Proč u 3D tisku šperků záleží na nízkém obsahu popela ve vosku

Při hodnocení voskového modelu se nejčastěji soustředíme na povrch, rozměrovou přesnost a zachování jemných detailů. Pro výsledný odlitek je však stejně důležité, co se s materiálem stane uvnitř investiční formy během vypalování.

Modelový vosk musí při správně nastaveném cyklu formu opustit s minimem popelových a uhlíkových zbytků. Pokud v jemných detailech nebo dutinách materiál zůstane, může ovlivnit povrch formy a následně také kvalitu kovového odlitku.

Jak funguje lití na ztracený vosk

Voskový 3D tisk vytváří model, který odpovídá budoucímu kovovému výrobku. Po vytištění a odstranění podpůrného materiálu se model připojí k vtokové soustavě a zalije investiční hmotou.

Po vytvrdnutí investiční hmoty následuje vypalovací cyklus. Během něj se vosk nejprve zahřívá, měkne a odtéká z formy. Zbývající materiál se při vyšších teplotách tepelně rozkládá a odstraňuje.

Po dokončení cyklu vznikne dutina, do které se nalije roztavený kov. Povrch této dutiny nese negativní otisk původního voskového modelu.

Výsledek proto ovlivňují všechny předcházející kroky:

• kvalita vytištěného modelu,
• odstranění podpůrného vosku,
• konstrukce vtokové soustavy,
• příprava investiční hmoty,
• vysušení formy,
• průběh vypalovacího cyklu,
• odstranění zbytků modelového materiálu,
• teplota formy a kovu při odlévání.

Co znamená čistě vypalitelný vosk

Označení „čistě vypalitelný vosk“ popisuje materiál navržený tak, aby při doporučeném vypalovacím cyklu zanechal v investiční formě co nejméně zbytků.

Neznamená to, že materiál v každých podmínkách zmizí absolutně beze stopy. Výsledek závisí nejen na jeho složení, ale také na geometrii modelu, množství vosku ve formě, přístupu vzduchu a průběhu ohřevu.

Pro čisté vypálení jsou důležité zejména:

• nízký obsah popela,
• předvídatelné tání a odtékání,
• kontrolovaný tepelný rozklad,
• vhodný vypalovací cyklus,
• dostatečné odvětrání pece,
• správná příprava investiční formy.

Teprve jejich kombinace vytváří podmínky pro čistou dutinu připravenou k odlévání.

Co je obsah popela

Obsah popela udává množství anorganických zbytků, které zůstanou po spálení definovaného množství materiálu za podmínek stanovených konkrétní zkušební metodou.

Hodnota je obvykle vyjádřena jako procento původní hmotnosti. Čím je nižší, tím menší množství pevných zbytků může materiál po správném vypálení zanechat.

Nejde však o údaj, který lze porovnávat bez znalosti zkušebních podmínek. Při hodnocení je vhodné zjistit:

• podle jaké metody byl obsah popela stanoven,
• zda jde o deklaraci výrobce, nebo nezávislé měření,
• zda se hodnota vztahuje ke konkrétnímu typu vosku,
• zda je k dispozici technický list nebo zkušební protokol.

Pro profesionální výrobu je bezpečnější pracovat s doloženou hodnotou než s obecným označením „bezpopelový vosk“.

Jak mohou zbytky ovlivnit odlitek

Popelové nebo uhlíkové zbytky mohou zůstat na povrchu investiční formy nebo v obtížně odvětratelných dutinách. Největší význam mají u modelů s velmi jemnými a hlubokými detaily.

Mohou přispět například k:

• lokálně hrubšímu povrchu,
• zhoršené reprodukci drobných textur,
• nečistotám v úzkých dutinách,
• povrchovým důlkům,
• nutnosti rozsáhlejšího dokončování odlitku.

Samotná přítomnost těchto vad ale nedokazuje, že je způsobil vosk. Podobný vzhled mohou mít také vady vzniklé nesprávným namícháním investiční hmoty, vzduchovými bublinami, nevhodným vypalováním nebo průběhem odlévání.

Příčinu je proto potřeba určit systematickou kontrolou celého procesu.

Proč nelze hodnotit pouze povrch výtisku

Voskový model může mít velmi hladký povrch a ostré detaily, ale přesto nemusí být optimální pro přesné lití. Materiály se mohou lišit tepelnou roztažností, obsahem plniv i množstvím zbytků po vypálení.

Při výběru vosku je proto potřeba hodnotit dvě samostatné skupiny vlastností.

Vlastnosti při tisku

• reprodukci jemných detailů,
• kvalitu povrchu,
• rozměrovou stabilitu,
• mechanickou odolnost modelu,
• odstranění podpůrného materiálu,
• opakovatelnost výroby.

Vlastnosti při vypalování

• obsah popela,
• bod tání a měknutí,
• tepelnou roztažnost,
• průběh odtékání z formy,
• doporučený vypalovací cyklus,
• kompatibilitu s investiční hmotou.

Kvalitní materiál musí vyhovovat oběma částem procesu.

Červený modelový vosk Flashforge

Pro WaxJet tiskárny používá Flashforge červený modelový vosk FFWJ1200. Výrobce u něj uvádí složení ze 100% vosku a obsah popela nižší než 0,01 % podle zkušební metody GB/T 14235.3.

Mezi deklarované vlastnosti patří:

• bod tání 68 °C,
• bod měknutí 63 °C,
• objemové smrštění 1,1 %,
• lineární smrštění 0,7 %,
• obsah popela nižší než 0,01 %,
• použití pro přesné lití.

Tyto hodnoty představují vlastnosti samotného materiálu. Neurčují však univerzální vypalovací teplotu ani celý technologický postup.

Konkrétní cyklus je potřeba přizpůsobit použité investiční hmotě, velikosti formy, množství vosku a doporučení dodavatelů jednotlivých materiálů.

Proč nelze určit jednu teplotu vypalování

Vypalování není jediný okamžik, při kterém vosk náhle zmizí. Jde o řízený cyklus složený z několika teplotních fází a časových výdrží.

Jeho průběh ovlivňuje:

• typ investiční hmoty,
• velikost a průměr formy,
• množství voskových modelů,
• tloušťka jednotlivých dílů,
• konstrukce licího stromku,
• výkon a odvětrání pece,
• požadovaná teplota formy před litím.

Příliš rychlý ohřev může zatížit investiční formu a zvýšit riziko jejího poškození. Nedostatečná teplota nebo krátká výdrž naopak nemusí zajistit úplné odstranění modelového materiálu.

Proto není vhodné přebírat jednu obecnou hodnotu, například 700 °C, pro všechny materiály a všechny formy. Vždy je potřeba dodržet doporučený cyklus konkrétní investiční hmoty a vosku.

Modelový a podpůrný vosk

WaxJet tiskárna během výroby používá modelový a podpůrný vosk. Každý z těchto materiálů má jinou funkci.

Modelový vosk vytváří budoucí tvar šperku a zůstává součástí modelu až do vypalování. Podpůrný vosk drží převisy, dutiny a jemné konstrukce během tisku, ale před vytvořením investiční formy musí být řádně odstraněn.

Zbytky podpůrného materiálu mohou ovlivnit povrch modelu nebo vyplnit jemné dutiny. Před sestavením licího stromku je proto potřeba zkontrolovat:

• malé otvory,
• hluboké rytiny,
• vnitřní kanálky,
• prostor mezi krapnami,
• prolamované konstrukce,
• lůžka kamenů.

Čistota modelu před zalitím investiční hmotou je stejně důležitá jako nízký obsah popela modelového vosku.

Vosk a odlévatelné pryskyřice

Nelze obecně říci, že vosk je vždy lepší než odlévatelná pryskyřice. Obě skupiny materiálů mají různé vlastnosti a liší se také jednotlivé výrobky uvnitř každé skupiny.

Vosk zpravidla měkne a odtéká při nižších teplotách. Některé odlévatelné pryskyřice mohou před rozkladem více tepelně expandovat, a tím zatěžovat investiční formu. Moderní pryskyřice navržené pro šperkařské lití však mohou při správném cyklu poskytovat velmi dobré výsledky.

Při porovnávání je vhodné sledovat:

• obsah popela,
• tepelnou roztažnost,
• doporučenou investiční hmotu,
• délku a maximální teplotu cyklu,
• požadavky na následné vytvrzení,
• pevnost modelu,
• reprodukci jemných detailů,
• výsledky skutečných odlévacích zkoušek.

Rozhodující není pouze název materiálu, ale ověřený proces jako celek.

Jak ověřit čistotu vypálení

Před zahájením sériové výroby je vhodné provést zkušební vypálení a odlití. Test by měl obsahovat geometrii odpovídající běžné produkci.

Pro zkoušku lze použít model s:

• jemnou rytinou,
• různě hlubokými dutinami,
• malými otvory,
• tenkými stěnami,
• lůžky kamenů,
• hladkými plochami,
• prolamovanými částmi.

Po vypalování je možné na testovací formě sledovat přítomnost viditelných zbytků nebo znečištění. Nejdůležitější informace však poskytne výsledný odlitek a jeho porovnání s původním voskovým modelem.

Pro spolehlivé hodnocení je potřeba zopakovat zkoušku v několika výrobních dávkách a zaznamenat:

• šarži modelového vosku,
• použitou investiční hmotu,
• dobu jejího zpracování,
• vypalovací cyklus,
• zatížení pece,
• teplotu formy při lití,
• použitou slitinu,
• výsledek odlití.

Tak lze určit, zda případná změna vzniká při tisku, vypalování, nebo samotném odlévání.

Nejčastější příčiny problémů

Pokud odlitek vykazuje vady, je vhodné rozdělit kontrolu do několika oblastí.

Hrubý povrch

Možné příčiny zahrnují nekvalitní povrch modelu, zbytky podpor, bubliny v investiční hmotě, nevhodný poměr vody a prášku, poškození formy nebo nedostatečné vypálení.

Povrchové důlky

Mohou souviset s nečistotami ve formě, vzduchovými bublinami, zbytky materiálu, reakcí slitiny s formou nebo nevhodnými licími podmínkami.

Nedolití

Nejčastěji je potřeba prověřit vtokovou soustavu, teplotu kovu a formy, schopnost kovu vyplnit jemnou geometrii a zvolený způsob lití. Zbytky ve formě mohou být jednou z příčin, nikoliv však automatickým vysvětlením.

Ztráta jemných detailů

Příčina může vzniknout už v CAD modelu, při tisku, odstranění podpor, přípravě investiční hmoty, vypalování nebo následném odlévání.

Jak vybrat vosk pro přesné lití

Před výběrem materiálu si ověřte:

• zda výrobce uvádí obsah popela,
• podle jaké metody byl změřen,
• zda je dostupný technický list,
• jaký je bod tání a měknutí,
• jaké smrštění výrobce deklaruje,
• zda je vosk určen pro konkrétní tiskárnu,
• jak se odstraňuje podpůrný materiál,
• jaký vypalovací cyklus je doporučen,
• zda je materiál ověřený s používanou investiční hmotou,
• zda je možné získat testovací model nebo odlitek.

Samotné označení „čistě vypalitelný“ bez technických údajů neposkytuje dostatek informací pro profesionální výrobu.

WaxJet pro výrobu voskových modelů

Červený modelový vosk FFWJ1200 používají tiskárny Flashforge WaxJet WJ51C a WJ530. Obě zařízení vytvářejí modely přímo z vosku a používají samostatný rozpustný podpůrný materiál.

WaxJet WJ51C je určený především pro menší šperkařské dílny, návrháře a výrobu menších dávek. WaxJet WJ530 nabízí větší pracovní prostor a vyšší kapacitu pro pravidelnou a sériovou produkci.

Volba zařízení závisí na požadovaném objemu výroby. Pro výsledné odlévání je však u obou modelů důležitá správná práce s voskem, úplné odstranění podpor a odladěný vypalovací cyklus.

Závěr

Nízký obsah popela pomáhá omezit množství pevných zbytků, které mohou po vypalování zůstat v investiční formě. Jde o důležitou vlastnost modelového vosku, nikoliv však o jedinou podmínku kvalitního odlitku.

Výsledek vzniká kombinací přesného tisku, čistého modelu, správně připravené investiční formy, vhodného vypalovacího cyklu a zvládnutého odlévání.

Pokud chcete ověřit kvalitu voskových modelů Flashforge ve vlastním výrobním postupu, pošlete nám svoje tisková data. Připravíme testovací model, na kterém můžete posoudit zachování detailů, odstranění podpor i chování při vypalování a odlévání.