través de ella. un horno para calentar hasta la temperatura de formación. Luego, la lámina calentada se indexa hacia una estación de formación donde un molde coincidente y una caja de presión se cierran sobre la lámina, y luego se aplica vacío para eliminar el aire atrapado y tirar del material dentro o sobre el molde junto con aire presurizado para formar el plástico hasta el forma detallada del molde. (Las ayudas de enchufe se utilizan normalmente además del vacío en el caso de piezas formadas más altas y más profundas para proporcionar la distribución del material y los espesores necesarios en las piezas terminadas). Después de un ciclo de formado corto, se aplica una ráfaga de presión de aire inversa. se acciona desde el lado de vacío del molde a medida que se abre el útil de moldeo, comúnmente conocido como expulsión de aire, para romper el vacío y ayudar a las piezas formadas a salir del molde. También se puede utilizar una placa extractora en el molde cuando se abre para expulsar piezas más detalladas o aquellas con áreas socavadas y de tiro negativo. La hoja que contiene las piezas formadas luego se indexa en una estación de recorte en la misma máquina, donde un troquel corta las piezas de la hoja restante o se indexa en una prensa de recorte separada donde se recortan las piezas formadas. La lámina que queda después de recortar las piezas formadas normalmente se enrolla en un carrete receptor o se introduce en un granulador en línea para su reciclaje.
Los controles por microprocesador y computadora en maquinaria más moderna permiten un control del proceso y una repetibilidad mucho mayores de configuraciones del mismo trabajo de una ejecución de producción con la capacidad de ahorrar ajustes del calentador del horno y del tiempo del proceso entre trabajos. La capacidad de colocar láminas formadas en una estación de corte en línea para un registro de corte más preciso se ha mejorado debido al uso común de servomotores eléctricos para indexación de cadena en comparación con cilindros neumáticos, cremalleras y embragues en máquinas más antiguas. Los servomotores eléctricos también se utilizan en algunas máquinas formadoras modernas y más sofisticadas para accionar los platos de la máquina donde se montan las herramientas de forma y corte, en lugar de cilindros de aire que tradicionalmente han sido el estándar de la industria, brindando un control más preciso sobre las velocidades de cierre y apertura. sincronización de las herramientas. Los calentadores de horno de cuarzo y de panel radiante generalmente brindan un calentamiento de láminas más preciso y completo que los calentadores de varilla caladora más antiguos y permiten una mejor zonificación de los hornos en áreas de calor ajustable.
Se ha desarrollado una nueva tecnología, ToolVu, [2] para proporcionar información en tiempo real sobre las máquinas termoformadoras. Este sistema independiente se conecta directamente al termoformador y utiliza múltiples sensores para registrar datos de producción en tiempo real, incluida la presión del aire, la temperatura, el medidor de tensión de la herramienta y otras especificaciones. El sistema envía múltiples advertencias y alertas cada vez que los parámetros de producción preestablecidos se ven comprometidos durante una ejecución. Esto reduce el tiempo de inactividad de la máquina, reduce el tiempo de inicio y disminuye el desperdicio de inicio.
Una parte integral del proceso de termoformado es el utillaje, el cual es específico para cada pieza que se va a producir. El termoformado de calibre fino, como se describe anteriormente, casi siempre se realiza en máquinas en línea y generalmente requiere moldes, ayudas de enchufe, cajas de presión y todas las placas de montaje, así como las herramientas de acabado y las piezas del apilador que pertenecen al trabajo. El termoformado grueso o de gran calibre también requiere herramientas específicas para cada pieza, pero debido a que el tamaño de la pieza puede ser muy grande, los moldes pueden ser de aluminio fundido o algún otro material compuesto, así como aluminio mecanizado en calibre fino. Por lo general, las piezas de calibre grueso deben recortarse con enrutadores CNC o a mano con sierras o enrutadores manuales. Incluso la máquina termoformadora más sofisticada se limita a la calidad de las herramientas. Algunos grandes fabricantes de termoformado optan por tener instalaciones de diseño y fabricación de herramientas internas, mientras que otros dependerán de talleres externos de fabricación de herramientas para construir las herramientas.
Hay dos categorías generales de procesos de termoformado. [3] Las láminas con un espesor inferior a 1,5 mm (0,060 pulgadas) generalmente se entregan a la máquina de termoformado desde rollos o desde una extrusora de láminas. Las aplicaciones de termoformado extruido en línea o alimentadas por rollo de calibre fino están dominadas por envases desechables rígidos o semirrígidos. Los espesores de lámina superiores a 3 mm (0,120 pulgadas) generalmente se entregan a la máquina formadora a mano o mediante un método de alimentación automática ya cortadas a las dimensiones finales. Las aplicaciones de termoformado de láminas cortadas pesadas o de calibre grueso se utilizan principalmente como componentes estructurales permanentes. Existe un mercado pequeño pero en crecimiento de calibre medio que forma láminas de 1,5 mm a 3 mm de espesor.
El conformado de calibre pesado utiliza el mismo proceso básico que el conformado continuo de láminas de calibre delgado, generalmente colocando la lámina de plástico calentada sobre un molde. Muchas aplicaciones de conformado de gran calibre usan vacío solo en el proceso de conformado, aunque algunas usan dos mitades de herramientas de conformado acopladas e incluyen presión de aire para ayudar al conformado. Los parabrisas de los aviones y las ventanas de las torretas de las ametralladoras estimularon el avance de la tecnología de encofrado de gran espesor durante la Segunda Guerra Mundial. Las piezas de gran espesor se utilizan como superficies cosméticas en estructuras permanentes como quioscos, automóviles, camiones, equipos médicos, equipos de manipulación de materiales, refrigeradores, spas y mamparas de ducha, y equipos eléctricos y electrónicos. A diferencia de la mayoría de las piezas termoformadas de calibre delgado, las piezas de calibre pesado a menudo se trabajan a mano después del moldeo para recortarlas hasta darle la forma final o para perforaciones, cortes o acabados adicionales, según el producto. Los productos de gran calibre suelen tener un uso final "permanente", mientras que las piezas de calibre fino suelen estar diseñadas para ser desechables o reciclables y se utilizan principalmente para envasar o contener un artículo o producto alimenticio. El termoformado de gran calibre se utiliza normalmente para cantidades de producción de 250 a 3000 al año, con costos de herramientas más bajos y un desarrollo de productos más rápido que las tecnologías plásticas de la competencia, como el moldeo por inyección .
Olimunllum CF/PEEK se obtiene mediante termoformado de espesor grueso de capas finas de fibras previamente impregnadas para formar láminas totalmente consolidadas. La principal diferencia con las placas compuestas hechas a medida radica en la orientación estandarizada de las fibras de refuerzo, el contenido de peso estandarizado del polímero y los espesores de lámina estandarizados. Esto permite un fácil diseño y posprocesamiento utilizando herramientas idénticas o similares a las que se usan comúnmente cuando se trabaja con materiales metálicos livianos como aluminio , titanio y acero .
El mercado norteamericano, de más de 10 mil millones de dólares, ha sido tradicionalmente de 3⁄4 de calibre delgado y 1⁄4 de calibre pesado. En 2003 había alrededor de 150 termoformadoras de calibre fino en América del Norte. El sesenta por ciento formó productos patentados. El treinta por ciento eran conformadores personalizados y el 10 por ciento eran OEM con capacidad de conformado interna. Había casi una docena de formadoras de calibre fino con ventas anuales de al menos 100 millones de dólares. La mayor tuvo unas ventas anuales superiores a los 1.000 millones de dólares. Había alrededor de 250 formadoras de grueso calibre en América del Norte. Casi todos eran formadores de costumbres. Sólo dos o tres formadoras de gran calibre tenían ventas anuales de más de 100 millones de dólares. El más grande tuvo ventas anuales de alrededor de 140 millones de dólares. Beaverton, Michigan , es conocida como la capital mundial del termoformado de plástico, impulsada por la proximidad de Dow Chemical Company de Midland, Michigan .