Edelstahl Feinguss stellt präzise Metallteile her, indem geschmolzener Edelstahl in Keramikformen gegossen wird, die um Wachsmodelle herum geformt sind. Diese alte Technik, auch Wachsausschmelzverfahren genannt, erzeugt Komponenten mit komplexen Formen und außergewöhnlicher Oberflächenbeschaffenheit, deren Herstellung durch maschinelle Bearbeitung unmöglich oder extrem teuer wäre.
Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für Edelstahllegierungen, da es deren hohe Schmelztemperaturen (ca. 1500 °C) bewältigt und gleichzeitig die Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit des Materials erhält. Die Teile werden mit Toleranzen von bis zu ±0.005 Zoll und Oberflächengüten von ca. 125 Mikrozoll gefertigt, sodass oft keine zusätzliche Bearbeitung erforderlich ist.
Arbeiter spritzen geschmolzenes Wachs in präzisionsgefertigte Metallformen, um exakte Kopien des Endprodukts zu erstellen. Jedes Wachsmuster umfasst alle komplizierten Details, Geometrien und Merkmale der fertigen Komponente.
Moderne Anlagen nutzen den 3D-Druck auch zum Erstellen von Mustern für komplexe Designs oder Kleinserien. Lösliches Wachs oder es können Keramikkerne eingefügt werden, um innere Merkmale wie Löcher oder Hohlräume zu bilden.
Mehrere Wachsmodelle werden mithilfe erhitzter Werkzeuge an einem zentralen Wachsgusskanal befestigt, wodurch eine „Baum“-Struktur entsteht. Diese Anordnung ermöglicht das gleichzeitige Gießen von Dutzenden von Teilen in einer Charge.
Der Anguss und die Verbindungskanäle schaffen Wege, durch die das geschmolzene Metall beim Gießen in die einzelnen Hohlräume der Teile fließt. Eine sorgfältige Positionierung gewährleistet einen optimalen Metallfluss und minimiert Defekte.
Der Wachsbaum wird wiederholt in Keramikschlicker getaucht und mit feuerfestem Sand oder „Stuck“ beschichtet. Jede Schicht muss vollständig trocknen, bevor die nächste Schicht aufgetragen wird.
Die erste Schicht besteht aus ultrafeinen Partikeln, um die feinsten Oberflächendetails zu erfassen. Für die nachfolgenden Schichten werden zunehmend gröbere Materialien verwendet, um die Festigkeit zu erhöhen. So wird in 5–10 Beschichtungszyklen eine Schalendicke von 5–15 mm erreicht.
Die keramikbeschichtete Baugruppe wird in einen Autoklaven oder Ofen gegeben, wo Dampf oder Hitze das Wachs ausschmelzen. Das Wachs fließt durch die Angussöffnungen heraus und hinterlässt eine hohle Keramikform.
Dieser Schritt erfordert eine sorgfältige Temperaturkontrolle, um zu verhindern, dass das expandierende Wachs die Keramikschale reißt. Die meisten Anlagen gewinnen das geschmolzene Wachs zurück und recyceln es für die zukünftige Verwendung.
Leere Keramikschalen werden bei 870–1095 °C gebrannt, um Wachsreste zu verbrennen und das Keramikmaterial durch Sintern zu festigen. Diese Hochtemperaturbehandlung stellt sicher, dass die Form dem Thermoschock durch geschmolzenes Metall standhält.
Kurz vor dem Gießen werden die Formen vorgewärmt, um den Metallfluss zu verbessern und eine schnelle Abkühlung zu verhindern, die zu Defekten führen könnte.
Edelstahl schmilzt in Induktions- oder Lichtbogenöfen und erreicht Gießtemperaturen von etwa 1500 °C oder mehr. Die vorgewärmten Keramikschalen stehen aufrecht und werden oft von Sandbetten gestützt.
Geschmolzenes Metall fließt durch die Angussöffnung und füllt alle Hohlräume durch Schwerkraftfluss. Bei manchen Verfahren wird bei dünnwandigen Abschnitten Vakuum oder Zentrifugalunterstützung verwendet.
Das gegossene Metall kühlt kontrolliert ab und erstarrt in den Keramikformen. Die richtige Kühlung verhindert Defekte und gewährleistet Maßgenauigkeit.
Sobald das Metall fest ist, bildet es einen vollständigen Baum aus Edelstahlgussteilen, die durch den erstarrten Anguss und die Angusskanäle verbunden sind.
Durch mechanische Vibrationen, Hämmern oder Wasserstrahlen wird die Keramikschale aufgebrochen und die Metallgussteile freigelegt. Chemisches Auslaugen kann helfen, Keramik aus schwer zugänglichen Bereichen zu entfernen.
Der freigelegte Metallbaum zeigt mehrere fertige Gussteile, die noch am zentralen Angusssystem befestigt sind.
Bandsägen oder Trennsägen trennen die einzelnen Teile vom Angussbaum. Die verbleibenden Anguss- und Angussreste werden als Altmetall recycelt.
Schneiden Sie Bereiche ab, in denen mit Toren verbundene Teile geschliffen werden müssen, um glatte Oberflächen zu erzielen.
Viele Edelstahlgussteile werden speziellen Wärmebehandlungen unterzogen, um ihre mechanischen Eigenschaften zu optimieren. Austenitische Güten wie 304 und 316 werden möglicherweise einer Lösungsglühbehandlung unterzogen.
Zu den abschließenden Arbeitsschritten gehören das Abschleifen von Angussstellen, das Strahlen oder Beizen zur optischen Verfeinerung sowie die maschinelle Bearbeitung kritischer Merkmale, die extrem enge Toleranzen erfordern. Die meisten Feingussteile benötigen aufgrund ihrer glatten Gussoberfläche von 125 Mikrozoll oder besser nur minimale Nachbearbeitung.
| Aspekt | Feinguss | Sandguss | Druckguss | CNC Dienstleister |
|---|---|---|---|---|
| Materialien | Alle Metalle, einschließlich Edelstahl und Superlegierungen | Alle Metalle, einschließlich Edelstahl | Beschränkt auf Aluminium, Zink, Magnesium | Alle zerspanbaren Metalle |
| Toleranzen | ±0.005″ typisch | ±0.030″ typisch | ±0.005″ typisch | ±0.001″ oder besser |
| Oberflächenfinish | 125 Mikrozoll | 250–500 Mikrozoll | 50–100 Mikrozoll | 32 Mikrozoll oder besser |
| Teilekomplexität | Hervorragend – Hinterschnitte, dünne Wände möglich | Begrenzt – erfordert Entformungsschrägen | Gut – durch das Matrizendesign eingeschränkt | Begrenzt durch Werkzeugzugriff |
| Teilegrößenbereich | Wenige Gramm bis über 50 Pfund | Unzen in Tonnen | Wenige Gramm bis 30 Pfund (Nichteisenmetalle) | Jede bearbeitbare Größe |
| Werkzeugkosten | Mittel (5,000-50,000 $) | Niedrig (500-5,000 $) | Hoch (25,000–250,000 USD und mehr) | Keine (nur Programmierung) |
| Kosten pro Teil | Medium | Niedrig | Sehr leise bei hoher Lautstärke | Hoch für komplexe Teile |
| Ideales Volumen | 100-10,000 Teile | 1-1,000 Teile | Über 10,000 Teile | 1-100 Teile |
| Vorlaufzeit | 4-8 Wochen | 2-4 Wochen | 8-16 Wochen | Tage bis Wochen |
| Materialabfall | Niedrig (10-30%) | Niedrig (20-40%) | Sehr niedrig (<10 %) | High (50-90%) |
