Odlewanie metali szlachetnych w systemie zamkniętym. Technologia nadciśnieniowo-podciśnieniowa

Odlewanie jest jednym z najważniejszych etapów produkcji biżuterii. To właśnie w tym momencie przygotowany wcześniej model, najczęściej wykonany z wosku lub specjalnego materiału do druku 3D, zostaje odwzorowany w metalu szlachetnym. W naszej pracowni do wykonywania odlewów wykorzystujemy technologię odlewania w systemie zamkniętym, wykorzystującą jednocześnie podciśnienie oraz nadciśnienie.

Proces realizujemy przy użyciu dwóch profesjonalnych odlewarek próżniowo-ciśnieniowych: Agatronic K firmy Argenta oraz Schultheiss VPC-40. Oba urządzenia przeznaczone są do wykonywania precyzyjnych odlewów jubilerskich metodą traconego wosku i pozwalają na kontrolowane prowadzenie procesu topienia oraz odlewania metali szlachetnych w zamkniętym układzie.

Posiadanie dwóch niezależnych systemów odlewniczych pozwala nam również elastycznie dobierać technologię i parametry do rodzaju wykonywanego stopu, wielkości kuwety, charakteru odlewanego modelu oraz konkretnego zlecenia.

Kluczowym elementem tej technologii jest wykorzystanie różnicy ciśnień.

W tradycyjnym odlewaniu próżniowym podciśnienie pomaga ciekłemu metalowi wypełnić przestrzenie znajdujące się wewnątrz formy odlewniczej. W systemie podciśnieniowo-nadciśnieniowym proces jest dodatkowo wspomagany ciśnieniem działającym na ciekły metal.

W praktyce oznacza to, że z jednej strony układu wytwarzane jest podciśnienie, natomiast z drugiej strony ciekły metal poddawany jest działaniu nadciśnienia. Powstająca w ten sposób różnica ciśnień zdecydowanie ułatwia przepływ metalu przez kanały doprowadzające oraz wypełnianie nawet niewielkich przestrzeni formy.

Technologia vacuum-pressure została opracowana właśnie po to, aby zwiększyć skuteczność wypełniania form, szczególnie przy odlewaniu elementów filigranowych, cienkościennych oraz posiadających skomplikowaną geometrię.

Zarówno Agatronic K, jak i Schultheiss VPC-40 wykorzystują zaawansowaną technologię odlewania próżniowo-ciśnieniowego, dzięki której możliwe jest dokładne kontrolowanie warunków, w jakich ciekły metal trafia do przygotowanej wcześniej formy.

Sam moment zalewania kuwety ciekłym metalem jest jedynie jednym z etapów znacznie dłuższego procesu technologicznego.

Wszystko rozpoczyna się od przygotowania odpowiedniego modelu biżuterii. Może być nim klasyczny model woskowy wykonany przy wykorzystaniu formy wtryskowej lub precyzyjny wydruk 3D przygotowany na podstawie projektu komputerowego.

Poszczególne elementy umieszczane są następnie na systemie kanałów wlewowych, tworząc tzw. choinkę odlewniczą. Jej prawidłowa konstrukcja ma ogromne znaczenie dla późniejszego przepływu ciekłego metalu oraz sposobu jego krzepnięcia.

Gotowa choinka zostaje umieszczona w metalowej kuwecie i zalana specjalistyczną masą odlewniczą.

Masa musi bardzo dokładnie odwzorować powierzchnię modeli. Dlatego etap przygotowania masy, jej mieszania oraz odpowietrzania ma bezpośredni wpływ na jakość powierzchni późniejszego odlewu.

Po związaniu masy kuweta trafia do pieca.

Podczas kontrolowanego procesu wygrzewania wosk lub odpowiedni materiał wykorzystywany do wykonania modeli zostaje usunięty z wnętrza masy.

Pozostaje pusta przestrzeń będąca negatywem przyszłej biżuterii.

Proces wypalania musi zostać odpowiednio dopasowany między innymi do rodzaju zastosowanej masy, wielkości kuwety oraz materiału, z którego wykonane były modele.

Prawidłowo przygotowana i wypalona kuweta jest jednym z podstawowych warunków uzyskania dobrej jakości odlewu.

Kiedy kuweta jest przygotowana, kolejnym etapem jest przygotowanie odpowiedniej ilości stopu.

W przypadku biżuterii najczęściej pracujemy na określonych stopach metali szlachetnych, takich jak między innymi:

Istotna jest nie tylko masa materiału, ale również jego skład, czystość oraz właściwości konkretnego stopu.

Nie istnieje jedna uniwersalna temperatura odlewania odpowiednia dla każdego rodzaju złota czy srebra. Parametry procesu dobiera się do konkretnego stopu, jego składu, wielkości odlewu, konstrukcji choinki, temperatury kuwety oraz geometrii wykonywanej biżuterii.

Właśnie możliwość precyzyjnego dobierania i powtarzania parametrów jest jedną z największych zalet profesjonalnych systemów odlewniczych, takich jak Agatronic K i Schultheiss VPC-40.

Jedną z najważniejszych zalet nowoczesnych systemów odlewniczych jest indukcyjne topienie metalu.

W przypadku Agatronic K zastosowano potężny generator indukcyjny umożliwiający szybkie i kontrolowane topienie metalu. Pole elektromagnetyczne oddziałujące na układ topienia powoduje również ruch ciekłego stopu.

Podobną ideę kontrolowanego, profesjonalnego topienia stosuje się w systemach odlewniczych klasy Schultheiss VPC, przeznaczonych do wykonywania wymagających odlewów metali szlachetnych.

W przeciwieństwie do klasycznego ogrzewania oporowego energia w systemie indukcyjnym przekazywana jest bardzo efektywnie do układu topienia i znajdującego się w nim metalu.

Mieszanie indukcyjne pomaga w ujednoliceniu składu stopu bez konieczności mechanicznego mieszania ciekłego metalu.

Ma to szczególne znaczenie podczas przygotowywania stopów jubilerskich, gdzie zależy nam na możliwie równomiernym rozmieszczeniu wszystkich składników stopowych.

Podczas topienia metalu jednym z czynników mogących wpływać na późniejszą jakość odlewu jest kontakt ciekłego stopu z atmosferą.

Dlatego profesjonalne systemy odlewnicze umożliwiają prowadzenie procesu w kontrolowanych warunkach, między innymi z wykorzystaniem gazu ochronnego, takiego jak argon.

Odpowiednio kontrolowana atmosfera pomaga ograniczyć niekorzystne reakcje ciekłego metalu z otoczeniem oraz zapewnia lepszą kontrolę nad procesem topienia i odlewania.

Ma to szczególne znaczenie w przypadku stopów zawierających składniki podatne na utlenianie w wysokiej temperaturze.

Po osiągnięciu odpowiednich parametrów ciekły metal zostaje uwolniony z układu topienia i zaczyna przepływać do przygotowanej wcześniej, rozgrzanej kuwety.

I właśnie w tym miejscu ujawnia się największa zaleta technologii vacuum-pressure.

System nie opiera się wyłącznie na grawitacyjnym przepływie metalu.

Podciśnienie pomaga w odpowiednim przygotowaniu przestrzeni formy oraz wspomaga przepływ metalu, natomiast nadciśnienie działające od strony ciekłego stopu dodatkowo wymusza jego przepływ do wnętrza formy.

Powstająca różnica ciśnień pomaga metalowi dotrzeć również do bardzo małych i trudno dostępnych fragmentów modelu.

Wykorzystywana przez nas technologia pozwala więc wykorzystać połączenie próżni oraz ciśnienia do skutecznego wypełniania formy ciekłym złotem, srebrem lub innym stopem jubilerskim.

Jest to szczególnie istotne przy produkcji nowoczesnej biżuterii, w której coraz częściej występują bardzo drobne elementy, cienkie ścianki oraz skomplikowane struktury powstające wcześniej w procesie projektowania 3D.

W przypadku prostej, masywnej biżuterii samo wypełnienie formy zwykle nie stanowi największego wyzwania.

Sytuacja wygląda inaczej w przypadku bardzo drobnych elementów, takich jak:

Ciekły metal zaczyna tracić temperaturę natychmiast po rozpoczęciu zalewania. Im cieńszy kanał lub fragment biżuterii, tym szybciej może rozpocząć się jego krzepnięcie.

Dodatkowa siła wynikająca z różnicy ciśnień pozwala skuteczniej przeprowadzić ciekły metal przez takie obszary, zanim nastąpi jego całkowite zestalenie.

Właśnie dlatego profesjonalne odlewarki vacuum-pressure, takie jak wykorzystywane w naszej pracowni, znajdują zastosowanie w produkcji precyzyjnej biżuterii o skomplikowanych kształtach.

Srebro jest jednym z najczęściej wykorzystywanych przez nas metali.

W przypadku odlewania srebra próby 925 bardzo ważne jest właściwe połączenie szeregu parametrów:

temperatury ciekłego stopu, temperatury kuwety, konstrukcji kanałów wlewowych, ilości metalu, parametrów próżni i ciśnienia oraz późniejszego procesu chłodzenia.

Srebro bardzo dobrze przewodzi ciepło, dlatego właściwe zarządzanie temperaturą podczas wypełniania i krzepnięcia odlewu ma szczególne znaczenie.

Technologia podciśnieniowo-nadciśnieniowa pozwala wykonywać zarówno większe serie odlewów, jak również drobną i znacznie bardziej wymagającą biżuterię.

Możliwość wykorzystania dwóch niezależnych systemów odlewniczych daje nam również większą elastyczność przy realizacji zarówno pojedynczych zamówień, jak i większych serii produkcyjnych.

Podobną technologię wykorzystujemy w przypadku złota.

W zależności od wykonywanego produktu może to być między innymi złoto próby 585 lub 750.

Poszczególne stopy złota znacząco różnią się jednak właściwościami. Na zachowanie ciekłego metalu wpływa nie tylko zawartość czystego złota, ale również skład zastosowanej ligury.

Dlatego parametry dla złota dobieramy indywidualnie do wykorzystywanego stopu i konkretnej konstrukcji odlewu.

W przypadku bardzo drobnej biżuterii właściwe połączenie temperatury, podciśnienia oraz nadciśnienia pozwala uzyskać dokładne odwzorowanie geometrii zaprojektowanego elementu.

Po wypełnieniu kuwety proces jeszcze się nie kończy.

Metal musi odpowiednio skrzepnąć.

Parametry czasowe są równie istotne jak sam moment zalewania. Zbyt szybkie lub nieprawidłowe przeprowadzenie kolejnych etapów może negatywnie wpłynąć na strukturę odlewu.

Dlatego profesjonalny proces odlewniczy wymaga kontroli zarówno przygotowania metalu, temperatury, warunków zalewania, jak i późniejszego chłodzenia kuwety.

Po odpowiednim czasie chłodzenia masa odlewnicza jest usuwana, odsłaniając metalową choinkę będącą dokładnym odwzorowaniem wcześniejszej konstrukcji woskowej.

Następnie wykonywane są kolejne procesy:

W zależności od rodzaju produktu kolejnym etapem może być obróbka ręczna lub maszynowa, szlifowanie, polerowanie, oprawa kamieni oraz wykończenie powierzchni.

W produkcji biżuterii liczy się przede wszystkim powtarzalność, dokładność oraz możliwość wykonywania coraz bardziej skomplikowanych projektów.

Zastosowanie zamkniętego systemu odlewniczego pozwala znacznie dokładniej kontrolować warunki, w których ciekły metal przechodzi z tygla do przygotowanej formy.

Najważniejsze zalety tej technologii to:

Wykorzystanie w naszej pracowni dwóch profesjonalnych odlewarek — Agatronic K firmy Argenta oraz Schultheiss VPC-40 — zwiększa nasze możliwości produkcyjne i pozwala odpowiednio dopasować proces do rodzaju wykonywanego zlecenia.

Ma to szczególne znaczenie zarówno przy precyzyjnych, jednostkowych projektach, jak i przy powtarzalnej produkcji większych serii biżuterii.

Nawet najbardziej zaawansowana odlewarka nie jest w stanie zastąpić prawidłowo przygotowanego procesu technologicznego.

Na finalną jakość odlewu wpływa cały ciąg operacji: od właściwie przygotowanego projektu 3D, przez wykonanie modelu, konstrukcję kanałów wlewowych, przygotowanie masy, wypalenie kuwety, dobór stopu i parametrów temperaturowych, aż po właściwe przeprowadzenie samego zalewania oraz chłodzenia.

Odlewanie podciśnieniowo-nadciśnieniowe jest więc jednym z elementów całego systemu produkcji biżuterii, ale elementem niezwykle istotnym.

Pozwala wykorzystać możliwości nowoczesnego projektowania oraz druku 3D i przenieść nawet bardzo skomplikowaną geometrię projektu na finalny element wykonany ze srebra lub złota.

W Pracowni Jubilerskiej ATLANTIDA dysponujemy dwoma profesjonalnymi systemami odlewania próżniowo-ciśnieniowego — Agatronic K firmy Argenta oraz Schultheiss VPC-40. Dzięki temu możemy realizować odlewy metali szlachetnych zarówno dla pojedynczych, wymagających projektów, jak również dla produkcji seryjnej.

Proces możemy rozpocząć od gotowego modelu dostarczonego przez klienta lub przeprowadzić kompleksowo — od projektu 3D i wykonania modelu, poprzez odlew, aż po obróbkę i przygotowanie gotowego elementu biżuterii.