Microfusione da pezzi stampati in 3D con resine calcinabili

La microfusione o fusione a cera persa è uno dei metodi di produzione più utilizzati nel settore della gioielleria, essendo il processo di fusione più antico di cui si ha conoscenza.

La microfusione consente di ottenere repliche metalliche attraverso uno stampo che viene realizzato da un prototipo tradizionalmente modellato in cera. In questo caso, vengono utilizzate parti stampate in 3D con resine calcinabili per sostituire i modelli in cera.

Attraverso il processo di microfusione è possibile produrre gioielli in diversi metalli, tra cui spiccano l'oro, il platino, l'argento o il ottone. Di seguito è possibile vedere il processo di microfusione per la gioielleria utilizzando parti stampate in 3D con resine calcinabili:

1- Stampa 3D della parte

Partendo da progetti realizzati con un software CAD, è necessario stampare in 3D i modelli desiderati. Attualmente esistono numerosi tipi di resine calcinabili prodotte da diversi produttori. La scelta del materiale dipenderà dalla stampante 3D utilizzata e dalle caratteristiche richieste per le parti.

Immagine 1: Anello stampato in 3D con resina calcinabile FormLabs. Fonte: FormLabs.

Una delle stampanti 3D più conosciute per la stampa 3D nel settore della gioielleria è la Form3+ del rinomato produttore FormLabs. Questa stampante 3D non richiede competenze tecniche avanzate, quindi può essere utilizzata senza difficoltà. La stampante 3D Form3 limita la sua utilizzabilità essendo compatibile solo con i materiali sviluppati dal produttore. Questo può essere un vantaggio, poiché non è necessaria una messa a punto e i parametri di configurazione e i valori modificabili sono ridotti al minimo, essendo necessario solo selezionare il tipo di materiale e alcuni parametri di base. In questo modo, il margine di errore diminuisce fino a scomparire quasi del tutto.

Nella tabella seguente sono elencate alcune delle resine calcinabili più conosciute e la loro compatibilità con le stampanti 3D:

Tabella 1: Resine calcinabili e compatibilità. Fonte: Filament2print.

Ogni materiale ha proprietà e richiede parametri diversi. Tuttavia, hanno tutti una caratteristica comune: sono stati sviluppati per sostituire le parti di cera nel processo di microfusione, con una composizione che consente fonderi prive di residui che potrebbero influenzare il risultato finale delle parti.

Dopo la stampa, le parti devono essere indurite se il materiale lo richiede. Questo dipende dalla composizione della resina e è sempre consigliabile seguire i consigli del produttore per ottenere risultati ottimali.

2- Albero di cera

Dopo l'indurimento delle parti (nei casi in cui è richiesto), è possibile rimuovere gli supporti, con molta attenzione. Per ottenere la rimozione completa del sopporto e una finitura perfetta, è possibile utilizzare carta vetrata (grana 400 o superiore) o persino un utensile rotante con un accessorio per la lucidatura.

Per creare l'albero di cera, si prende una base di cera che viene collegata a un tappo di gomma per il beccuccio. Piccole barre cilindriche di cera vengono saldate alla base di cera utilizzando un utensile termico. All'altro capo delle barre, le parti stampate in 3D devono essere saldate.

Immagine 2: Albero di cera per la colata. Fonte: FormLabs.

Questo processo è simile a quello eseguito nella microfusione quando si fondono parti di cera intagliate tradizionalmente.

3- Preparazione dello stampo

L'albero di cera con le parti stampate in 3D con resina calcinabile deve essere posizionato all'interno di un cilindro di acciaio refrattario, che viene fissato al tappo di gomma per il cilindro. Nel caso in cui il cilindro di acciaio refrattario abbia fori, è necessario coprirli avvolgendo il cilindro con nastro adesivo.

Immagine 3: Avvolgimento del cilindro di acciaio refrattario. Fonte: Formlabs.

Successivamente, è necessario versare lentamente la fusione, sempre da un lato del cilindro per evitare di danneggiare l'albero con le parti stampate in 3D con resina calcinabile.

Immagine 4: Versamento di colata nel cilindro di acciaio refrattario. Fonte: Formlabs.

Al momento del versamento della fusione, è possibile che rimangano piccole bolle d'aria che potrebbero influire sulla qualità delle parti finali. Pertanto, è molto importante eseguire il processo di degassagio in una camera a vuoto.

4- Burnout

Il cilindro viene inserito nel forno seguendo sempre le istruzioni di tempo e temperatura consigliate dal produttore. Durante questo periodo, la cera verrà calcinata senza lasciare residui, preparando lo stampo.

Immagine 5: Processo di Burnout. Fonte: Formlabs.

Successivamente, è necessario versare il metallo desiderato nello stampo per produrre le parti finali.

5- Lavaggio e lucidatura

Dopo la fusione, lo stampo viene rimosso con attenzione dal forno e immerso in acqua con l'ausilio di pinze. Durante questo processo, la fusione si scioglierà, lasciando visibili le parti metalliche.

Immagine 6: Processo di lavaggio. Fonte: Formlabs.

Dopo essere state lavate, le parti metalliche vengono separate dall'albero, lucidate e rivisitate fino a ottenere la finitura desiderata.

Immagine 7: Anello stampato in 3D con resina calcinabile e anello in argento dopo il processo di microfusione. Fonte: Formlabs.

L'utilizzo delle resine calcinabili nel settore della gioielleria offre numerosi vantaggi. Tra questi, la possibilità di stampare in 3D quanti modelli si desidera in modo rapido e con una straordinaria precisione. Ciò si traduce in una significativa riduzione dei costi di produzione e dei tempi di produzione.