Verloren-Was-Gieten

Inleiding

Proces

Het productieproces bij het verloren-was-gieten begint met een zeer nauwkeurige matrijs welke veelal uit aluminium of kunststof is vervaardigd. In deze matrijs wordt de productwas onder hoge druk ingespoten, waardoor een wasmodel met een uitstekende contourscherpte ontstaat. De volgende stap is het samenvoegen van meerdere wasmodellen in een gietsysteem tot een zogehete boom. Bovenop deze boom is een giettrechter geplaatst waarin later het aluminium of staal gegoten wordt. De boom wordt voorzien van een vuurvaste laag door eerst onder te dompelen in een keramische slurry en vervolgens te bezanden. Deze stap wordt meerdere malen herhaald. Op deze wijze ontstaat een keramische schaal van voldoende dikte om later in te kunnen gieten. Het opbouwen van deze schaal is in vele gevallen door het inzetten van robots geautomatiseerd. De keramische schaal wordt uitgehard en de was wordt in een autoclaaf met stoom uitgesmolten. De volgende stap is dat de keramische schaal op hoge temperatuur wordt gesinterd zodat het voldoende sterkte krijgt. Tevens worden eventueel overgebleven was-resten tijdens deze stap verbrand. De schaal is nu zover dat hij afgegoten kan worden.

Als het vloeibaar aluminium of -staal afgekoeld is wordt met waterstralen de keramische schaal verwijderd. De gietstukken worden gescheiden van het gietsysteem, nabewerkt en gericht. Als laatste stap gaat het product naar de kwaliteitsdienst waar het uitvoerig wordt gecontroleerd.

Kenmerken

Eén van de belangrijkste kenmerken van het verloren-was-gieten is de enorme vormvrijheid die de constructeur geniet. Ondersnijdingen, achtersnijdingen en holten zijn zeer goed mee te gieten en zijn geen belemmering voor het ontwerp. Het kunnen samenvoegen van meerdere functionaliteiten in een compact en dunwandig product is een belangrijk economisch kenmerk van het verlorenwas- gieten.

Om een beeld te geven van de kenmerken van het verloren-was-gieten is onderstaand een overzicht weergegeven waarin het verloren-was-gieten wordt vergeleken met bijvoorbeeld zandgieten.

Proces	Matrijs kosten	Product kosten	Materiaal keuze	Vormvrijheid	Wanddiktes	Maat toleranties
Verloren-wasgieten	Gemiddeld	Hoog	Groot	Groot	Zeer klein	Zeer goed
Zandgieten	Laag	Gemiddeld	Groot	Gemiddeld	Groot	Beperkt

Toepassingsgebied

De verloren wasmethode leent zich uitstekend voor het gieten van rapid prototypes en voorseries, maar zeker ook voor grote series. Verloren-was-gietwerk heeft door de jaren heen een zeer breed toepassingsgebied gevonden: Defensie-industrie, lucht- en ruimtevaart, optische industrie, machinebouw, automobielindustrie, voedingsindustrie en medische industrie.

Productiemethoden

In de navolgende beschrijvingen zullen drie productietechnieken worden toegelicht welke bij Eurocast Precision Casting voorkomen. Hierbij zullen de kenmerken en eigenschappen aan de orde komen.

Rapid Prototyping

De alsmaar toenemende concurrentiedruk dwingt bedrijven steeds flexibeler te zijn en met nieuwe initiatieven te komen om de time-to-market te verkorten. Mede hierdoor is er een duidelijke trend ontstaan naar het driedimensionaal werken. Door het werken met een 3D CAD programma krijg men niet alleen een beter inzicht in het virtuele product, het is ook mogelijk om met de 3D tekening snel en zonder hoge kosten, een tastbaar product te maken. Het proces voor de ontwikkeling van dergelijke producten noemt men Rapid Prototyping.

Rapid Prototyping is een algemene benaming voor het omzetten van een 3D CAD ontwerp naar een tastbaar produkt. Rapid Prototyping is onder te verdelen in twee hoofdgroepen. De eerste groep heet Layered Manufacturing Technology (LMT) de tweede is Computer Numerical Control (CNC). Bij LMT wordt het model verkregen door het opstapelen van dunne laagjes. Bij CNC wordt een blok materiaal zo bewerkt dat het model overblijft. Het grote voordeel van LMT is dat deze technologie ten opzichte van CNC technieken veel meer vormvrijheid geniet.

Deze relatief nieuwe wijze van productontwikkeling heeft ook zijn weg gevonden in de wereld van het gieten volgens de verloren-was-methode. Bij Eurocast Precision Casting in Apeldoorn wordt LMT al geruime tijd toegepast in de vorm van Selective Lasersintering (SLS). De productie van deze modellen loopt als volgt: vloeibaar thermoplastisch materiaal wordt doormiddel van een laser in vloeibare toestand afgezet op een 2D bouwtekening. Deze stap wordt continu herhaald waardoor er een laagopbouw plaatsvindt en er vanzelf een kunststof 3D model ontstaat. Om het model stevigheid te geven maakt de RPT-machine gebruik van twee koppen, de ene zorgt voor de opbouw van het model, de andere voor de ondersteuningsstructuur. Dankzij deze structuur is het mogelijk modellen met overhangende delen te maken. De ondersteuningsstructuur kan na afloop makkelijk verwijderd worden zodat het kant en klare model overblijft. Het model wat overblijft is vaak poreus, om dit te verhelpen optimaliseert Eurocast Precision Casting de modellen volgens een speciaal procédé. Het grootte voordeel van deze geoptimaliseerde modellen is dat het nagenoeg dezelfde eigenschappen geniet als een regulier wasmodel zodat de verschillende stappen van het Verloren-was-giet-proces onveranderd blijven.

Kenmerken en eigenschappen:

RPT-wasmodellen zijn snel en eenvoudig te produceren op basis van 3-D tekeningen;
Geschikt voor kwalitatief hoogstaande wasmodellen met inwendige holtes, ribben, achtersnijdingen en dunne wanden;
Relatief hoge stuksprijs;
Geen matrijskosten;
Nagenoeg dezelfde mechanische eigenschappen als een regulier wasmodel;
Doorlooptijd van gemiddeld 2-3 weken;
Geschikt voor demo’s, test producten en/of voorseries met een beperkt aantal.

Kunststof Matrijzen

In tegenstelling tot de Rapid Prototyping methode richt men zich bij productie uit kunststof matrijzen op middelgrote series (10-150 st.). De reden hiertoe is dat men de kosten van o.a. de aanschaf van een kunststof matrijs niet kan dekken met slecht één enkel deel.

Bij de vervaardiging van een kunststof matrijs maakt men gebruik van een zogenaamd “Oermodel”. Dit oermodel, welke de basis vormt van een kunststof matrijs, is op twee manieren te verkrijgen. Men gebruikt een Rapid Prototyping model of een bestaand product (indien voorhanden). Hierna wordt met dit oermodel een negatieve afdruk gemaakt in een zogenoemde “moulding-box”.

Nadat de negatiefafdruk van het model is verkregen, is de matrijs na enige tijd zo goed als klaar. Men kan vanaf hier nagenoeg dezelfde productiestappen doorlopen als bij vervaardiging uit aluminium matrijzen.

Kenmerken en eigenschappen:

Kunststof matrijzen zijn snel en eenvoudig te produceren op basis van 3-D tekeningen;
Geschikt voor kwalitatief hoogstaande wasmodellen met inwendige holtes, ribben, achtersnijdingen en dunne wanden;
Doorlooptijd, ca. 4-7 weken;
Geschikt voor middelgrote series en voorseries van ± 10 tot 150 st.

Aluminium Matrijzen

Bij middelgrote tot grote series, waarbij een zeer hoge maatnauwkeurigheid en reproduceerbaarheid over meerdere jaren een belangrijke rol spelen, worden aluminium matrijzen toegepast. Aluminium matrijzen worden direct vanuit de 3-D tekenbestanden, met software in een CNC-bestand omgezet en gefreesd. De oppervlakte van aluminium matrijzen kunnen behandeld worden waardoor ze harder en nog slijtvaster worden. Tevens kan een extra coating worden aangebracht om hechting met de wasmodellen te voorkomen.