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Introduction to casting with Formlabs resins

Introduction to casting with Formlabs resins

Direktfeinguss, auch bekannt als Wachsausschmelzverfahren, ist eine beliebte Technik zur Herstellung von Gussformen, die genutzt werden kann, um kleine und große Teile mit einer Vielzahl von Metallen herzustellen. Seit über 5000 Jahren werden Metalle gegossen. Dieses uralte Verfahren erlaubt es Herstellern, mit einer großen Bandbreite an Materialien zu arbeiten, und ist eine der einfachsten Methoden zur Herstellung von Metallteilen.

Beim Feinguss wird mithilfe eines handgefertigten oder eines 3D-gedruckten Urmodells eine Hohlform hergestellt. Das Urmodell wird in ein feuerfestes Gussmaterial, auch bekannt als „Einbettmasse“, getaucht, das trocknet und aushärtet. Das Wachs oder das 3D-gedruckte Modell wird ausgebrannt, wodurch ein negativer Raum mit der Form des Designs zurückbleibt. In diesen Hohlraum wird Metall gegossen, um das Endprodukt zu erzeugen.

Ringe aus Castable Wax Resin (links) und Castable Resin (rechts)

Bei der Auswahl eines Harzes sollten Sie die Eigenschaften des jeweiligen Materials beim Gießen berücksichtigen. Für kleinere Teile oder filigrane Drähte sollten Sie Castable Wax Resin verwenden. Für mittleren bis schweren Schmuck oder kleine technische Bauteile sollten Sie True Cast Resin verwenden. Für größeren Feinguss sollten Sie Clear Cast Resin verwenden.

Eignungsbereich für Formlabs Castable Resin

Waschen und trocknen Sie die Druckteile gründlich vor dem Anbringen der Gusskanäle und vor dem Gießen, und befolgen Sie die Anweisungen des Einbettmassenherstellers beim Ausbrennprozess.

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Druckteile mit Gusskanälen versehen

Bringen Sie Gusskanäle erst an Teilen an, wenn diese vollständig getrocknet sind. Bringen Sie Gusskanäle und Angüsse am Druckteil an, ähnlich wie beim Wachsausschmelzguss. Lassen sich an einem Druckteil nur schwer Gusskanäle anbringen, nutzen Sie Epoxidharz oder Sekundenkleber.

Anbringen von Druckteilen an Gusskanälen

Bringen Sie die nachbearbeiteten Druckteile mit klebefähigem Gusskanalwachs an einem Gussbaum aus Wachs an. Schmelzen Sie das Wachs, um glatte Übergänge zwischen jedem gedruckten Muster und seinem Zufuhrkanal zu schaffen (oben in Castable Wax Resin V1 gedruckt).

Verwenden Sie Gusskanäle aus Wachs für die Hauptgusskanäle und große Vorschübe. Entwerfen und drucken Sie Vorschübe, die vom Hauptgusskanal zu den kleinen Details im Modell führen, als Teil des Modells.

Die ideale Position der Gusskanäle variiert je nach Druckgeometrie. Platzieren Sie dickere Teile weiter unten und dünnere Teile weiter oben am Gussbaum.

Platzieren Sie 3D-gedruckte Teile im Baum weiter auseinander als herkömmliche Wachsmodelle. Mehr Einbettmasse in den Zwischenräumen zwischen den Teilen wirkt der Wärmeausdehnung entgegen.

Tipps zum Erstellen eines Gussbaums

  • Verwenden Sie Wachsgusskanäle für Hauptkanäle und große Zuleitungen. Entwerfen und drucken Sie Vorschübe, die vom Hauptgusskanal zu den kleinen Details im Modell führen, als Teil des Modells.
  • Die ideale Position der Gusskanäle variiert je nach Druckgeometrie. Platzieren Sie dickere Teile weiter unten und dünnere Teile weiter oben am Gussbaum.
  • Platzieren Sie 3D-gedruckte Teile im Baum weiter auseinander als herkömmliche Wachsmodelle. Mehr Einbettmasse in den Zwischenräumen zwischen den Teilen wirkt der Wärmeausdehnung entgegen.
  • Wenn Sie Gusskanäle aus Wachs verwenden, entwerfen Sie Gusskanäle, die so dick sind wie möglich, und bringen Sie sie an der dicksten Stelle des Modells an (sofern das Design dadurch nicht beeinträchtigt wird).
  • Der Durchmesser von 3D-gedruckten Gusskanälen sollte so groß sein wie die Wanddicke des Teils im Querschnitt, um eine gleichmäßige Ausdehnung beim Gießen zu ermöglichen.
  • Egal ob Sie Gusskanäle aus Wachs verwenden oder die Gusskanäle direkt an das Teil drucken, die Gusskanäle sollten den kürzesten Austrittsweg für das Material ermöglichen. Gestalten Sie den Weg des Luftstroms im Gussteil so kurz wie möglich. Kleinere Bäume mit weniger Harz lassen sich leichter ausbrennen.
  • Formlabs empfiehlt nicht, Modelle aus Castable Wax 40 Resin in einen „Gussbarrieren“-Film zu tauchen. „Gussbarrieren“-Filme können die Fähigkeit des Kunstharzes einschränken, beim Erhitzen flüssiges Wachs abzugeben.
  • Wenn möglich, höhlen Sie dickere Teile aus - siehe Whitepaper 3D-Druck in der Schmuckherstellung: Grundlegende Designparameter, Stützstrukturen und Orientierung[ [en]]. Fügen Sie Belüftungslöcher im Teil ein, damit beim Ausbrennen ein ausreichender Luftstrom vorhanden ist. Verschließen Sie diese Löcher mit Wachs, bevor Sie die Gusskanäle anbringen, damit keine Einbettmasse in das Modell gelangt.

Vorbereitung der Einbettmasse und der Form

Formlabs empfiehlt Certus Prestige Optima Einbettmasse für Schmuck sowohl für Castable Wax 40 Resin als auch für Castable Wax Resin. Castable Wax 40 Resin ermöglicht Ihnen mehr Freiheit bei der Einbettmasse. Wenn Sie besonders komplizierte Designs gießen, erwägen Sie eine festere phosphatgebundene Einbettmasse wie Nobilium Microfire. Wenn Sie alternative Einbettmassen verwenden, berücksichtigen Sie die Ausbrennempfehlungen des Herstellers.

Tipp:

Große oder dicke Teile profitieren von einer stärkeren Einbettung. Beim Gießen von voluminöseren Teilen passen Sie den Wasseranteil der Einbettmasse an. Lösen Sie vor dem Mischen Borsäure (1 % des Wassergewichts) im Einbettwasser auf, um die Festigkeit der Form zu erhöhen.

Der Arbeitsprozess für das Mischen der Einbettmasse und der Vorbereitung der Form hängt von der Einbettmasse und der Größe der Muffel ab. Befolgen Sie unbedingt die Anweisungen des Einbettmasse-Herstellers und passen Sie den Ausbrennzeitplan entsprechend an.

Warnung:

Befolgen Sie die Sicherheitsempfehlungen des Herstellers der Einbettmasse.

Schritt 1: Gusskolben anbringen

Befestigen Sie eine Gussmuffel an der Gusskanalbasis. Falls die Muffel Löcher hat, wickeln Sie sie mit transparentem Packband ein, um ein Austreten der Einbettmasse zu verhindern.

Befestigung einer Gussmuffel an der Gusskanalbasis

Schritt 2: Einbettmasse mischen

Mischen Sie die Einbettmasse entsprechend den Herstelleranweisungen. Mischen Sie auf niedriger Stufe, bis das Pulver gänzlich feucht ist.

Mischen der Einbettmasse

Schritt 3: Einbetten

Füllen Sie die Einbettmasse langsam an der Seite der Muffel ein und vermeiden Sie, dass sie auf den Gussbaum gelangt. Gleichmäßiges Einfüllen vermindert den Einschluss von Luftblasen. Verwenden Sie eine Vakuumkammer, um Blasen aus der Muffel zu entfernen. Lassen Sie die Einbettmasse aushärten und trocknen.

Einfüllen der Einbettmasse entlang der Seite der Muffel

Schritt 4: Entgasen

Entgasen Sie die Masse gemäß den Anweisungen des Herstellers. Erzeugen und halten Sie das höchstmögliche Vakuum aufrecht, um Lufteinschlüsse im Guss zu vermeiden.

Entgasen der Masse gemäß den Anweisungen des Herstellers

Schritt 5: Die Gussform 2–6 Stunden aushärten lassen

Entfernen Sie die Gummisockel der Gusskanäle vorsichtig aus der Gussform und lassen Sie sie 2–6 Stunden in einer schwingungsfreien Umgebung aushärten. Befolgen Sie die Sicherheitshinweise des Herstellers der Einbettmasse. Formlabs empfiehlt das Tragen einer Staub- oder Atemschutzmaske.

Das Ausbrennen im Überblick

Passen Sie den hier beschriebenen Prozess an und entwickeln Sie einen Ausbrennzeitplan speziell für Ihre Ausrüstung, Konfigurationen und Materialien.

Standard-Ausbrennzeitplan:

  • Geeignet für alle Gussteile
  • Geeignet für große Gussbäume
  • Bietet höchstmögliche Festigkeit der Einbettmasse und vollständiges Ausbrennen auch feinster Details, sofern Certus Prestige Optima oder eine ähnliche Einbettmasse verwendet wird

 

Verkürzter Ausbrennzeitplan

  • Geeignet für dünne oder kleine Teile, die weniger als 1 g pro Teil wiegen und bei denen das Muffelgesamtvolumen gering ist (Muffel weniger als 15,24 cm hoch)
  • Ermöglicht kürzere Zykluszeiten bei kleineren Geometrien und Einbettmassen, die schnellerem Erhitzen standhalten

* Der kurze Ausbrennplan wurde mit Castable Wax Resin und Castable Wax 40 Resin validiert. Verwenden Sie bei Castable Resin den Standard-Ausbrennzeitplan.

Um das vollständige Entweichen der Gase zu ermöglichen, maximieren Sie den Luftstrom, indem Sie für zusätzliche Belüftung sorgen, entweder durch aktive Belüftung oder durch Ausblasen der Formen. Idealerweise sollte die Wärmeausdehnung der Einbettmasse zur Wärmeausdehnung des verwendeten 3D-Druckmaterials passen. Passen Sie das Verfahren für den Übergang von einem vornehmlich wachsbasierten Gussverfahren entsprechend an, um einen erfolgreichen Guss zu erzielen.

Tipps für einen erfolgreichen Ausbrennprozess:

  • Verwenden Sie den von Formlabs empfohlenen Ausbrennplan als Ausgangspunkt für Ihren Ausbrennprozess. Passen Sie den Ausbrennzeitplan gemäß den Anweisungen des Einbettmasse-Herstellers an.
  • Passen Sie die Rampenrate und Haltezeiten in Abhängigkeit von Druckgeometrie, Gesamtvolumen und Muffelgröße an. Passen Sie die endgültige Haltetemperatur in Abhängigkeit von der Metallgießtemperatur an.
  • Kalibrieren Sie Ihren Schmelzofen regelmäßig, damit Zykluszeiten und Temperaturen so genau wie möglich angezeigt werden.
  • Vergleichen Sie das Gussstück nach dem Guss mit einem gedruckten Modell. Wenn Teile am Gussstück fehlen, befand sich vor dem Gießen wahrscheinlich Asche im Hohlraum der Einbettmasse. Überprüfen Sie in diesem Fall die Ausbrennschritte und passen Sie sie an.
  • Wenn sich eine Absauganlage über dem Ofen befindet, stellen Sie sie auf die höchste Stufe, um für einen höheren Luftstrom im Ofen zu sorgen.
  • Wenn der Ofen voller Muffeln ist, ist der Luftstrom pro Muffel weniger effizient. Schließen Sie einen Sauerstoffgenerator an den Schmelzofen an, um den Luftstrom zu erhöhen.
  • Maximieren Sie den Luftstrom und die Belüftung während des Ausbrennens. Passen Sie den Ausbrennzeitplan an Temperaturschwankungen an, die durch erhöhten Luftstrom entstehen.

Guss

Ein Foto vom Guss, in dem Metall in die Einbettmasse gegossen wird

Entfernen Sie die Form aus dem Schmelzofen und vergießen Sie das Metall. Schleuder- oder Vakuumgussverfahren eignen sich zum schnellen Füllen der Form. Schleuder- oder Vakuumgussgeräte wie das Neutec J2R (USA) und die Indutherm MC-Serie (EU) sind benutzerfreundlich und hochgradig steuerbar.

Abschrecken nach dem Guss

Schrecken Sie die Muffel ab und entfernen Sie sie. Bearbeiten Sie anschließend die Gussteile.

KOMPATIBILITÄT MIT EDELMETALLEN

Formlabs hat Gussteile aus Gold, Silber und Bronze, die mit Modellen aus Castable Wax 40 Resin und Castable Wax Resin gegossen wurden, getestet. Die Metallkompatibilität ist in erster Linie eine Eigenschaft der Einbettmasse. Unterschiedliche Metalle erfordern von der Einbettmasse ein unterschiedliches Maß an Temperaturbeständigkeit.

Formlabs-Kunstharze, die direkt gegossen werden, benötigen Temperaturen von mindestens 732 °C, um vollständig auszubrennen. Fragen Sie den Hersteller, wenn Sie sich über die Kompatibilität des Harzes mit einer bestimmten Einbettmasse unsicher sind.

Weitere Ressourcen

Weitere Informationen zum 3D-Druck, Schmuckdesign und Gießen erhalten Sie in den Formlabs-Ressourcen zu Schmuck .

Besonderer Dank gilt Lars Sögaard Nielsen und der KEA (Copenhagen School of Design and Technology), die Formlabs genehmigten, ihren Gussprozess zu dokumentieren.

Danksagungen

Besonderer Dank gilt Lars Sögaard Nielsen und der KEA (Copenhagen School of Design and Technology), die Formlabs genehmigten, ihren Gussprozess zu dokumentieren.