Analyse und Modellierung der gerichteten lokalen Formluftströmung auf den Thermoformprozess

Thermogeformte Formteile weisen häufig sehr unterschiedliche Wandstärken auf

Das Thermoformen ist ein effizientes Verfahren zur Herstellung von Verpackungen, Konsumprodukten und Komponenten für die Luftfahrt und Automobilindustrie. Ein wichtiges Qualitätskriterium ist die mechanische Stabilität des Formteils, die maßgeblich den notwendigen Materialeinsatz vorgibt. Bis zu 80% der Kosten eines Formteiles sind Materialkosten. Dies resultiert aus dem hohen Materialbedarf bei homogener Erwärmung der Folie mit unterschiedlichen Wandstärken des entstehenden Formteils. Ein Forschungsansatz des Fraunhofer IVV Dresden hat die Minimierung des Materialeinsatzes bei verbesserter mechanischer Stabilität zum Ziel. Dabei wird die Wandstärkenverteilung durch den lokalen Einsatz von Formluft direkt im Thermoformprozess definiert beeinflusst. Diese neue Technologie eröffnet ein  erhebliches ökonomisches und ökologisches Potenzial.

Bessere Materialverteilung bei thermogeformten Formteilen durch gezielte lokale Luftströmung

Ein in diesem Projekt verfolgter Ansatz ist die Verbesserung der Materialverteilung über das Produkt durch die gezielte lokale Aufbringung einer Luftströmung (Formluft-Impact) auf die Folie. Durch die gezielt gesteuerte Materialverteilung kann das Ausgangsmaterial insgesamt reduziert werden. Ziel des Projektes ist es das wirtschaftliche und technische Potenzial dieses Ansatzes zu untersuchen. Aufgrund der Vielzahl an Einflussparametern (z. B. Düsendurchmesser, -abstand, -winkel) ist ein wichtiges Zwischenziel die Detektion der Haupteinflussparameter durch Wichtung unterschiedlicher Parameter. Dies ist Voraussetzung für eine effiziente Dimensionierung der Technologie bezogen auf die industrielle Übertragung auf den jeweiligen Anwendungsfall.

Das Fraunhofer IVV Dresden entwickelt ein Werkzeug zur Aufbringung des Formluft-Impacts auf die Kunststofffolie. Des Weiteren wird ein strukturmechanisches Thermoformmodell aufgebaut, ein Materialmodell ausgewählt und dessen packstoffspezifische Parameter bestimmt. Die Modelle bilden die Basis für das in Kooperation mit der Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg zu entwickelnde Fluid-Strukturmodell (FSI-Modell). Mit Hilfe dessen wird die effiziente Analyse der Fluideigenschaften auf das Umformverhalten des Kunststoffes und somit die Wichtung der Konstruktion- und Prozessparameter ermöglicht. Abschließend wird am Fraunhofer IVV Dresden das Potenzial des Formluft-Impacts an einem marktrelevanten Produkt bestimmt.

Am Projektende steht eine effektive und wirtschaftliche Technologie für eine signifikante Verbesserung der Qualitätsparameter, Wanddickenverteilung und Stauchdruckfestigkeit. Diese trägt ebenfalls zu einer Verringerung des Materialeinsatzes der Kunststoffformteile bei.

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