Wasmicrogieten: Precisie en kosteneffectieve productie ontgrendeld

Verloren was, eenmalige malen creëren precisieproducten met fijner oppervlak

Wat is wasmicrogieten?

Wasmicrogieten, vaak aangeduid als "lost-wax" gieten, gebruikt een verbrandbaar-malenproces om complexe producten met uitzonderlijk fijn oppervlak te creëren. Het is een precisietechniek vanwege de veelzijdigheid die in het malontwerp gecreëerd kan worden. Zandgietpatronen moeten in twee gesplitst worden en hebben interne kernen die binnen een gesloten gesplitste mal ondersteund kunnen worden. Wasmicrogietmalen kunnen in bijna elke vorm gemaakt worden die in was gesneden en gecoat kan worden. Het proces en de malvorming is duurder, maar de geproduceerde producten kunnen complexer en preciezer zijn. Het oppervlak van alle metalen gieterijen reflecteert de materialen waarin ze gegoten worden. Zandgieterijen hebben daarom een bobbelige textuur. Wasmicrogieterijen kunnen uit de mal komen met een gladder afwerking.

Wat zijn veelvoorkomende wasmicrogietproducten?

Wasmicrogietproducten worden vaak operationele onderdelen van precisiemachines. In een automobile is de motorbehuizing bijvoorbeeld zandgegoten. Ventilatoren, nokken en andere onderdelen met complexe vormen, vooral die bewegen en fijn oppervlak nodig hebben, worden vaak wasmicrogegoten.

Wasmicrogieten is ook veelvoorkomend voor gedetailleerde standbeelden, juwelen of andere decoratieve items die zeer fijne details en gladde oppervlakteafwerkingen hebben.

Wasmicrogietproces

Het wasmicrogietproces vereist een verbrandbaar patroon, meestal van was; een keramisch malmateriaal; een oven; en een gietereiproces voor het smelten van metalen en vullen van malen.

Verbrandbare of waspatronen

Een patroon is een exacte replica van het te produceren eindproduct. Opvallend genoeg wordt een patroon gemaakt door een injectiemal — vaak van aluminium of staal — te vullen. Deze malen kunnen gemachineerd, 3D-geprint of zelfs handsneden zijn. Het produceren van elk onderdeel met deze processen zou duurder zijn dan een mal maken en dan overgaan op een gietereiproces. Wasmicrogieten is duurder dan zandgieten, maar nog steeds in staat om op te schalen voor hoog-omzet industriële productie. Eenmaal de injectiemal gecreëerd, kunnen waspatronen snel en in grote hoeveelheden gemaakt worden, omdat ze minimale tijd nodig hebben om af te koelen en te solidificeren.

Patronenassemblages

Eenmaal gevormd, worden waspatronen geassembleerd in een boomstructuur, of gietsysteem, dat meerdere items tegelijkertijd laat gieten. De boomvorm wordt gevormd uit een serie poorten en spruiten, ook van massieve was gemaakt. Deze vaste wastakken zullen uiteindelijk de holle kanalen vormen die het gesmolten metaal dragen om elk eindproduct te vormen. De boomstructuren moeten zorgvuldig geassembleerd worden om kwaliteitsproducten en efficiënte workflows te garanderen. Afhankelijk van de faciliteiten van een locatie en de productgrootte, kunnen veel patronen in dezelfde boom voor bulkproductie geassembleerd worden. Grotere items kunnen ook afzonderlijk gegoten worden.

Keramische "investment" mal

Eenmaal de boomstructuur geassembleerd, wordt deze in een vloeibaar keramisch bad gedoopt. De keramische coating bedekt de hele boom en wordt laten drogen. Deze baden worden meerdere keren herhaald, waarbij elke laag kan uitharden, totdat een dikke mal ontstaat. De boom wordt vervolgens verhit om de was te smelten, die volledig uit de mal afloopt. Eenmaal de was verwijderd, wordt de mal op een hogere temperatuur verhit en gesmolten metaal erin gegoten, vul de holtes die ooit door het waspatroon bezet waren. Het proces van het aanbrengen van de keramische slurry wordt aangeduid als het "investment" aspect van wasmicrogieten.

Malverwijdering

Eenmaal het metaal afgekoold en gesolidificeerd is, wordt de keramische mal weggebroken om de gegoten producten te onthullen. Poorten en spruiten worden vervolgens verwijderd, en eventuele aanvullende afwerkings- of behandelprocedures worden toegepast.

Veelzijdige toepassing

Waspunten kunnen in vrijwel elke vorm gemaakt worden, zonder afvlakking en zonder de kwaliteit van het eindproduct te beïnvloeden.

Wasmicrogieten kan gebruikt worden voor een reeks producten en materialen. Afhankelijk van de gietfaciliteiten van een locatie, kunnen producten zo licht zijn als een fractie van een ons, en tot meer dan duizend pond wegen. Keramische investment-malen zijn ook geschikt voor hoge-temperatuur gietsels.

Veelvoorkomende materialen in wasmicrogieten zijn stalen en andere legeringen gebaseerd op ijzer, aluminium, nikkel, kobalt, titanium en koper. Afhankelijk van de toepassing kan wasmicrogieten geschikt zijn voor zowel korte als lange productielopen, en kan het verschillende honderd producten per keer produceren.

Was- en keramische materialen kunnen tijdens het wasmicrogietproces hergebruikt worden. Gebruikte was wordt opnieuw gegoten in poorten en rizers, en keramische malen kunnen herverwerkt worden voor gebruik in nieuwe malen — typisch de buitenste keramische lagen waar minder precisie vereist is.

Voordelen van wasmicrogieten ten opzichte van zandgieten

Alle gietmethoden bieden veel ontwerpvoordelen: de mogelijkheid om materiaalinput te minimaliseren en structuren te vormen die anders moeilijk te bereiken zouden zijn zonder significante bewerking of assemblage.

Een kernvoordeel van wasmicrogieten is echter de veelzijdigheid van de mal. Omdat de mal verbrandbaar is, en waspatronen onopvallend in vloeibare vorm verwijderd kunnen worden, hebben fabricanten een uitzonderlijke vrijheid bij het ontwerpen van wasmicrogietproducten. Wasmicrogieten biedt veel meer complexe ontwerpmogelijkheden dan de meeste andere mal- en gietmethoden.

Wasmicrogieten versus zandgieten

Zandgieten is een andere effectieve gietmethode die zand gebruikt om eenmalige malen te vormen. Het is de meest gebruikte gietmethode in Noord-Amerika, maar er zijn verschillende belangrijke verschillen.

Bij het selecteren van de beste gietmethode voor een project, overweeg het volgende:

• Zandmalen moeten uiteengetrokken worden om een patroon te verwijderen voor het gieten. Om een goede mal te garanderen, moet een patroon ontworpen worden met afvlakking (drafts) om wrijving te minimaliseren — en om te voorkomen dat de zandmal ontwricht wordt — wanneer de secties gesplitst worden. Omdat zandmalen uit twee stukken bestaan, zal het eindproduct altijd een scheidingslijn hebben, die na afkoeling mogelijk weggeslepen moet worden.
• Zandgietmalen kunnen eenvoudig aangepast worden om ontwerpwijzigingen te accommoderen. Dit geeft een ingenieur de vrijheid om onderdelen snel en gemakkelijk te wijzigen na testen.
• Interne holtes kunnen ook een uitdaging zijn voor zandgieten, die afhankelijk zijn van kernen. Een kern is een voorgevormde vorm die in een mal geplaatst wordt om het interieur van het deel te vormen dat niet in contact is met het maloppervlak. Afhankelijk van de vorm en complexiteit van een kern — die een enkel onderdeel of een assemblage van meerdere kernen kan zijn — kan het tijdrovend zijn om te vormen en in een mal te bevestigen.
• Bij zandgieten worden nieuwe gieterijen sneller geproduceerd dan bij wasmicrogieten door de herbruikbaarheid van het patroon.
• Het is ook de moeite waard op te merken dat zandmalen, zelfs met synthetische additieven en hoge compactie, de hardheid van keramiek niet kunnen bereiken. Als gevolg hebben zandgegoten oppervlakken vaak hogere tolerantiën en vereisen machineslepen om een afgewerkt oppervlak te bereiken.
• Zandgieten kan metalen componenten van alle formaten en gewichten produceren, terwijl wasmicrogieten vereist dat de eindstukken minder dan 100 pond wegen.
• Bij wasmicrogieten kunnen waspatronen in vrijwel elke vorm gemaakt worden.
• Keramische malen zijn ook erg hard, wat gladde oppervlakken met lage tolerantiën creëert — vaak met zeer dunne wanden. Eenmaal poorten en spruiten verwijderd, vereisen veel producten geen extra arbeid voor behandeling of afwerking.
• Bij wasmicrogieten kunnen waspatronen in vrijwel elke vorm gemaakt worden — zonder afvlakking en zonder de kwaliteit van het eindproduct te beïnvloeden.
• Keramische malen zijn ook erg hard, wat gladde oppervlakken met lage tolerantiën creëert — vaak met zeer dunne wanden. Eenmaal poorten en spruiten verwijderd, vereisen veel producten geen extra arbeid voor behandeling of afwerking.

Een wasmicrogietproject plannen

Het bepalen van de beste productiemethode hangt van een reeks factoren af. Hier zijn een paar dingen om te overwegen met uw productie-ontwerpprofessionals:

• Eindproducttype: Wat is de gewenste grootte en vorm van het product? Verschillende gietmethoden zijn beter geschikt voor bepaalde afmetingen, en ze beïnvloeden ook de hoeveelheid bewerking die nodig is om de eindafmetingen te bereiken.
• Hoeveelheid: Bij hoeveelheden is het best zo ver mogelijk vooruit te kijken. Wat in de korte termijn economischer lijkt, kan op de lange termijn duurder uitvallen als meerdere batches gepland worden. Een grotere initiële investering in gereedschappen en malen kan vaak geld besparen op de lange termijn. Kortlopende of eenmalige producties vereisen echter niet dezelfde investering.
• Tolerantiën: Hoe precies moeten uw afmetingen zijn? Minimale tolerantiën kunnen vaak bereikt worden met wasmicrogieten, vooral voor producten met zeer dunne wanden.
• Mechanische toepassing: Gieten kan de hoeveelheid assemblage voor mechanische toepassingen verminderen — vaak tijd en arbeid besparend op de lange termijn.
• Materiaaleisen: Keramische malen in wasmicrogieten zijn geschikt voor een breed scala aan materialen, inclusief staal- en ijzerlegeringen gegoten bij hoge temperaturen.
• Na-productie: Net als bij andere vormgevingsmethoden kunnen wasmicrogietproducten, afhankelijk van hun eindtoepassing, verschillende warmtebehandelingen of andere oppervlakteafwerkingen ondergaan indien vereist.

Wasmicrogietgieterijen

De meeste gieterijen die wasmicrogieterijen produceren, bieden niet noodzakelijk andere gietproductiemethoden aan, maar specialiseren zich in een enkele gietereiproductiemethode. Er bestaan significante verschillen tussen productiemethoden zoals zandgieten vs. wasmicrogieten, wat het onwaarschijnlijk maakt dat een enkel bedrijf de infrastructuur heeft om meer dan één malproductiemethode aan te bieden.

Het is normaal dat wasmicrogieterijen meer kosten dan gieterijen geproduceerd met andere, eenvoudigere methoden zoals zandgieten. De behaalde voordelen — inclusief complexiteit, betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid, oppervlakteafwerking en anderen — maken de kostenverschillen echter meer dan wettig.

Het is belangrijk de ontwerpparameters van de gieterij die u ontwerpt of probeert te kopen, echt te begrijpen. Als wasmicrogieterijen een net-shape onderdeel zonder bewerking kunnen bieden, maar een zandgieterij bewerkt moet worden, kan de additionele kosten voor wasmicrogieten gerechtvaardigd zijn.

Bronnen

• Grote, Karl-Heinrich en Erik K. Antonsson. Springer Handbook of Mechanical Engineering, Volume 10. Pasadena, CA: Springer Science & Business Media, 2009.
• Hunt, L.B. "The Long History of Lost Wax Casting: Over Five Thousand Years of Art and Craftmanship." Gold Bulletin. Juni 1980, Volume 13, Issue 2, pp 63-79.
• Rundman, Karl B. Metal Casting (Reference Book for MY4130). Michigan Tech. University: Department of Materials Science and Engineering.