Главный принцип: металл льётся одинаково
После нормального выжигания исходной модели в опоке уже нет. Поэтому металл не «знает», была модель восковой или напечатанной. Питающую систему проектируют по геометрии изделия, металлу и способу заливки.
Разница между воском и фотополимером проявляется до литья. Воск при нагреве сравнительно рано размягчается, плавится и начинает вытекать из формы. Фотополимер ведёт себя иначе: он дольше сохраняет жёсткость, расширяется при нагреве, затем разлагается с выделением газообразных продуктов и должен быть полностью удалён из формы.
Поэтому при сборке ёлки нужно одновременно решить две задачи: как заполнить и подпитать изделие металлом и как удалить фотополимер, не повредив формовочную массу.
Что должно быть сделано до сборки
Модель должна пройти постобработку, предусмотренную для конкретного фотополимера: промывку, полное удаление растворителя и, если этого требует технология материала, УФ-дозасветку. На поверхности и в полостях не должно оставаться жидкой смолы.
Для JEWELRY WAX на HLPRO используется рабочая последовательность промывка → полная сушка → УФ-дозасветка. Для других материалов сначала смотрят инструкцию их производителя: универсального режима постобработки для всех выжигаемых фотополимеров нет.
До сборки полезно осмотреть модель как будущую отливку: где находятся самые массивные участки, какие зоны тонкие и быстро остывают, есть ли глубокие отверстия, узкие гравировки, большие внутренние полости и места, к которым трудно подвести питающий литник.
Центральный стояк, питающий литник и модель
В мастерских словом «литник» часто называют всё дерево целиком. Для понимания процесса удобнее разделять элементы:
- центральный стояк — основной канал от литниковой чаши;
- питающий литник — ветвь от стояка к модели;
- дополнительный питатель — второй или последующий канал к отдельному массивному участку;
- вспомогательный восковой канал — канал, который может облегчать удаление продуктов разложения, но не обязательно предназначен для питания металлом.
Так проще не смешивать разные задачи. Один канал может выполнять сразу несколько функций, но проектировать его всё равно нужно осознанно.
Куда подводить питающий литник
Основной ориентир — самая массивная или позднее затвердевающая часть модели. Она дольше остаётся жидкой и сильнее всего нуждается в подпитке металлом во время усадки.
Если массивных участков несколько и они соединены тонкими перемычками, одного подвода может не хватить. Тонкая перемычка затвердеет раньше и отрежет массивную часть от жидкого металла. Тогда используют второй литник, несколько точек питания или общий распределительный канал.
Удобство последующей обрезки важно, но оно вторично. Сначала литниковая система должна обеспечить заполнение и подпитку; уже потом выбирают вариант, который меньше портит поверхность и проще обрабатывать.
Стык литника с моделью: без «сопла» и острых карманов
Проблема бывает не в самом месте подключения, а в форме стыка. Если широкий литник резко сужается непосредственно перед моделью, возникает локальное ускорение потока. Если рядом остаётся острый карман формовочной массы, его может повредить струёй металла.
Стык делают плавным и скруглённым, без ступеньки и острой внутренней кромки. Это уменьшает турбулентность и одновременно убирает слабые тонкие участки форммассы около соединения.
Восковый или напечатанный литник
Оба варианта рабочие. Для центрального стояка и крупных питающих ветвей обычно удобнее воск: его легко подогнать по месту, он хорошо формирует плавные соединения и освобождает канал раньше фотополимерной модели.
Печатный литник полезен там, где к нужной точке трудно подвести воск или где небольшую распределённую систему проще сразу построить в CAD. В таком случае литник проектируют как часть модели, а не используют случайные поддержки из слайсера.
Полимерная модель хуже «приваривается» воском, чем восковка. Поэтому для тяжёлых моделей полезно заранее предусмотреть площадку или небольшой печатный выступ для крепления. Если воскового соединения недостаточно, применяют минимальное количество совместимого клея, не создавая при этом карманов и острых переходов.
Что ставить ниже, а что выше
Лучший вариант — собирать одну опоку из моделей, близких по массивности и скорости охлаждения. Точнее всего сравнивать не одну толщину стенки, а отношение площади поверхности к объёму: массивная печатка и тонкая ажурная сетка требуют разных условий заполнения и охлаждения.
Если смешивания избежать нельзя, рабочее правило такое: массивные модели размещают ниже, тонкие и труднее заполняемые — выше. Такая компоновка подтверждается как практикой литейщиков, так и технологическими рекомендациями для прямого литья напечатанных моделей.
Это правило относится прежде всего к литью и условиям заполнения, а не к тому, что «полимер снизу лучше выгорит».
Полимерную ёлку не стоит собирать так плотно, как восковую
Физически в опоку можно уместить много моделей. Но это не значит, что столько же моделей разумно туда ставить.
Между соседними фотополимерными моделями должен оставаться достаточный массив формовочной массы. Он должен точно заполнить рельеф и сохранить прочность при нагреве. Одновременно растёт общий объём полимера, который нужно разложить и удалить из формы.
Поэтому для напечатанных моделей обычно оставляют больше пространства, чем на плотной восковой ёлке. Универсального расстояния в миллиметрах нет: оно зависит от размера модели, опоки, форммассы и общей загрузки.
вместимость опоки = сколько моделей можно правильно расположить, запитать металлом, заформовать и полностью выжечь
Можно ли ставить в одну опоку воск и фотополимер
Да, можно. На практике смешанные ёлки работают, если формовочная масса совместима с фотополимерными моделями, а режим выжигания рассчитан на более требовательную полимерную часть.
Подтверждённого общего правила «воск обязательно сверху, полимер обязательно снизу» мы не нашли. Такие удачные схемы встречаются, но сами по себе не доказывают, что именно взаимное расположение материалов было причиной результата.
Гораздо важнее не материал модели, а её массивность, место питания и условия выжигания.
Пустотелые модели: сначала понять, какой должна быть отливка
Слово «полая модель» скрывает две совершенно разные задачи.
Модель печатают оболочкой, но металлическая деталь должна быть сплошной
Так уменьшают объём фотополимера в массивной модели. Для промывки внутренней полости делают технологические отверстия. Перед формовкой их закрывают воском, чтобы форммасса не попала внутрь оболочки. При выжигании воск уходит раньше, отверстия снова открываются, а после полного удаления полимера металл заполняет весь объём.
Готовая металлическая деталь должна остаться пустотелой
В этом случае форммасса, наоборот, должна попасть внутрь модели и после выжигания образовать внутренний сердечник. До формовки нужно мысленно представить этот сердечник и проверить, через какие участки он связан с остальной формой.
Слабый или плохо закреплённый внутренний массив форммассы может треснуть или сместиться при нагреве либо при заливке. Тогда внутри отливки появляются металлические «шторки», изменяется толщина стенки или частично исчезает внутренняя полость.
Тонкие и ажурные модели
Тонкая сетка или длинный ажурный контур часто не успевают заполниться из одной точки: металл теряет температуру и затвердевает раньше, чем доходит до удалённой части.
Для такой геометрии применяют несколько точек питания по периметру или распределительный канал. В практике встречаются «зонтичные» и «дождевые» схемы, где несколько тонких подводов сходятся к более крупному питающему каналу.
Но это не универсальная схема «для полимера». Количество точек питания определяют геометрия изделия, длина тонких каналов, металл и способ заливки.
Вспомогательные каналы для выжигания
Иногда проблемному массивному или закрытому участку полезно дать дополнительный путь к основной литниковой системе. Восковой канал освобождается раньше фотополимера, поэтому газообразным продуктам разложения проще выйти, а свежему воздуху — попасть к модели.
Это не «трубка, по которой сама выйдет зола». Углеродистый остаток должен выгореть при достаточной температуре и доступе кислорода. Отдельные технологии дополнительно используют продувку формы после выжигания, но это специальный приём, а не обязательная операция для каждой модели.
Сначала нужно обеспечить правильный режим выжигания и воздухообмен печи. Дополнительный восковой канал используют тогда, когда геометрия действительно создаёт плохо вентилируемую зону.
Почему мы не даём универсальный диаметр и угол
В профессиональных источниках рекомендации по диаметрам и углам заметно расходятся. Причина не в том, что один автор «не умеет лить», а в разных металлах, машинах, размерах изделий и даже в том, какие именно размеры сравниваются.
Поэтому числа вроде «25%», «100%», «45°» или «80°» без контекста быстро превращаются в ложный стандарт.
Перед формовкой литейщику стоит проверить четыре вещи:
- питающий литник не должен замёрзнуть раньше участка, который он должен подпитывать;
- между стояком и массивной частью модели не должно быть случайного узкого «горлышка»;
- поток не должен делать ненужные резкие повороты и бить прямо в слабую перегородку формы;
- система должна заполнять всю модель до начала локального затвердевания металла.
Проверка ёлки перед формовкой
- модели полностью промыты и высушены;
- постобработка соответствует конкретному фотополимеру;
- каждая массивная зона имеет понятный путь подпитки металлом;
- стыки литников плавные, без острых карманов и резких сужений;
- сильно различающиеся по массивности модели по возможности разнесены;
- если они стоят вместе — массивные ниже, тонкие выше;
- между полимерными моделями оставлен достаточный массив форммассы;
- тяжёлые модели надёжно закреплены на восковом стояке;
- для пустотелой детали понятна конструкция внутреннего сердечника;
- для ажура проверено питание удалённых тонких участков;
- нет модели, на которую поток металла будет направлен как струя в тонкую стенку формы;
- общий объём фотополимера в опоке соответствует возможностям выбранного режима выжигания.
На чём основаны рекомендации
При подготовке статьи мы сопоставили практику ювелиров с материалами, относящимися именно к ювелирному литью: руководством Formlabs по прямому литью 3D-печатных ювелирных моделей, материалом Eddie Bell / World Gold Council о литниковых системах и рекомендациями BlueCast. Конкретные цифры, относящиеся к отдельным материалам, металлам или оборудованию, не переносились как универсальные нормы.