Colata di precisione, noto anche come colata di precisione, è il processo di fusione a più alta fedeltà del mondo. È un processo di produzione in grado di produrre elementi molto sottili e complessi e di catturare i dettagli delle impronte digitali. Che si tratti di pezzi fusi di precisione per l'industria aerospaziale o di scultori che creano opere di piccole dimensioni e anche su scala monumentale, offre un'eccellente finitura superficiale e un'ottima precisione dimensionale.
Praticamente non esiste una lega che non possa essere prodotta con il processo di microfusione. Questa è la caratteristica unica e più importante del processo di microfusione. La gamma di leghe copre praticamente l'intero spettro delle leghe utilizzate in ingegneria.
Storia ed evoluzione della fusione di precisione
Nel XX secolo si sono verificati diversi sviluppi del processo di microfusione. Inizialmente, si utilizzava lo stampo solido o la microfusione a blocco, in cui l'intero stampo veniva riempito con il materiale ceramico. In seguito, il materiale ceramico è stato sostituito dallo stampo in gesso per ottenere una migliore finitura superficiale. In seguito è stato sviluppato il processo mercast, in cui si utilizzava il mercurio come materiale per il modello, che però non è più in uso. Infine, recentemente è stata sviluppata la microfusione in conchiglia di ceramica, che ha acquisito importanza in tutto il mondo.
Nei 3000 anni in cui il bronzo è stato fuso è cambiato ben poco. Oggi abbiamo soffiatori elettrici anziché mantici e abbiamo il gas naturale al posto dello sterco animale essiccato, ma per il resto è tutto uguale. Lo stampo è fatto di materiali di terra come ai vecchi tempi e la cera viene bruciata.
Caratteristiche speciali del processo di microfusione
Quali sono le caratteristiche speciali del processo di microfusione? Può produrre elementi molto sottili e complessi. La seconda caratteristica è che offre un'eccellente finitura superficiale; il più delle volte non è necessaria alcuna lavorazione o è necessaria una lavorazione molto trascurabile. La seconda caratteristica è che offre un'eccellente precisione dimensionale. Infine, può essere utilizzato per fondere tutti i metalli e le leghe.
Se consideriamo il diverso processo di produzione o il processo di fusione, la ghisa duttile, l'acciaio per utensili e le superleghe non possono essere fuse utilizzando pressofusione processo. Le leghe di titanio non possono essere prodotte con colata in sabbia processo. Con il processo di microfusione, invece, è possibile produrre tutte le leghe. Praticamente non esiste una lega che non possa essere prodotta con il processo di microfusione.
Le fasi del processo di colata in conchiglia ceramica
Queste sono le fasi principali del processo di microfusione di conchiglie ceramiche:
- Iniezione di cera: La cera viene iniettata nella matrice e poi rimossa.
- Montaggio del modello: Centinaia di modelli di questo tipo vengono prodotti in una singola sessione e diversi di questi modelli vengono uniti attraverso un albero centrale per ottenere un'economia.
- Edificio a guscio: Il gruppo di cera viene immerso nell'impasto ceramico, estratto e cosparso di stucco intorno al disegno.
- Deceratura: La cera all'interno del guscio deve essere completamente svuotata.
- Casting: Versare il metallo fuso nel guscio di ceramica.
- Knockout: Rompere il guscio e rimuovere la colata all'esterno.
- Cut Off: Separazione dei singoli getti dall'albero assemblato.
- Finitura e operazioni secondarie: I pezzi vengono lucidati con una finitura superficiale adeguata.
Costruzione della conchiglia: Ingredienti e fasi dell'impasto
Come si prepara il guscio di ceramica? Dobbiamo conoscere gli ingredienti dell'impasto ceramico. Uno è la polvere o la farina refrattaria, che comprende dal sessanta all'ottanta per cento. Le polveri refrattarie più comunemente utilizzate sono il silicato di zirconio, la silice fusa e l'ossido di alluminio fuso. Il secondo ingrediente è il legante liquido, che comprende dal quindici al trenta per cento, principalmente silicato di etile o silice colloidale. Infine, si utilizza un legante solido dal cinque al dieci per cento.
Il primo strato di impasto è di consistenza fine e permette di raggiungere facilmente i dettagli delle scanalature e della grafica dell'incisione. Il successivo strato di impasto è più grossolano rispetto alle prime immersioni, in quanto costruisce uno spesso guscio di ceramica intorno all'albero di cera. Questo ciclo verrà ripetuto circa cinque-sette volte. L'impasto deve asciugarsi tra le successive immersioni; la temperatura e l'umidità sono attentamente controllate.
La scienza della decerazione e il forno a autoclave
Prima di versare il metallo fuso nel guscio ceramico, la cera all'interno del guscio deve essere drenata completamente; questo processo è noto come deceratura. Generalmente si utilizza un forno autoclave. Nel forno sigillato viene iniettata una pressione di vapore elevata, pari a circa 8 kg per centimetro quadrato. La cera si scioglie e viene rimossa dal guscio di ceramica.
Ci assicuriamo di bruciare questi stampi in modo pulito. Se il bronzo entrasse in contatto con la cera sarebbe un vero problema. Il bronzo trasformerebbe immediatamente la cera in un gas e un gas è un'improvvisa espansione di volume. La definizione di esplosione è un'improvvisa espansione di volume. Il bronzo potrebbe benissimo schizzare fuori dallo stampo a causa dell'esplosione della cera a contatto con il bronzo. Questa cera verrà nuovamente raffinata, purificata e utilizzata per la realizzazione del modello.
Fusione di precisione: Fusione e solidificazione del metallo
Gli stampi in ceramica devono essere riscaldati prima di potervi versare il metallo fuso. Preriscaldiamo lo stampo fino a renderlo arancione, in modo che offra la minima resistenza al raffreddamento del bronzo quando quest'ultimo invade la camera. Il bronzo si solidifica letteralmente a 1850 gradi; noi lo fondiamo a circa 2000 gradi e lo versiamo subito dopo.
Durante la fusione dei lingotti di bronzo, le imperfezioni come la sabbia o il materiale dello stampo affiorano in superficie. Abbiamo scremato le scorie in superficie. Dopo che il guscio è stato riempito con il metallo liquido, deve essere messo da parte per raffreddarsi. I gusci di ceramica appena colati generano molto calore ambientale. All'interno dello stampo, si solidificano prima le aree più sottili e poi quelle più spesse.
Colata post-investimento: Sbavatura, troncatura e finitura
Knockout significa rompere il guscio e rimuovere la colata all'esterno. Si utilizza uno scalpello motorizzato per staccare il guscio ceramico dalla parte fusa. L'albero di metallo viene sabbiato per rimuovere le tracce di guscio ceramico rimaste. Le tracce devono essere rimosse dalla fusione; per questo motivo utilizziamo un sistema di sabbiatura.
I pezzi fusi vengono tagliati in corrispondenza delle porte, lasciando il materiale in eccesso sulle aree delle porte; questo è il taglio. Per questo, nella maggior parte dei casi si utilizza una mola. Le fusioni vengono trattate termicamente per normalizzare il metallo. I pezzi vengono lucidati con una finitura superficiale adeguata; le finiture a specchio e satinate sono le più comuni al giorno d'oggi. Il prodotto finale sarà privo di difetti ed esteticamente gradevole.
Leghe da rivestimento e loro applicazioni industriali
Comune leghe fuse per investimento includono:
- Ferro duttile: Prodotto mediante un processo di lega in cui i fiocchi di grafite vengono trasformati in noduli sferoidali. È utilizzata per componenti della difesa, componenti automobilistici e componenti di pompe e valvole.
- Acciai al carbonio: Comunemente utilizzati in un ampio spettro di settori, come i meccanismi di chiusura interna, le applicazioni minerarie, le armi militari e da fuoco e le parti di trasporto.
- Acciai per utensili: Particolarmente utilizzata per la realizzazione di diversi utensili come la fresa.
- Acciai inossidabili: Prodotto con finitura a specchio per garantire la massima resistenza alla corrosione.
- Leghe di alluminio e magnesio: Utilizzato per i componenti aerospaziali in cui sono presenti diverse alette sottili.
- Leghe di titanio: Diffusore per motori a reazione e parti di sospensioni per auto da corsa di Formula Uno.
- Superleghe: Come la girante di una turbina con pale molto sottili e caratteristiche complesse.
Innovazione: Prototipazione rapida nella microfusione
L'aspetto più difficile della microfusione è la produzione del modello. Produrre il modello è molto difficile, per questo motivo è emersa la prototipazione rapida per produrre i modelli. I processi più importanti sono:
- Litografia stereo (SLA): Il raggio laser cade su una resina fotopolimerica liquida che diventa solida. La polimerizzazione avviene strato per strato.
- Sinterizzazione laser selettiva (SLS): Simile alla stereolitografia, ma in questo caso si utilizza la polvere.
- Stampa 3D: Il sistema laser è sostituito dall'adesivo liquido.
- Modellazione a deposizione fusa (FDM): La testa del liquificatore si muove in direzione x e y producendo un foglio sottile alla volta.
Per le norme tecniche relative a questi materiali, fare riferimento al documento Società americana per le prove e i materiali (ASTM).
Il futuro dell'industria della microfusione: Modelli di ghiaccio
I modelli di ghiaccio si rivelano molto efficaci nel processo di microfusione. I vantaggi dei modelli di ghiaccio includono una migliore finitura superficiale e l'eliminazione delle crepe nel guscio durante la rimozione del modello. Quando si aumenta la temperatura, a causa dell'espansione anomala dell'acqua, il volume si riduce fino a quattro gradi centigradi. Poiché il volume si riduce, il guscio non si rompe. Questo è il vantaggio maggiore. Il materiale del modello acqua o ghiaccio non è costoso.
Il bronzo è un materiale molto archivistico. Quando realizziamo un bronzo, non pensiamo solo alla mostra di quest'anno, ma a come sarà visto dalle generazioni future. È un linguaggio basato su una storia umana. L'arte è per chi è ostinatamente determinato; è per chi si rifiuta di arrendersi.
Approfondire le conoscenze sulla produzione di fusioni di precisione
Esplorate le nostre guide dettagliate per capire quale processo si adatta alle vostre specifiche esigenze di progetto:
- Pressofusione di zinco vs. pressofusione di alluminio: Un confronto testa a testa di costi e capacità.
- Guida alla selezione delle leghe: Capire quali metalli funzionano meglio per le geometrie complesse.
- Operazioni di finitura secondaria: Come otteniamo finiture a specchio e satinate sui pezzi fusi.
- Servizi di prototipazione rapida: Accelerate la produzione con modelli SLA e FDM.
Per ulteriori informazioni tecniche, è possibile visitare il sito Istituto di fusione per investimenti o esplorare gli standard più recenti al sito Società americana di fonderia.
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