热成型——成熟塑料加工技术的惊人生命力

Dordan 与 Nike 合作，为这家服装巨头推出的 SB Green Lobster 运动鞋打造了这款薄规格的热成型鞋盒。由 DORDAN MANUFACTURING INC. 提供

一目了然

热成型模具已经变得更加复杂，但成本大约是注塑模具的四分之一树脂、板材和模具的进步使热成型在新的应用中得以使用Dordan说，回流增加了对用于自动化组装的国产热成型塑料托盘的需求

材料、工具和技术的进步继续模糊了最合适的工艺和给定应用之间的界限。当然，热成型可用于制造从轻质薄壁包装到重型面板和零件的所有产品，适用于汽车、农业、建筑、医疗和航空航天等一系列行业。

热成型底漆

首先，一些基础知识：该过程采用真空或压力成型的形式。在前者中，通过真空压力将加热的柔韧塑料片拉到模具的轮廓上。“由于压力只施加在板材的一侧，”Formed Plastics Inc. 解释道，“通常选择真空成型用于设计相对简单且不需要深纹理的零件。

同时，他们指出，在压力成型中，使用额外的气压将塑料片推到模具上，这与吹塑成型不同。“板材两侧的综合压力产生了丰富的模制纹理，并允许通过真空成型无法复制的复杂零件几何形状。如果您的零件要求涉及咬边、小半径或特别锋利的纹理，那么压力成型通常是正确的选择。

该工艺得益于相对较低的模具成本，以及经济地交付小批量生产的能力。许多材料已经成熟，可以进行热成型，包括 ABS、丙烯酸、聚碳酸酯、Kydex 品牌的丙烯酸/PVC 和乙二醇改性 PET （PETG）。

重新考虑压力成型

Jay Waddell是一位拥有40多年行业经验的资深人士，他于 1999年创立了Plastic Concepts & Innovations LLC，这是一家重型/切割板热成型咨询公司，他说：“我认为现在有些人低估了压力成型。它正在进入需要更短运行时间的注塑成型市场。这个过程提供了很大的设计自由度，Waddell说，他看到现在有更多的公司在做压力成型，而15到20年前只有少数几家。

由于大规格成型会产生运输成本高昂的大型零件，因此服务于这些市场的公司往往更具区域性。他们通常为当地客户提供服务，有时生产量仅为 500 到 10,000 个零件。重型往往主要与滚塑成型、结构泡沫和金属成型等工艺竞争。

热成型模具的进步

与此同时，热成型模具也变得更加复杂，Waddell指出。它的成本约为注塑模具的 25%，可以提供巨大的经济效益，这对于短期工作至关重要。他说，“医用塑料已经成为一个很大的市场”，用于生产显示器盖和设备面板等产品。休闲车和船只以及农业和建筑设备的制造商，例如塑料面板与金属相比的耐用性和重量轻，使重型热成型能够进入这些领域。

俄亥俄州韦斯特维尔的催化增材制造公司率先在重型模具制造方面取得了重大进展 。Catalysis 由前美国本田制造汽车工程师 Darrell Stafford 和 Rick Shibko 创立，他们开发了专有材料，使他们的 3D 打印零件工具能够持续数千次循环，如下面的视频所示。Waddell指出，这些类型的工具主要用于运行不需要温度控制的聚乙烯和热塑性聚烯烃（TPO）。

3D打印——是敌是友？

一些大型热成型机对3D打印持怀疑态度，并将其视为对短期工作的威胁。但瓦德尔并不这么看。他认为两者是相辅相成的。“我认为，重型热成型机可能想要考虑购买一些3D打印机，这样他们就可以快速敲出原型并相当快地进行更改，而不必回去重新组装并重做这个和那个 - 然后投入生产。

德国机械制造商 Illig North America 总部位于波士顿的董事总经理 Conor Carlin 表示，虽然实际的热成型工艺在过去 20 多年中没有太大变化，但树脂、板材和模具的进步使热成型能够用于实现具有出色阻隔保护的非常轻的零件的应用中，还可以提供经济和环境效益。

随着机器控制适应工业 4.0 协议，机器控制也变得更加智能，Carlin 说，他也是 SPE 董事会成员和该协会的候任主席。

用rPET制作混合食品容器

Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG多年来一直致力于推动热成型模内贴标（IML-T）的发展，在过去两年中一直与PFF集团合作，为这家英国包装生产商提供加工机械，使其能够制造新的食品级包装概念。该系统被称为IMPAC-T，能够在单一工艺中生产带有卡片包装的再生PET（rPET）混合罐。

热成型模内贴标 （IML-T） 有助于在食品容器应用中增加再生 PET 与聚丙烯的使用。图片由Illig Maschinenbau GmbH & Co. KG提供。

PFF说：“使用rPET使乳制品等行业有机会从传统的聚丙烯包装转向循环经济包装。

Alston Dairy 是第一家在其部分酸奶产品中采用新型 IMPAC-T 包装的 PFF 客户。PFF表示，在线制造工艺使用更少的能源，并能够掺入更多的回收PET。该工艺使用至少 50% 的消费后回收 PET，能够将其提高到 100%。卡片包装使用高达 100% 的消费后废物;任何原始成分均来自经认证的可持续森林产品。

塑料和卡片都可以很容易地被消费者分离出来，以便继续回收，材料可以再加工回包装中。据说，与目前的装配系统相比，IMPAC-T工艺可减少46%的碳足迹。

热成型对薄壁包装的好处

Carlin 的同事 Sven Engelmann 表示，对于一般的刚性薄壁包装，热成型工艺可实现最薄的壁厚和高顶载强度值。Illig Maschinenbau包装技术主管兼SPE欧洲热成型部门董事会成员Engelmann补充道：

薄包装壁带来经济和环境效益;快速的工艺提供高产量;与注塑成型相比，模具成本更低;大多数热成型应用只需要一个模具的一半。

史蒂夫·赞普雷利（Steve Zamprelli）是纽约长岛一家拥有77年历史的成型塑料公司（Formed Plastics）的副总裁，他对热成型的一些优势发表了自己的看法：

通常，这是一种低应力工艺，可以使零件生产得更坚固，同时减少对扭曲或翘曲的担忧。更快的上市速度，通常具有更低的模具成本，允许在二次加工操作中轻松完成更改。它提供了改变材料壁厚和在同一模具上使用各种材料的能力。加工商通常可以以更低的成本和更少的数量生产更大的零件。而且，它们还可以生产小批量的零件。

Dordan：降低模具成本，提高生产率

另一家包装热成型商，Dordan Manufacturing Inc.，是一家拥有 61 年历史的第三代家族企业，总部位于伊利诺伊州伍德斯托克，靠近芝加哥。

首席营销官 Chandler Slavin-Bond 指出，通过增加模具尺寸和加快生产速度，热成型已成为饮料杯、盖子和食品容器等薄壁产品生产的主导。“在这里，”她说，“与注塑成型相比，模具成本的降低和生产率的提高是显著的。

Dordan Manufacturing 负责人兼首席营销官 Chandler Slavin-Bond 表示，双片成型正在工业吹塑市场取得进展。

此外，她说，双片成型——制造具有双壁或多层的中空塑料部件的过程——正在工业吹塑市场取得进展。“与注塑成型一样，双片热成型模具比吹塑模具便宜。它允许生产更复杂的形状。

Slavin-Bond表示，宏观经济因素有助于推动另一个产品领域的增长。随着公司继续将其制造业务从中国和其他地方转移出去，Dordan看到对热成型塑料托盘的需求强劲增长，这些托盘有助于自动化零件组装操作。这些刚性薄壁托盘用于在装配线上精确定位组件。

用于自动化零件装配操作的刚性热成型托盘是 Dordan 增长最快的市场之一。图片由Dordan Manufacturing Inc.提供

此外，她还指出，“我们突破了耐克 SB Green Lobster 运动鞋首秀热成型鞋盒生产的加工限制。耐克向滑板爱好者推销这些鞋子，并利用龙虾主题，采用热成型盒，模仿商业渔船上使用的手提袋。耐克在热成型盒上放了一块 1/8 英寸厚的亚克力板，装饰得像一个结冰的湖面。

尽管有这些创新和进步，Waddell说，“许多人不知道[热成型]的能力是什么。他们不知道双片或压力成型，也不知道使用这些工艺可以实现什么。他们认为一切都必须注塑成型。但是，随着 Waddell、Carlin、Engelmann 和 Slavin-Bond 等人继续为这项技术及其提供的一切传福音，这种情况可能会开始改变。