Warum das Entwachsen kritisch ist
Wachs dehnt sich beim Erwärmen um ein Mehrfaches stärker aus als Keramik. Wird eine wachsgefüllte Schale langsam erwärmt, dehnt sich das Wachs aus, bevor es entweichen kann, und die Schale wird auf Zug beansprucht, bis sie reißt. Abhilfe schafft sehr schnelles Erwärmen der Oberfläche: Eine dünne Wachsschicht an der Schalengrenze schmilzt zuerst und läuft ab oder dringt in die Schale ein; so entsteht der Spalt, in den sich das übrige Wachs ausdehnen kann.
Entwachsungsverfahren
- Dampfautoklav. Das industrielle Standardverfahren. Der Behälter wird innerhalb weniger Sekunden mit Sattdampf beaufschlagt, typischerweise auf einige bar, sodass der Wärmeübergang auf die Schalenoberfläche extrem schnell erfolgt. Der größte Teil des Wachses wird zurückgewonnen und aufbereitet.
- Schockentwachsen (Flash-Fire). Die Schalen werden direkt in einen heißen Ofen gesetzt. Das Wachs schmilzt und verbrennt teilweise; die Rückgewinnung ist geringer und Abgase müssen behandelt werden, dafür sind Entwachsen und Brennen kombiniert.
- Weitere Verfahren. Heißflüssigkeits- und mikrowellenunterstütztes Entwachsen werden in Einzelfällen eingesetzt.
Auch die Gestaltung hilft: Wachsentlüftungen in dicken Bereichen, Modellwachse mit geeignetem Schmelzverhalten und ausreichende Grünfestigkeit der Schale verringern Risse. Feine Risse lassen sich vor dem Brennen teils mit Keramikmasse ausbessern; größere führen zu Graten am Gussteil.
Gedruckte und polymere Modelle
Modelle, die nicht wie Wachs schmelzen, etwa viele gedruckte Harze und Polystyrol, lassen sich nicht in gleicher Weise autoklavieren. Sie werden im Ofen ausgebrannt, was dünnwandige oder innen strukturierte Modelle, ausreichend Sauerstoff und längere Ausbrennzyklen erfordert, um Schalenrisse und Ascherückstände zu vermeiden.
Brennen
Das Brennen hat drei Aufgaben: Es verbrennt Wachsreste und organische Bestandteile, sintert den Binder, sodass die Schale ihre Brennfestigkeit erreicht, und bringt die Schale auf die Temperatur, bei der abgegossen wird. Für Stähle werden Schalen üblicherweise bei etwa 900 bis 1100 °C gebrannt und abgegossen; Aluminium wird in deutlich kühlere Schalen gegossen. Die Haltezeit muss ausreichen, damit die gesamte Schalendicke und etwaige Keramikkerne durchwärmt und Kohlenstoffrückstände vollständig oxidiert sind.
Vorwärmtemperatur als Prozessparameter
- Eine heißere Schale verbessert die Füllung dünner Wände und die Detailabbildung, verlangsamt aber die Erstarrung, vergröbert das Korn, fördert Reaktionen zwischen Metall und Frontschicht und kann Schwindungsfehler verstärken.
- Eine kühlere Schale feint das Gefüge und verkürzt die Erstarrung, erhöht aber das Risiko von Kaltlauf und Kaltschweißen.
Schalen verlieren nach der Entnahme aus dem Ofen schnell Temperatur; die Zeit zwischen Ofen und Abguss wird daher kontrolliert. Bei Teilen mit stark unterschiedlichen Wanddicken werden gezielt Isoliermatten angebracht, um die Erstarrung zu lenken.
Siehe auch: Schmelzen und Gießen.