WHITEPAPER
Formlabs Logo

Introduction to casting with Formlabs resins

Introduction to casting with Formlabs resins

La fusione diretta a cera persa, o semplicemente fusione a cera persa, è una tecnica di stampaggio molto popolare che può essere usata per fabbricare parti di grandi o piccole dimensioni in un’ampia gamma di metalli. Nata oltre 5000 anni fa, la fusione a cera persa consente ai creatori di lavorare numerosi materiali ed è uno dei modi più semplici per creare parti in metallo.

La fusione a cera persa consiste nel creare uno stampo cavo da un master scolpito a mano o stampato in 3D. Il master viene immerso in un materiale refrattario per la fusione (o "materiale di rivestimento") che si asciuga e si indurisce. Il modello di cera o stampato in 3D brucia, lasciando uno stampo negativo del progetto. Il metallo viene versato in questa cavità per creare la parte finale.

Anelli stampati in Castable Wax Resin (a sinistra) e in Castable Resin (a destra)

Quando scegli una resina per fusioni, considera le proprietà di ciascuno dei materiali adatti alla colata. Per le parti più piccole o in filigrana, usa la Castable Wax Resin. Per i gioielli di medie e grandi dimensioni o piccoli componenti ingegneristici, usa la True Cast Resin. Per le fusioni a cera persa di parti di grandi dimensioni, usa la Clear Cast Resin.

Gamma di applicazioni delle Castable Resin di Formlabs

Lava e asciuga le parti stampate in 3D accuratamente prima di applicare i canali di colata e di effettuare la colata, e segui le istruzioni del produttore del materiale di rivestimento durante il procedimento di combustione.

WhitePaperWarning

Applicazione dei canali di colata

Applica i canali di colata sulle parti completamente asciutte. Aggiungi canali di colata e punti di iniezione in cera alla stampa, come per la fusione a cera persa. Se ti risulta difficile applicare i canali di colata alla parte stampata, usa resina epossidica o colla istantanea per fissare la parte stampata al canale di colata in cera.

Fissaggio delle parti stampate ai canali di colata

Fissa le stampe post-elaborate a uno degli alberi di fusione principali in cera del canale. Fondi la cera per creare giunzioni lisce tra ogni modello stampato e il relativo canale di alimentazione (stampato in Castable Wax Resin V1 sopra).

Usa canali di colata in cera per i canali principali e i canali di immissione di grandi dimensioni. Quando progetti e stampi il modello, includi dei canali di immissione secondari a partire dal canale di colata principale verso i dettagli di piccole dimensioni del modello.

Il posizionamento ideale del canale di colata varia in base alla geometria della parte. Colloca le parti più spesse sul fondo e le parti più sottili in cima all'albero di fusione.

Distanzia maggiormente le parti stampate in 3D sull'albero di fusione rispetto a quanto faresti per un albero di fusione con parti in cera. La maggiore quantità di materiale di rivestimento negli spazi fra le parti aiuterà a ridurre la dilatazione termica.

Consigli per la creazione di un albero di fusione

  • Utilizza canali in cera per i canali principali e le alimentazioni di grandi dimensioni. Quando progetti e stampi il modello, includi dei canali di immissione secondari a partire dal canale di colata principale verso i dettagli di piccole dimensioni del modello.
  • Il posizionamento ideale del canale di colata varia in base alla geometria della parte. Colloca le parti più spesse sul fondo e le parti più sottili in cima all'albero di fusione.
  • Distanzia maggiormente le parti stampate in 3D sull'albero di fusione rispetto a quanto faresti per un albero di fusione con parti in cera. La maggiore quantità di materiale di rivestimento negli spazi fra le parti aiuterà a ridurre la dilatazione termica.
  • Se utilizzi canali di colata in cera, crea canali del massimo spessore possibile e posizionali sulla parte più spessa del modello, sempre che questi non interferiscano con il design.
  • Per i canali di colata stampati, fai corrispondere il loro diametro allo spessore della sezione trasversale della parte adiacente in modo da ottenere una dilatazione uniforme in fase di fusione.
  • Che si tratti di canali stampati direttamente sulla parte, oppure di canali in cera aggiunti in un secondo momento, assicurati che i canali di colata siano posizionati in modo tale da garantire che il percorso di uscita del materiale sia il più breve possibile. Fai in modo che il percorso del flusso d'aria all'interno della colata sia il più breve possibile. Gli alberi di fusione più piccoli con meno resina bruciano più facilmente.
  • Formlabs sconsiglia di immergere i modelli realizzati con la Castable Wax 40 Resin in film protettivi per la fusione. Tali film potrebbero interferire con la capacità della resina di disperdere la cera liquida durante il riscaldamento.
  • Se possibile svuota le parti più spesse - vedi il whitepaper “Stampa 3D di gioielli: parametri di progettazione di base, supporti e orientamento” [EN]. Aggiungi fori di ventilazione al design per garantire un flusso d'aria sufficiente durante la combustione. Chiudi questi fori con la cera prima di aggiungere i canali di colata per evitare infiltrazioni del materiale di rivestimento all'interno del modello.

Preparazione del materiale di rivestimento e dello stampo

Formlabs consiglia il materiale di rivestimento per gioielli Certus Prestige Optima sia per la Castable Wax 40 Resin che per la Castable Wax Resin. La Castable Wax 40 Resin ti offrirà una maggior libertà nella scelta dei materiali di rivestimento. Se stai fondendo modelli particolarmente difficili, valuta la possibilità di passare a un materiale di rivestimento più resistente in fosfato legato a caldo, come il Nobilium Microfire. Se usi materiali di rivestimento alternativi, tieni in considerazione le raccomandazioni di combustione del produttore.

Consiglio:

le parti grandi o spesse traggono vantaggio da un investimento più forte. In caso di fusione di parti voluminose, regola il rapporto di acqua nella miscela del materiale di rivestimento. Sciogli l'acido borico (1% del peso dell'acqua) nell'acqua, quindi mescola per aumentare la resistenza dello stampo.

Il workflow per la miscelazione del materiale di rivestimento e per la preparazione dello stampo dipende dal tipo di materiale di rivestimento e dalle dimensioni del cilindro. Segui le istruzioni del produttore del materiale di rivestimento e adatta il piano di combustione in base alle esigenze.

Avvertenza:

Segui le raccomandazioni di sicurezza del produttore del materiale di rivestimento.

1° passaggio: fissaggio di un cilindro di fusione

Unisci un cilindro di fusione alla base del canale di colata. Se il cilindro è perforato, avvolgilo con del nastro da imballaggio trasparente per contenere il materiale di rivestimento.

Fissaggio del cilindro di fusione alla base del canale di colata

2° passaggio: miscelazione del materiale di rivestimento

Miscela il materiale di rivestimento secondo le istruzioni del produttore. Miscela a velocità ridotta finché la polvere non sarà completamente bagnata.

Miscelazione del materiale di rivestimento

3° passaggio: versamento del materiale di rivestimento

Versa lentamente il materiale di rivestimento lungo i lati del cilindro, evitando l'albero di cera. Versando il materiale in modo fluido ridurrai il rischio di intrappolare bolle d'aria. Usa una camera sottovuoto per estrarre eventuali bolle dal cilindro. Lascia che il materiale di rivestimento si indurisca e si asciughi.

Il materiale di rivestimento viene versato nel cilindro

4° passaggio: degasaggio

Degassa secondo le istruzioni del produttore. Mantieni il massimo livello di vuoto per evitare bolle d'aria nella colata.

Degassa secondo le istruzioni del produttore

5° passaggio: lasciare che il cilindro si indurisca per 2-6 ore

Rimuovi con cautela la base in gomma del canale di colata dal cilindro e lasciala indurire in un ambiente privo di vibrazioni per 2-6 ore. Segui le raccomandazioni di sicurezza del produttore del materiale di rivestimento. Formlabs raccomanda di indossare una mascherina protettiva o un respiratore.

Panoramica di combustione

Adatta il procedimento illustrato per sviluppare un piano di combustione adatto all'attrezzatura, alla configurazione e ai materiali.

Piano di combustione standard:

  • Adatto per tutte le fusioni
  • Adatto per alberi di grandi dimensioni
  • Fornisce la massima resistenza possibile del materiale di rivestimento e la combustione completa dei dettagli più piccoli utilizzando Certus Prestige Optima o materiali di rivestimento simili

 

Piano di combustione breve*

  • Adatto per parti piccole o sottili che pesano meno di 1 g ciascuna, con un volume totale del cilindro ridotto (cilindro inferiore a 15,24 cm di altezza)
  • Permette tempi di ciclo più rapidi per geometrie di piccole dimensioni e materiali di rivestimento in grado resistere a un riscaldamento più rapido

* Il programma di combustione breve è stato convalidato con la Castable Wax Resin e la Castable Wax 40 Resin. Con la Castable Resin, usa il piano di combustione standard.

Per consentire pienamente la transizione allo stato gassoso, massimizza il flusso d'aria aggiungendo uno sfiato, tramite ventilazione attiva o svuotando gli stampi mediante soffiatura, se possibile. Idealmente, la dilatazione termica del materiale di rivestimento dovrebbe adattarsi alle caratteristiche di dilatazione termica del materiale per la stampa 3D. Partendo da un procedimento di fusione basato principalmente sull'impiego della cera, modifica il processo in modo da ottenere una fusione di successo.

Consigli per padroneggiare il processo di combustione:

  • Utilizza il programma di combustione consigliato da Formlabs come punto di partenza per la combustione. Adatta il piano di combustione in base alle istruzioni fornite dal produttore del materiale di rivestimento.
  • Regola la velocità della rampa e i tempi di attesa in base alla geometria della parte, al volume totale e alle dimensioni del cilindro. Imposta la temperatura della fase di attesa finale in base alla temperatura di colata del metallo.
  • Calibra il forno periodicamente per permettere un'accurata visualizzazione dei tempi di ciclo e delle temperature.
  • Dopo la fusione, confronta la parte fusa con un modello stampato. Se ti sembra che nella parte fusa manchino alcuni dettagli, probabilmente prima della colata era presente della cenere, rimasta nella cavità del materiale di rivestimento. In questo caso, ricontrolla e modifica i passaggi di combustione.
  • Se il forno dispone di una funzione di aspirazione, impostala alla massima potenza per creare un flusso d'aria maggiore all'interno del forno.
  • Se il forno è pieno di cilindri, il flusso d'aria sarà meno efficace per ciascun cilindro. Collega al forno un generatore di ossigeno per incrementare il flusso d'aria.
  • Imposta al massimo il flusso d'aria e la ventilazione durante la combustione. Modifica il piano di combustione in base alle fluttuazioni di temperatura dovute all'aumento del flusso d'aria.

Fusione

Una foto raffigurante la fusione, con il metallo che viene versato all'interno del materiale di rivestimento

Rimuovi lo stampo dal forno di cottura e cola il metallo. I procedimenti di colata a centrifuga o sottovuoto possono essere utili per riempire più rapidamente lo stampo. Le macchine di colata a centrifuga o sottovuoto, quali ad esempio la Neutec J2R (Stati Uniti) e le serie Indutherm MC (UE) sono semplici da usare e da controllare.

Tempra dopo la fusione

Tempra e rimuovi il cilindro, successivamente lavora le parti fuse.

Compatibilità con metalli preziosi

Formlabs ha testato processi di fusione con oro, argento e bronzo da modelli in Castable Wax 40 Resin e Castable Wax Resin. La compatibilità con i metalli è una proprietà che dipende principalmente dal materiale di rivestimento. Metalli differenti richiedono gradi diversi di resistenza termica del materiale di rivestimento.

Le resine Formlabs per la colata diretta richiedono temperature di almeno 732 °C per completare la combustione. In caso di dubbi riguardo la compatibilità della resina con uno specifico materiale di rivestimento, rivolgiti al produttore per maggiori informazioni.

Risorse addizionali

Scopri di più sulla stampa 3D, sulla progettazione di gioielli e sulla microfusione a cera persa nelle risorse per la gioielleria di Formlabs.

Un ringraziamento speciale a Lars Sögaard Nielsen e alla KEA (scuola di design e tecnologia di Copenaghen) per aver concesso a Formlabs di documentare il loro procedimento di fusione.

Riconoscimenti

Un ringraziamento speciale a Lars Sögaard Nielsen e alla KEA (scuola di design e tecnologia di Copenaghen) per aver concesso a Formlabs di documentare il loro procedimento di fusione.