導入
熱成形とは、板状の素材（ガラス、プラスチックなど）を加熱して柔らかくし、その延性を利用して金型で成形する技術です。材料は冷えると再び硬化し、この形状を維持します。
プラスチックの熱成形の場合、熱成形前の厚さが 2 ミリメートル未満になるとすぐに、使用される材料はコイルの形になります。
ガラスの場合、これは、焼成中にそのレリーフに従う耐火性の型枠上に、おそらく着色された 1 枚以上のガラス板を冷間配置することから成ります。
あまり知られていないが遍在するプロセス
プラスチック部品はどこにでも存在しますが、その製造および実装プロセスを知っている人はほとんどいません。一般にはあまり知られていないものの、それでも効果的なものの 1 つは熱成形です。
日常生活の中で
カップ、ヨーグルトポット、ほとんどのパッケージ（ブリスターパック）など、多くのプラスチック部品が熱成形されています。
電子部品、機械、さらには自動車の車体部品 (例: バンパー) の保護シェルも同様です。
企業内
部品の保管と輸送を容易にするために、部品の形状に合わせたサポートを作成します。熱成形は、取り扱いパレットの寸法に達する寸法の保管および緩衝材の作成に最適です。
熱成形は、看板の製造や販売時点管理 (POS) での広告の製造に使用されています。
機能している
熱成形機
用語
金型: 通常、金型はアルミニウムで作られていますが、小規模なシリーズの場合はエポキシ樹脂で作られることもあり、サンプルの製造には木製の場合もあります。部品はポジ型またはネガ型を使用して作成されます。
- ポジティブ: ドレーピング。金型は (膨張の有無にかかわらず)素材の上に置かれ、その形状に適応します。
- ネガティブ: 金型がプレートのレベルに来ると、圧力または真空の影響で材料がそこに「広がります」(さまざまなタイプの熱成形を参照)。
テーブル: 金型全体がその上に置かれ、垂直軸上で移動できるようにする要素 (真空ボックス +プレート+ 金型)。
プレート: 金型を配置する要素。
真空ボックス: 型プレートとテーブルの間にフレームがあり、内部に真空が生成される防水ボックスを作成できます。
上部/下部フレーム: 成形中にプレートを所定の位置に保持できるようにする要素:
- 下部フレーム: プレートが置かれるフレーム。
- 上部フレーム: 所定の位置に保持できます。
上部/下部加熱: 発熱体により材料の温度が上昇し、可鍛性が得られます。
Radiant: ヒーターを構成するセラミック素子。
上部ピストン: 厚さを保証したり、しわを避けるために、材料を金型に押し付けるのに使用されるカウンターモールドを適用できます。
原理
熱成形は、熱可塑性プラスチックのガラス転移現象に基づいています。実際、熱可塑性プラスチックはガラス転移温度を超えるとゴム状の状態になり、新しい形状を与えることが容易になります。
温度がガラス転移温度を下回ると、ポリマーは固体 (ガラス状) 状態に戻ります。
熱成形は次の段階で行われます。
- 材料の加熱；
- ヒーターを取り外してから金型を持ち上げます。
- 金型上での材料の成形（真空、加圧などによる）。
- 冷却（部品は金型上に残ります）。
- 成形品を取り出して部品を真空にします。
さまざまな種類の熱成形
部品を熱成形するにはさまざまな方法があります。
- 真空による: 材料と金型の間に真空が生成され、大気圧(約 1 bar) の影響下で材料が金型の形状に強制的に適応します。
- 加圧: 3 ～ 4 bar の圧力 (圧縮空気を送る) によって、材料と金型の間の空気を追い出すことで成形が保証されます。この方法では、輪郭や厚さの分布の精度が向上しますが、設置に費用がかかり、圧縮空気も真空よりも高価です。
- 雄型/雌型: スタンピングまたは熱間圧縮に似た方法。
- ツインシート（ダブルシェル）：中空部品の2つの部分を同時に製造し、溶接できる装置。これを行うために、上部ピストンにも真空ポンプが装備されており、下部ピストンとまったく同じように機能します。
機械によっては、サイクル時間を短縮するためにプレートを予熱することができます。
重要な概念
部品の厚さを計算する
使用する板の厚さから部品の平均厚さを知ることができます（単純な形状の場合）。
計算は比較的簡単です。等しい温度では物質の体積が等しい：
V (板の体積)= S (板の面積* )× E (板の厚さ)の場合
V (部品の体積) = S (部品の面積) × E (部品の厚さ)
※表面はフレームの内側に含まれます。
撤退の概念
ほとんどの材料は、温度変化の影響を受けると膨張現象を起こします。プラスチック部品が熱成形されるとき、その部品はガラス転移温度以上に上昇します。
部品が成形されると、まず金型内で冷却され、次に金型の外で冷却されます。
部品が冷えるとすぐに収縮現象が現れます。したがって、熱成形サイクル中に少なくとも 2 つの収縮フェーズを考慮します。成形中の収縮段階と成形後の段階。
- 成形時の収縮
これまでに、正または負の 2 種類のカビが確認されていました。
- ネガモールド成形中、収縮により部品の脱型が容易になります (単一キャビティの金型の場合)。ただし、金型のサイズと部品の寸法の変動は膨張係数に応じて大きくなる可能性があるため、これを考慮する必要があります。工具を設計するとき。
- ポジ型の場合、材料が金型に保持されるため形状の変化は少なくなりますが、脱型が複雑なため、脱型を容易にする角度やアンダーカットを備えた金型を設計する必要があります。
成形品が取り出されると、冷却が続くため収縮します。成形中の収縮と成形後の収縮の合計が、成形品の全体の収縮と最終寸法を求めます。