Precisiegieten, ook bekend als precisie-investeringsgietwerk, is het meest getrouwe gietproces ter wereld. Het is een fabricageproces dat zeer dunne en complexe vormen kan produceren en tot in het kleinste vingerafdrukdetail kan vangen. Of je nu precisiegegoten onderdelen maakt voor de ruimtevaartindustrie of een beeldhouwer bent die kleine werken maakt en ook monumentale werken, het biedt een uitstekende oppervlakteafwerking en een uitstekende maatnauwkeurigheid.
Er is vrijwel geen legering die niet kan worden vervaardigd met behulp van verlorenwasgieten. Dat is de unieke en grootste eigenschap van het verlorenwasproces. De reeks legeringen omvat vrijwel het volledige spectrum van legeringen die in de machinebouw worden gebruikt.
De geschiedenis en evolutie van precisiegietwerk
In de twintigste eeuw vonden er verschillende ontwikkelingen van het verlorenwasproces plaats. Aanvankelijk werd de massieve mal of het blokvorm verloren-was-gieten gebruikt, waarbij de hele mal gevuld werd met keramisch materiaal. Later werd het keramische materiaal vervangen door de gipsen mal om een betere oppervlakteafwerking te krijgen. Later werd het kwastproces ontwikkeld waarbij kwik werd gebruikt als patroonmateriaal, maar dit wordt niet meer gebruikt. Tenslotte werd recentelijk het keramisch gietproces ontwikkeld en dit heeft over de hele wereld aan belang gewonnen.
Er is heel weinig veranderd in de 3000 jaar dat brons is gegoten. We hebben nu elektrische blazers in plaats van blaasbalgen en we hebben aardgas in plaats van gedroogde dierlijke mest, verder is alles hetzelfde. De mal is net als vroeger gemaakt van aarden materialen en we branden de was eruit.
Speciale kenmerken van het gietproces
Wat zijn deze speciale kenmerken van verlorenwasgieten? Het kan zeer dunne en complexe vormen produceren. De tweede eigenschap is dat het een uitstekende oppervlakteafwerking biedt; meestal is er geen of een verwaarloosbare bewerking nodig. De volgende speciale eigenschap is dat het een uitstekende maatnauwkeurigheid biedt. Tot slot kunnen alle metalen en legeringen gegoten worden.
Als we kijken naar verschillende productieprocessen of het gietproces, kunnen nodulair gietijzer, gereedschapsstaal en superlegeringen niet worden gegoten met behulp van spuitgieten proces. Titaanlegeringen kunnen niet worden gemaakt met zandgieten proces. Maar met het verloren-was-giet-proces kunnen alle legeringen worden gemaakt. Er is vrijwel geen legering die niet kan worden gemaakt met behulp van verlorenwasgieten.
De stappen van het proces voor het gieten van keramische schelpen
Dit zijn de belangrijkste stappen in het gietproces van keramische schelpen:
- Wasinjectie: Er wordt was in de patroonmatrijs gespoten en deze wordt verwijderd.
- Patroonassemblage: Honderden van zulke patronen worden geproduceerd in een enkele sessie en verschillende van zulke patronen worden samengevoegd via een centrale boom om zuinigheid te bereiken.
- Schelpgebouw: De wasassemblage wordt in de keramische slurry gedompeld, eruit gehaald en er wordt stucwerk rond het patroon gestrooid.
- Dewaxen: De was in de schelp moet volledig worden afgetapt.
- Casting: Het gesmolten metaal in het keramische omhulsel gieten.
- Knock-out: Dat omhulsel breken en het gietwerk naar buiten toe verwijderen.
- Cut Off: De afzonderlijke gietstukken scheiden van de geassembleerde boom.
- Afwerking en secundaire bewerkingen: De onderdelen worden gepolijst met de juiste oppervlakteafwerking.
Schelpbouw: Ingrediënten en mengmestfasen
Hoe maken we de keramische schaal? We moeten de ingrediënten van de keramische slurry leren kennen. Een daarvan is het vuurvaste poeder of meel, dat zestig tot tachtig procent uitmaakt. De meest gebruikte vuurvaste poeders zijn zirkoniumsilicaat, gesmolten siliciumdioxide en gesmolten aluminiumoxide. Het tweede ingrediënt is het vloeibare bindmiddel, dat vijftien tot dertig procent uitmaakt, voornamelijk ethylsilicaat of colloïdaal siliciumdioxide. Ten slotte wordt een vast bindmiddel gebruikt van vijf tot tien procent.
De eerste dipslurry is een fijne textuur die gemakkelijk tot in de details van de groeven en gravuregrafiek kan doordringen. De volgende slurrylaag is grover dan de eerste dipslurry omdat het een dik keramisch omhulsel opbouwt rond de wasboom. Deze cyclus wordt ongeveer vijf tot zeven keer herhaald. De slurry moet drogen tussen de opeenvolgende dompelingen; temperatuur en vochtigheid worden zorgvuldig gecontroleerd.
De wetenschap van Dewaxen en de autoclaafoven
Voordat het gesmolten metaal in het keramische omhulsel wordt gegoten, moet de was in het omhulsel volledig worden afgevoerd. Over het algemeen wordt een autoclaafoven gebruikt. In de afgesloten oven wordt een hoge stoomdruk van ongeveer 8 kg per vierkante centimeter geïnjecteerd. De was smelt en wordt uit de keramische schaal verwijderd.
We zorgen er echt voor dat deze mallen schoon worden uitgebrand. Als het brons in contact zou komen met was, zou dat een echt probleem zijn. Het brons zou de was onmiddellijk in een gas veranderen en een gas is een plotselinge uitzetting van volume. De definitie van een explosie is een plotselinge uitzetting van volume. Het brons zou wel eens uit de mal omhoog kunnen schieten door de explosie van een was in contact met brons. Deze was wordt weer verfijnd, gezuiverd, en weer gebruikt voor het maken van het patroon.
Precisiegieten: Het metaal smelten en stollen
De keramische mallen moeten opgewarmd worden voordat er gesmolten metaal in gegoten kan worden. We verwarmen de mal voor tot hij oranje heet is, zodat hij zo min mogelijk weerstand biedt tegen de afkoeling van het brons als het brons de kamer instroomt. Brons stolt letterlijk bij 1850 graden; we smelten het tot ongeveer 2000 graden en gieten kort daarna.
Tijdens het smelten van de bronzen baren drijven onvolkomenheden zoals zand of malmateriaal naar de oppervlakte. We hebben de dross aan de oppervlakte afgeschuimd. Nadat de schaal is gevuld met het vloeibare metaal, moet deze opzij worden gezet om af te koelen. Vers gegoten keramische schelpen genereren veel omgevingswarmte. In de mal stollen eerst de dunste delen en daarna de dikkere delen.
Na het verloren-was-gieten: Uitkloppen, afsnijden en afwerken
Knock-out betekent het breken van die schaal en het verwijderen van het gietstuk aan de buitenkant. Er wordt een gemotoriseerde beitel gebruikt om het keramische omhulsel van het gietstuk af te breken. De metalen boom wordt gezandstraald om alle overgebleven sporen van de keramische schaal te verwijderen. Sporen moeten van het gietstuk worden verwijderd; daarom gebruiken we een zandstraalsysteem.
De gietstukken worden bij de poorten doorgesneden, waardoor het overtollige materiaal op de poorten achterblijft; dit is de afsnijding. Hiervoor wordt meestal een slijpschijf gebruikt. De gietstukken krijgen een warmtebehandeling om het metaal te normaliseren. De onderdelen worden gepolijst met de juiste oppervlakteafwerking; spiegel- en satijnafwerkingen zijn tegenwoordig het meest gebruikelijk. Het eindproduct is vrij van gebreken en visueel aantrekkelijk.
Investment Cast legeringen en hun industriële toepassingen
Gewoon gegoten legeringen omvatten:
- Nodulair gietijzer: Vervaardigd door een legeringsproces waarbij de grafietvlokken worden omgezet in sferoïdale knobbeltjes. Het wordt gebruikt voor defensieonderdelen, auto-onderdelen en onderdelen van pompen en kleppen.
- Koolstofstaal: Vaak gebruikt in een breed spectrum van industrieën zoals interne slotmechanismen, mijnbouwtoepassingen, militaire en vuurwapens en transportonderdelen.
- Gereedschapsstaal: Vooral gebruikt voor het maken van verschillende gereedschappen zoals de frees.
- Roestvrij staal: Geproduceerd met een spiegelende afwerking voor de ultieme corrosiebestendigheid.
- Aluminium- en magnesiumlegeringen: Gebruikt voor luchtvaartonderdelen met meerdere dunne vinnen.
- Titaanlegeringen: Straalmotor diffuser en ophangingsonderdelen voor Formule 1-raceauto's.
- Superlegeringen: Zoals de turbinewaaier met zeer dunne bladen en complexe kenmerken.
Innovatie: Snel prototypen in verloren-was-gieten
Het moeilijkste bij verlorenwasgieten is het maken van een patroon. Het maken van een patroon is erg moeilijk, dus daarom is rapid prototyping in opkomst om patronen te maken. Belangrijke processen zijn onder andere:
- Stereolithografie (SLA): De laserstraal valt op een vloeibaar hars fotopolymeer en het wordt vast. Laag voor laag wordt het uitgehard.
- Selectief lasersinteren (SLS): Vergelijkbaar met stereolithografie, maar hier wordt poeder gebruikt.
- 3D-printen: Het lasersysteem wordt vervangen door de vloeibare lijm.
- Fused Deposition Modeling (FDM): De kop van de bevochtiger beweegt in x- en y-richting en maakt telkens een dunne plaat.
Raadpleeg voor technische normen voor deze materialen de Amerikaanse vereniging voor testen en materialen (ASTM).
De toekomst van de industrie voor verlorenwas-gieten: IJspatronen
IJspatronen blijken zeer effectief te zijn in het verloren-was-giet proces. Voordelen van ijspatronen zijn onder andere een betere oppervlakteafwerking en het voorkomen van scheuren in het omhulsel tijdens het verwijderen van het patroon. Als we de temperatuur verhogen, zal door de abnormale uitzetting van het water het volume dalen tot vier graden Celsius. Omdat het volume afneemt, zal de schelp niet barsten. Dat is het grootste voordeel. Het patroonmateriaal water of ijs is niet duur.
Brons is een zeer archiverend medium. Bij het maken van brons denken we niet alleen aan een kunsttentoonstelling van dit jaar, maar ook aan hoe het door toekomstige generaties zal worden bekeken. Het is een taal die gebaseerd is op een menselijk verhaal. Kunst is voor de vastberadenen; het is voor degenen die weigeren op te geven.
Verdiep uw kennis over precisiegietwerk
Bekijk onze gedetailleerde gidsen om te zien welk proces past bij jouw specifieke projectbehoeften:
- Spuitgieten van zink vs. spuitgieten van aluminium: Een vergelijking van kosten en mogelijkheden.
- Selectiegids voor legeringen: Begrijpen welke metalen het beste werken voor complexe geometrieën.
- Secundaire afwerkingsbewerkingen: Hoe we spiegel- en satijnafwerkingen bereiken op gegoten onderdelen.
- Snelle prototypediensten: Versnel uw productie met SLA- en FDM-patronen.
Voor meer technische achtergrond kun je terecht op de Instituut voor Investeringsgieten of verken de nieuwste standaarden op de Amerikaanse vereniging voor gieterijen.
Klaar om uw precisiegietwerk te verbeteren met hoogwaardige componenten?
Of je nu het ingewikkelde detail van verlorenwasgieten of de hoge volume-efficiëntie van spuitgieten nodig hebt, wij zijn er om je te helpen.
Neem contact op met thediecasting voor informatie en een offerte voor je volgende project!
