Tiefziehen mit 3D-gedruckten Formen: Folie, Master, Ablauf

Markierte Begriffe erklären wir kurz, wenn du darauf zeigst oder tippst.

Beim Vakuum-Tiefziehen wird eine Kunststofffolie erhitzt, über eine Form gelegt und per Unterdruck daran festgesaugt. Die Form nennt man Master, Werkzeug oder Template. Ein 3D-Drucker ist dafür ein gutes Tiefziehwerkzeug: Der Master ist in ein paar Stunden gedruckt und lässt sich beliebig anpassen. Damit es klappt, zählen drei Dinge: ein Master, der die Hitze aushält und sich entformen lässt, die passende Folie für den Zweck und Luft, die überall entweichen kann.

So funktioniert Vakuum-Tiefziehen

Mayku beschreibt den Ablauf in fünf Schritten:

1. Master gestalten und herstellen, zum Beispiel per 3D-Druck.
2. Folie einspannen. Sie liegt im Rahmen über dem Formbett.
3. Folie erhitzen, bis sie weich ist. Mayku rät, darauf zu achten, wann die Folie gerade anfängt durchzuhängen.
4. Folie über den Master senken und Vakuum anlegen. Die Pumpe saugt die Luft zwischen Folie und Master ab, die Folie legt sich eng an.
5. Abkühlen lassen, entformen, beschneiden.

Es gibt zwei Arten von Mastern. Ein positiver Master (Mayku: „male“) ist erhaben, die Folie legt sich außen darüber. Ein negativer Master („female“) ist eine Vertiefung, die Folie wird hineingezogen. Laut Mayku sind positive Master beim Tiefziehen üblicher, vor allem für Gießformen für Schokolade, Seife, Kerzen oder Jesmonite und für einfache Verpackungen. Maßhaltig ist immer die Seite der Folie, die den Master berührt.

Der 3D-gedruckte Master

Material und Hitze

Die Folie wird zum Formen deutlich heißer, als ein gedrucktes Teil dauerhaft aushält. Formech nennt Formtemperaturen von 120 bis 160 °C für PETG, 150 bis 175 °C für HIPS und 150 bis 180 °C für ABS. Der Master bekommt die Hitze nur kurz ab, verformt sich aber trotzdem, wenn das Material zu früh weich wird oder sich bei mehreren Durchgängen hintereinander aufheizt.

Die Datenblattwerte und ihre Bedeutung stehen ausführlich unter UV-beständiges und hitzefestes Filament. Mayku rät allgemein zu einem Master-Material, das erst über der Temperatur der Folie schmilzt, idealerweise über 100 °C.

Wer im Resin-Druck arbeitet: Standard-Resin taugt laut Mayku nur für eine einmalige Form und zerbröselt bei wiederholter Nutzung um 70 °C. Hochtemperatur-Resin hält deutlich mehr aus, Formlabs nennt für sein High Temp Resin eine HDT von 238 °C. Dafür liefert Resin laut Mayku so glatte Oberflächen, dass keine Nachbearbeitung nötig ist, und nennt Resin-Master deshalb für Schokoladenformen besonders passend.

Wände und Infill

Ein gedruckter Master muss Hitze und Unterdruck aushalten, ohne einzufallen. Mayku nennt für PLA ausdrücklich einen hohen Infill. Ist ein Master beim Formen geschmolzen, empfiehlt Mayku, ihn mit dickeren Wänden neu zu drucken. Für frühe Prototypen kann man den gedruckten Master laut Mayku auch mit Gips füllen, damit er stabiler wird. Wie Wände und Füllung zusammenspielen, steht unter Wände und Deckschichten und Infill.

Zwischen zwei Durchgängen sollte der Master laut Mayku langsam abkühlen. Formlabs gibt für Formen aus Grey Resin 8 bis 10 Minuten Abkühlzeit zwischen zwei Teilen an.

Entformungsschrägen

Senkrechte Wände lassen sich schlecht entformen, die Folie klemmt am Master fest. Deshalb bekommen alle Seitenflächen eine Schräge. Die Herstellerangaben unterscheiden sich:

• Mayku: mindestens 5°, für feste Folien wie PETG und HIPS 8°, für flexible EVA-Folie keine Schräge nötig.
• Formlabs: 4 bis 5° bei positiven Mastern, 1,5 bis 3° bei negativen, mehr bei tiefen Teilen und strukturierten Oberflächen.
• xTool: 3 bis 5° Schräge und abgerundete Kanten.

Je fester die Folie und je höher der Master, desto mehr Schräge.

Keine Hinterschnitte

Hinterschnitte sind Stellen, an denen die Folie hinter eine Kante greift, zum Beispiel ein Absatz oder eine Einkerbung an der Seite. Laut Mayku bekommst du den Master dann nach dem Abkühlen nicht mehr heraus. Ausnahmen und Auswege laut Mayku und Formlabs:

• Flexible Folie wie EVA verträgt kleine Hinterschnitte und sogar erhabene Schrift an senkrechten Wänden.
• Mehrteiliger Master, dessen Teile sich nacheinander herausnehmen lassen. Formlabs nennt dafür Magnete, die die Teile zusammenhalten.
• Schnittlinie im Master vorsehen, an der das Teil später aufgeschnitten wird.

Form und Abstände

• Breiter als hoch. Laut Mayku formen sich breite Teile leichter als hohe. Um Risse zu vermeiden, rät Mayku, nichts zu formen, das höher als breit ist.
• Vertiefungen nicht zu tief. Bei Hohlräumen sollte die Tiefe laut Mayku höchstens zwei Drittel der Öffnungsbreite betragen. Die Folie wird beim Strecken dünner: Verdoppelt sich die Fläche, halbiert sich die Dicke im Schnitt.
• Kanten runden. Spitze Winkel unter 90° führen laut Mayku zu Falten und Rissen. In einem Mayku-Beitrag schreibt der Designer Agustín Arroyo, dass schon eine Rundung von 2 mm viel ausmacht.
• Abstand zwischen mehreren Mastern größer als die Höhe des höchsten Masters, sonst bilden sich zwischen ihnen Falten (Mayku).

Entlüftungslöcher

In Vertiefungen und Ecken bleibt sonst Luft gefangen, und die Folie liegt dort nur lose auf. Mayku zählt FFF-Drucke (also FDM) zu den nicht porösen Werkstoffen, die Luftlöcher brauchen. Poröse SLS-Drucke brauchen laut Mayku keine.

Zu große Löcher in dünner Folie können laut Mayku platzen. Bei FDM setzt sich Filament leicht in sehr kleinen Löchern ab, prüfe sie deshalb vor dem Formen, zum Beispiel mit Druckluft. Formech empfiehlt außerdem, den Master etwa 1 mm vom Grundbrett anzuheben, statt rundherum Löcher zu bohren, etwa mit Drahtgitter, Unterlegscheiben oder dünnen Leisten. Das gibt einen kräftigeren Luftstrom.

Glatte Oberfläche

Die Folie bildet jede Schichtlinie ab. Das sieht man nicht nur, es macht laut Mayku auch das Entformen schwerer. Was hilft:

• Feine Schichten. Agustín Arroyo empfiehlt im Mayku-Beitrag 0,1 mm Schichthöhe. Mehr dazu unter Layerhöhe.
• Schleifen. Mayku rät, die Schichtlinien abzuschleifen. Für große Flächen Spachtel und Schleifpapier, für feine Details Sandstrahlen.
• Lücken füllen. Mayku empfiehlt Holzspachtel, weil er am Druck haftet und sich gut schleifen lässt. Gips haftet laut Mayku nicht am gedruckten Kunststoff und bleibt eher in der Folie hängen.
• Keine Stützen auf Formflächen (Formlabs), sonst bleiben Spuren.

Wie du gedruckte Teile schleifst und spachtelst, steht unter 3D-Drucke nachbearbeiten.

Trennmittel

Mayku empfiehlt für Teile, die nicht mit Lebensmitteln in Berührung kommen, PTFE-Spray in vier Schichten auf den Master. Für Formen, in die Essbares gegossen wird, rät Mayku ausdrücklich davon ab. xTool nennt Talkum oder Trennspray, wenn nötig. Formlabs nennt Silikon-Trennmittel.

Folienarten

Zwei Grundregeln aus den Herstellerangaben:

• Dünn oder dick: Dünne Folie heizt schneller auf und bildet feinere Details ab, das fertige Teil ist aber weicher oder spröder. Dicke Folie ist stabiler, bildet die feinsten Details aber weniger scharf ab (xTool). Formlabs nennt als Faustregel: Mindeststärke der Folie gleich Ziehverhältnis mal gewünschter Endstärke, ein Ziehverhältnis von 3:1 gilt als Obergrenze.
• Gerätegrenze beachten: Die Mayku FormBox verträgt laut Hersteller höchstens 1,5 mm dicke Folie. Was dein Gerät schafft, steht in dessen Anleitung.

Lebensmittelgeeignet ist eine Folie nur, wenn ihr Hersteller das so angibt. Bei Folien ohne Angabe gehst du nicht davon aus. Der gedruckte Master selbst berührt das Lebensmittel nicht, wohl aber die Folie. Mehr zum Thema unter Lebensmittelecht drucken.

Nadins Erfahrung mit der xTool WonderPress

Nadin hat das Tiefziehen mit dem 3D Form Module der xTool WonderPress ausprobiert. Das Gerät wurde ihr von xTool als Beta-Testerin gestellt. Unter allen Modulen hatte das Tiefziehen für sie die größte Lernkurve.

• Weiche TPU-Folie brachte bei ihr keine guten Formen. Mit passender Tiefziehfolie wurden die Formen gut.
• Sie hat eine Blister-Verpackung über einem 3D-gedruckten Master gezogen.
• Ihr Fazit: „Es kommt stark auf die richtige Folie für den richtigen Zweck an. Eine zu feste Folie klappt nicht, wenn du etwas gießen möchtest, das du wieder herausholen willst, zum Beispiel Wachs. Dafür ist sie gut für Verpackungen. Man kann nicht für alles die gleiche Folie nehmen.“

Welche Folie für welchen Zweck

Ist das Gießmaterial heißer, als die Folie aushält, rät Mayku, zuerst eine Form aus Silikon oder Gips zu gießen und darin das heiße Material zu verarbeiten. Mayku warnt außerdem: Clear Sheets nicht in den Ofen oder die Mikrowelle.

Typische Fehler

Geräte im Wiki

Die technischen Daten der xTool WonderPress mit ihrem 3D Form Module stehen im Datenblatt der xTool WonderPress. Wie die Presse selbst funktioniert, steht unter Heißpresse richtig nutzen.