El termoformado es un proceso de fabricación en el que una lámina de plástico se calienta a una temperatura de conformado maleable, se le da una forma específica en un molde y se recorta para crear un producto utilizable. La lámina, o "película" cuando se refiere a calibres más delgados y ciertos tipos de materiales, se calienta en un horno a una temperatura lo suficientemente alta como para permitir que se estire dentro o sobre un molde y se enfríe hasta obtener una forma terminada. Su versión simplificada es el conformado al vacío .
En su forma más simple, se puede utilizar una pequeña máquina de sobremesa o de laboratorio para calentar pequeñas secciones cortadas de láminas de plástico y estirarlas sobre un molde utilizando 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 a partir de la lámina en un proceso continuo de alta velocidad y pueden producir muchos miles de piezas terminadas por hora según el tamaño de la máquina y 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 , contenedores, tapas, bandejas, blísters, almejas 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 instrumentos de vehículos, revestimientos de refrigeradores, cajas de vehículos utilitarios y palés de plástico.
La mayoría de las empresas de termoformado reciclan sus desechos y residuos plásticos, 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 plásticos del proceso de termoformado se vuelven a convertir en láminas extruidas para volver a formarlos.
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En el método más común de termoformado continuo de gran volumen de productos de calibre fino, la lámina de plástico se introduce desde un rollo o desde una extrusora hasta un conjunto de cadenas de indexación que incorporan pasadores o púas que perforan la lámina y la transportan a través de un horno para calentarla hasta la temperatura de conformado. Luego, la lámina calentada se indexa hasta una estación de conformado donde un molde acoplado y una caja de presión se cierran sobre la lámina, y luego se aplica vacío para eliminar el aire atrapado y para introducir el material en el molde o sobre él junto con aire presurizado para formar el plástico hasta obtener la forma detallada del molde. (Los asistentes de tapón se utilizan normalmente además del vacío en el caso de piezas formadas más altas y con embutición más profunda para proporcionar la distribución y los espesores de material necesarios en las piezas terminadas). Después de un ciclo de conformado corto, se activa una ráfaga de presión de aire inversa desde el lado de vacío del molde mientras se abre la herramienta de conformado, comúnmente denominada expulsión de aire, para romper el vacío y ayudar a que las piezas formadas se desprendan o salgan del molde. También se puede utilizar una placa desmoldante en el molde cuando se abre para expulsar piezas más detalladas o aquellas con áreas socavadas con desbaste negativo. La hoja que contiene las piezas formadas se indexa luego en una estación de recorte en la misma máquina, donde un troquel corta las piezas de la hoja continua restante o se indexa en una prensa de recorte separada donde se recortan las piezas formadas. La hoja continua restante después de recortar las piezas formadas se enrolla típicamente en un carrete de recogida o se alimenta a un granulador en línea para su reciclaje.
Los controles por microprocesador y computadora en las máquinas más modernas permiten un control de proceso mucho mayor y una repetibilidad de configuraciones del mismo trabajo a partir de una tirada de producción con la capacidad de guardar los ajustes de calentamiento del horno y de sincronización 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 lugar de cilindros de aire, cremalleras y embragues en máquinas más antiguas. Los servomotores eléctricos también se utilizan en algunas máquinas de formación modernas y más sofisticadas para el accionamiento de las platinas de la máquina donde se montan las herramientas de formación y corte, en lugar de cilindros de aire que tradicionalmente han sido el estándar de la industria, lo que brinda un control más preciso sobre las velocidades de cierre y apertura y la 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 tipo cal-rod 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 autónomo se conecta directamente a la termoformadora y utiliza varios sensores para registrar datos de la producción en tiempo real, como la presión del aire, la temperatura, el extensómetro de la herramienta y otras especificaciones. El sistema envía múltiples advertencias y alertas cuando los parámetros de producción preestablecidos se ven comprometidos durante una producción. Esto reduce el tiempo de inactividad de la máquina, disminuye el tiempo de puesta en marcha y disminuye los desechos de puesta en marcha.
Una parte integral del proceso de termoformado es el utillaje, que es específico para cada pieza que se va a producir. El termoformado de calibre fino, como se describió anteriormente, casi siempre se realiza en máquinas en línea y normalmente requiere moldes, ayudas de conexión, cajas de presión y todas las placas de montaje, así como el utillaje de corte y las piezas de apilado que pertenecen al trabajo. El termoformado de calibre grueso o pesado también requiere utillaje específico 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 de aluminio mecanizado como en el caso del calibre fino. Por lo general, las piezas de calibre grueso deben recortarse en fresadoras CNC o recortarse a mano utilizando sierras o fresadoras manuales. Incluso la máquina de termoformado más sofisticada está limitada a la calidad del utillaje. Algunos grandes fabricantes de termoformado optan por tener instalaciones de diseño y fabricación de utillajes en sus instalaciones, mientras que otros confían en talleres de fabricación de utillajes externos para fabricar los utillajes.
Existen dos categorías generales de procesos de termoformado. [3] Las láminas con un espesor inferior a 1,5 mm (0,060 pulgadas) se envían generalmente a la máquina de termoformado desde rollos o desde una extrusora de láminas. Las aplicaciones de termoformado de calibre fino alimentadas por rollo o extruidas en línea están dominadas por envases desechables rígidos o semirrígidos. Las láminas con espesores superiores a 3 mm (0,120 pulgadas) se envían generalmente a la máquina de termoformado a mano o mediante un método de alimentación automática ya cortadas a las dimensiones finales. Las aplicaciones de termoformado de láminas cortadas de calibre grueso o pesado se utilizan principalmente como componentes estructurales permanentes. Existe un mercado pequeño pero creciente de calibre medio que forma láminas de 1,5 mm a 3 mm de espesor.
El conformado de piezas de gran espesor utiliza el mismo proceso básico que el conformado continuo de láminas de espesor fino, que consiste normalmente en colocar la lámina de plástico caliente sobre un molde. Muchas aplicaciones de conformado de piezas de gran espesor utilizan únicamente vacío en el proceso de conformado, aunque algunas utilizan 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 impulsaron el avance de la tecnología de conformado de piezas 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 espesor fino, las piezas de gran espesor suelen trabajarse a mano después del conformado para recortarlas hasta obtener la forma final o para realizar perforaciones, cortes o acabados adicionales, según el producto. Los productos de gran espesor suelen tener una naturaleza de uso final "permanente", mientras que las piezas de espesor fino suelen estar diseñadas para ser desechables o reciclables y se utilizan principalmente para envasar o contener un producto o alimento. El termoformado de calibre grueso se utiliza normalmente para cantidades de producción de 250 a 3000 al año, con menores costos de herramientas y un desarrollo de producto más rápido que las tecnologías plásticas competitivas, como el moldeo por inyección .
El Olimunllum CF/PEEK se obtiene mediante termoformado de espesores gruesos de capas delgadas 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 estandarizados de la lámina. Esto permite un diseño y un posprocesamiento sencillos utilizando herramientas idénticas o similares a las que se utilizan habitualmente cuando se trabaja con materiales metálicos ligeros como el aluminio , el titanio y el acero .
El mercado norteamericano de más de 10 mil millones de dólares ha sido tradicionalmente de 3 ⁄ 4 de calibre fino y 1 ⁄ 4 de calibre grueso. En 2003 había alrededor de 150 termoformadores de calibre fino en América del Norte. El sesenta por ciento formaba productos patentados. El treinta por ciento eran formadores personalizados y el 10 por ciento eran OEM con capacidad de formación interna. Había casi una docena de formadores de calibre fino con ventas anuales de al menos 100 millones de dólares. El más grande tenía ventas anuales de más de 1.000 millones de dólares. Había alrededor de 250 formadores de calibre grueso en América del Norte. Casi todos eran formadores personalizados. Solo dos o tres formadores de calibre grueso tenían ventas anuales de más de 100 millones de dólares. El más grande tenía 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 .