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Introduction to casting with Formlabs resins

Introduction to casting with Formlabs resins

直接熔模铸造(或称失蜡铸造)是一种常见的模具制作技术,可用来制作各种金属材质大小不一的部件。这项工艺已有超过 5000 年历史,能支持多种材料加工,也是制作金属部件最简单的方法之一。

在熔模铸造中,先通过手工雕刻或 3D 打印制作母模。将母模浸入耐高温的铸造材料(铸粉)中,待其干燥硬化。加热将蜡模或 3D 打印树脂模烧失,形成中空型腔。向型腔中浇注金属,冷却后得到最终零件。

用 Castable Wax Resin 打印的戒指(左)和用 Castable Resin 打印的戒指(右)

选择铸造树脂时,应综合考虑不同材料的铸造性能。对于较小的部件或细工丝线,建议选用 Castable Wax Resin。对于轻奢型至奢华型珠宝或小型工程组件,建议选用 True Cast Resin。对于大型熔模铸造,建议选用 Clear Cast Resin。

Formlabs 浇铸树脂的适用范围

3D 打印件在浇铸和铸造前应彻底清洗干燥,并在燃尽过程中遵循包埋料制造商的说明。

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浇道部件

彻底干燥的浇道部件。添加蜡浇道和浇口到部件上,过程与脱蜡铸造类似。若打印的部件难以添加浇道,则使用环氧或强力胶将打印部件粘到蜡浇道上。

将打印部件粘到浇道上

使用粘性浇道蜡,将后处理完成的打印件固定在主蜡浇道上。熔化蜡材,让每个打印模型与进料浇道之间形成平滑连接(上图使用 Castable Wax Resin V1 打印)。

使用蜡浇道作为主浇道和大的次浇道。设计并打印次浇道从主浇道分支出来的细节,作为模型的一部分。

最佳的浇道定位取决于部件的形状。将较厚的部件放在浇道树的底部,较薄的部件放在顶部。

3D 打印模型在浇道树上的分隔距离要比一般蜡造模型在更远。在部件之间的缺口添加更多的包埋料可以帮助抵受热膨胀。

有关创建浇铸树的提示

  • 使用蜡浇道作为主浇道和大的次浇道。设计并打印次浇道从主浇道分支出来的细节,作为模型的一部分。
  • 最佳的浇道定位取决于部件的形状。将较厚的部件放在浇道树的底部,较薄的部件放在顶部。
  • 3D 打印模型在浇道树上的分隔距离要比一般蜡造模型在更远。在部件之间的缺口添加更多的包埋料可以帮助抵受热膨胀。
  • 若使用蜡造浇道,浇道越厚越好,然后将浇道放在模型最厚的部分(在不影响设计的情况下)。
  • 打印的浇道直径需与相连部件的横断面(甚至其在铸造过程中膨胀的情况下)相匹配。
  • 无论是使用蜡造浇道,还是直接将浇道打印在部件上,放置浇道时应该考虑如何最快速输送材料。铸模里的气流路径也应该越短越好。树脂量少的小型浇道树燃尽更加容易。
  • Formlabs 不建议对 Castable Wax 40 Resin 模型使用“铸造屏障”膜。铸造隔离膜可能会阻碍树脂在加热过程中正常脱蜡。
  • 若有可能,请将较厚的部件挖空。请参阅白皮书珠宝 3D 打印:基本设计参数、支撑和定向 [EN]。为设计模型添加通气孔,以确保燃烧过程中有足够的气流。但添加浇道前使用蜡将孔洞关上,避免包埋料流入模型中。

准备包埋料和模具

对于 Castable Wax 40 Resin 和 Castable Wax Resin,Formlabs 建议使用 Certus Prestige Optima 饰品包埋材料。Castable Wax 40 Resin 对铸粉材料的兼容性更广。如果铸造特别难做的设计,建议改用强度更高的磷酸盐结合铸粉,例如 Nobilium Microfire。使用其他品牌铸粉时,请遵循厂家提供的脱蜡 / 烧失参数。

提示:

强度大的包埋料适用于较大或较厚的部件。铸造大型部件时,调节包埋料的水分比例。先在蒸馏水中溶入硼酸(水重量的 1%),然后再加入包埋粉进行混合,以提高模具强度。

混合包埋料和准备铸模的流程取决于包埋料类型和烧瓶大小。按照包埋料制造商的说明,根据需要调整燃尽时间表。

警告:

遵守包埋料制造商的安全建议。

第 1 步:连接铸造瓶

将铸造铸圈安装到浇道底座上。如果烧瓶有穿孔,请使用透明包装胶带将烧瓶密包起来,以盛载包埋料。

将铸造瓶连接到浇道底座上

第 2 步:混合包埋料

根据制造商的说明混合包埋料。慢速混和直至粉末完全浸湿。

混合包埋料

第 3 步:注入包埋料

沿铸造瓶的一侧缓慢注入包埋料,避开模型树。平稳注入可减少气泡产生。使用真空箱抽出铸圈内的气泡。等待铸粉硬化干燥。

将包埋料从铸造瓶边缘注入

第 4 步:脱气

根据制造商的说明进行脱气。尽量保持最高的真空度,以防铸模内出现气泡。

根据制造商的说明进行脱气

第 5 步:将烧瓶静置 2-6 小时

小心地从烧瓶移除橡胶浇道基底,将烧瓶放置于一个无震动的环境下 2 至 6 个小时。请遵守包埋料生产商的安全建议。Formlabs 建议佩戴防尘口罩或面罩。

燃尽过程概览

调整燃尽过程,以制定适用于单个设备、设置和材料的燃尽时间表。

标准燃尽时间表:

  • 适用于所有铸模
  • 适用于较大的浇道树
  • 通过使用 Certus Prestige Optima 或类似的包埋料,实现最大的包埋料强度和彻底的燃尽过程。

 

较短的燃尽时间表:*

  • 适用于薄或小(每件在 1 克以内)和铸造瓶总容量小(铸造瓶小于 6 英寸或 15.24 cm 高)的部件。
  • 为体型小和能承受高速加温的包埋料提供短期周期。

* 较短的燃尽时间表已通过 Castable Wax Resin 和 Castable Wax 40 Resin 进行验证。若使用 Castable Resin,请使用标准燃尽时间表。

为了充分实现气化,可增强通风性、主动换气,或在可能的情况下吹出模具,最大限度地增加气流。理想情况下,包埋料的热膨胀应切合 3D 打印材料的热膨胀。要从主要基于蜡的铸造工艺过渡,需要对工艺进行相应的调整,以成功铸造。

有关掌控燃烧过程的提示:

  • 使用 Formlabs 推荐的燃尽时间表开始燃尽流程。根据包埋料制造商的指示调整燃尽时间表。
  • 根据部件的形状、总体积和烧瓶的大小,调整变温率和保持恒温的时间。并根据金属的铸造温度,调整最后的恒定温度。
  • 定期校准烘箱,使周期时间和温度可以准确显示。
  • 铸造完成后,比较铸造的部件和打印的模型。若铸造的部件缺少部分细节,有可能是因为灰分残留在模穴里。这种情况下,请检查和调整燃尽流程的步骤。
  • 若烘箱顶部有抽吸力,将其强度调至最大,以增大烘箱气流量。
  • 若烘箱装满了烧瓶,每个烧瓶的有效气流量就会减少。将氧气发生器连接到烘箱,以增加气流。
  • 将燃尽过程中的气流量和通风性增至最大。根据气流量增大而导致的温度变化调整燃烧时间表。

铸造

图示烧结过程中将金属倒入包埋料

将铸型从炉中取出,进行浇注金属。离心或真空铸造过程有助于快速填满模具。离心或真空铸造机,如 Neutec J2R(美国)和 Indutherm MC 系列(欧盟),使用简单,高度可控。

铸造后淬火

对烧瓶进行淬火、剥落,然后对铸件进行加工。

贵金属适配性

Formlabs 已对使用 Castable Wax 40 Resin 和 Castable Wax Resin 模型铸造的金、银和铜铸件进行了测试。金属适配性主要取决于铸粉材料。不同金属对铸粉的耐高温性能要求不同。

Formlabs 直接铸造树脂需至少 732°C 才能完全烧失。如不确定树脂与特定铸粉的兼容性,请咨询厂家。

其他资源

参阅 Formlabs 珠宝资源进一步了解 3D 打印、珠宝设计和铸造过程。

特别鸣谢 Lars Sögaard Nielsen 和 KEA (Copenhagen School of Design and Technology) 让 Formlabs 记录他们的铸造过程。

鸣谢

特别鸣谢 Lars Sögaard Nielsen 和 KEA (Copenhagen School of Design and Technology) 让 Formlabs 记录他们的铸造过程。