MICROFUSIONE A CERA PERSA IN GESSO

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1 MICROFUSIONE A CERA PERSA IN GESSO (REALIZZAZIONE DI GIOIELLI) Cagliani Claudio Colla Andrea Gelmi Guido Mapelli Serena

2 LE FASI DEL PROCESSO 1) MODELLAZIONE Alla base di ogni gioiello vi é un disegno. Sulla base del disegno viene poi creato il modello in cera o in metallo con il quale verrà prodotto lo stampo per la fusione o la matrice di gomma per la produzione in serie. Quello della preparazione del modello é quindi un compito molto delicato che per questo viene affidato a professionisti specializzati. Durante la realizzazione del modello è fondamentale tenere conto delle modificazioni che esso subirà nelle successive fasi di lavorazione, ossia i ritiri dimensionali subiti prima dalla matrice in gomma, poi dalle cere, e infine dal pezzo fuso; le differenze di spessore nei vari punti dell oggetto e i problemi che incorrono durante la solidificazione del metallo. Poi devono essere applicati i canali di colata in modo da favorire la corretta alimentazione dello stampo per una buona riuscita di tutti gli oggetti contenuti nella forma. 2) PREPARAZIONE MATRICE A CALDO Per poter riprodurre più volte il modello desiderato è necessario realizzare dapprima una matrice in un materiale in grado di assicurare un'elevata fedeltà di riproduzione, una buona elasticità, una buona memoria e una lunga durata. A tal scopo viene utilizzata una speciale gomma che, dopo essere stata applicata attorno al modello, viene sottoposta a un trattamento termico, detto vulcanizzazione, che ne provoca prima l'ammorbidimento ed inseguito l'indurimento. Le gomme impiegate per questo processo possono essere convenzionali, ossia ad elevato contenuto di 2

3 gomma naturale, oppure siliconiche. Le matrici ottenute mediante vulcanizzazione possono essere di due tipi: a strappo o intere. FASI - Per produrre una matrice "a strappo", i due strati di gomma tra i quali viene chiuso il modello vengono cosparsi di un velo di talco o dell'apposito spray in modo da impedire che le superfici aderiscano formando un blocco unico. Per assicurare la perfetta richiusura della matrice, insieme al modello vengono inglobate, nella gomma, anche alcune spine di riferimento. - Per produrre una matrice intera, in questo caso, il modello completo del piantone che andrà a formare il canale di colata, viene semplicemente inserito tra due strati di gomma. - Il "sandwich" di gomma contenente il modello e ben compresso tra i piattelli della staffa è pronto per essere vulcanizzato. - La staffa viene inserita nel vulcanizzatore per il trattamento termico. La temperatura di vulcanizzazione é compresa in genere tra i 140 C e i 180 C e dipende da molti fattori quali: il tipo di gomma, lo spessore della matrice e il tempo di vulcanizzazione ( minuti). - Una volta raffreddata, la matrice viene aperta ed estratto il modello. Nel caso delle matrici a strappo è sufficiente aprire le due metà dello stampo, mentre nel caso delle matrici intere è necessario ricorrere al bisturi. Il taglio viene appositamente eseguito a zig-zag in modo da facilitare la corretta richiusura delle due parti al momento dell'iniezione della cera. 3) PREPARAZIONE MATRICE A FREDDO Poiché, come abbiamo visto, il procedimento di preparazione della matrice a caldo impone l'utilizzo di un modello in metallo, negli ultimi anni, si sta diffondendo gradualmente l'impiego di un nuovo tipo di gomme che consentono di utilizzare per la produzione della matrice anche il modello in cera. Si tratta di gomme speciali siliconiche liquide che, miscelate nelle opportune dosi ad un catalizzatore, ossia ad una sostanza che ne accelera la polimerizzazione, sono in grado di indurire perfettamente a temperatura ambiente nel giro di ore. Alcune gomme possono essere anche sottoposte a trattamento termico a bassa temperatura, nel qual caso i tempi di lavorazione vengono ridotti a poche decine di minuti. Il successo di queste gomme è dovuto alla notevole semplicità di impiego, ma soprattutto alle caratteristiche chimico-fisiche e meccaniche degli stampi con esse prodotti. Inoltre esse garantiscono l'assoluta fedeltà nella riproduzione dei dettagli grazie all'estrema fluidità dell'impasto, l'assenza di variazioni dimensionali (che nelle 3

4 gomme vulcanizzate sono dovute alla variazione di temperatura), l'antiadesività (che elimina la necessità del talco durante l'iniezione), la robustezza e la durata. Naturalmente con questo procedimento é possibile ottenere solo matrici monoblocco, che vanno poi sezionate con il bisturi per estrarre il modello. FASI - La gomma liquida viene preparata mescolando la base siliconica con il relativo catalizzatore che ne accelererà l indurimento. - Prima di essere versata nello stampo la gomma viene sottoposta all azione del sottovuoto di una campana in modo da eliminare le bolle d aria inglobate durante la miscelazione. - Il modello in cera viene inserito nella staffa con il canale di alimentazione rivolto verso l alto. Il suo affondamento nell impasto liquido viene impedito fissando trasversalmente al piantone un pezzettino di fil di ferro. - Dopo il versamento della gomma, la staffa viene sottoposta all azione del vuoto per eliminare le bolle d aria eventualmente presenti e quindi rabboccata per ovviare al ritiro della gomma. La matrice sarà pronta per il successivo utilizzo in un tempo variabile tra le 24 e le 48 ore a seconda del tipo di gomma. Per accelerare i tempi di indurimento alcuni tipi possono essere sottoposti per alcuni minuti a un trattamento termico a bassa temperatura. - Apertura della matrice con il bisturi. 4) INIEZIONE E PREPARAZIONE DEL GRAPPOLO Lo scopo per cui dal modello in cera o in metallo viene realizzata una matrice in gomma é quello di poter ottenere più esemplari in cera dello stesso oggetto con i quali costruire il grappolo che servirà per produrre lo stampo in gesso per la fusione in serie. Il modello viene riprodotto iniettando nella matrice la cera calda. A questo scopo si impiegano apposite macchine e cere. Per evitare la formazione di bolle d aria durante l iniezione, gli iniettori più moderni sono dotati di un dispositivo di aspirazione dell aria che permette di ottenere cere perfette, migliorando la produttività. Una volta preparati tutti i modelli, si può procedere alla preparazione del grappolo montandoli su un astina di metallo o di cera. Si tratta di un operazione molto delicata durante la quale é necessario che: 1) al momento della fusione in metallo prezioso tutti i pezzi vengano alimentati in modo corretto; 2) la solidificazione del metallo possa svolgersi in modo uniforme e graduale; 3) il piantone e i canali di alimentazione delle cere siano nel giusto rapporto dimensionale; 4) i canali di alimentazione siano collocati nella posizione giusta, ossia nella parte più grossa del pezzo; 4

5 5)le cere che compongono il grappolo siano di forma e dimensioni simili e che siano distribuite tutt intorno al utilizzato sia proporzionato a quello del grappolo (fra l estremità esterna del grappolo e il cilindro vi devono essere almeno mm di rivestimento e oltre la punta del grappolo almeno 13 mm); Prima di essere inglobato nel rivestimento il grappolo viene quindi pesato per stabilire,con opportuni calcoli, la quantità di metallo prezioso necessaria per la fusione, e infine immerso in un apposito liquido con funzione di eliminare le impurità e di ridurre la tensione superficiale della cera, favorendo l adesione del rivestimento ed eliminando quindi il pericolo di bolle d aria. FASI - Prima dell iniezione della cera la matrice viene cosparsa con un velo di talco o irrorata con un apposito spray lubrificante per facilitare il successivo distacco della cera. Le cere per iniezione devono essere da un lato sufficientemente plastiche da consentire una perfetta riproduzione del modello e dall altro avere la proprietà di sciogliersi e bruciare completamente senza lasciare residui solidi che comprometterebbero il risultato della fusione - L iniezione della cera avviene premendo la matrice, tenuta ben chiusa, contro l ugello retrattile dell iniettore. Non disponendo di un iniettore con dispositivo di aspirazione dell aria, nella matrice andranno praticati, con il bisturi, uno o più canali di sfiato. In tal caso prima di poter essere montati sull astina i modelli andranno rifiniti manualmente. - Dopo pochi minuti il modello ormai freddo può essere estratto dalla matrice. - A questo punto le cere vengono montate sull astina per formare il grappolo. Per facilitare questa delicata operazione si utilizza un attrezzo detto monta cere che consente di ruotare l astina man mano che si montano i modelli. 5) PREPARAZIONE DEL CILINDRO DI FUSIONE L utilizzo di impasti in cui inglobare i modelli in cera per ottenerne lo stampo per la fusione in metallo prezioso è piuttosto recente. E noto comunque che già nel 1600 il celebre orafo fiorentino Benvenuto Cellini utilizzava una miscela di sua formulazione contenente anche gesso. I moderni rivestimenti, composti da silice, solfato di calcio e appositi additivi, consentono di preparare in pochi minuti ottimi stampi di fusione e sono di facile utilizzo. La qualità del prodotto utilizzato é molto importante per evitare dannose conseguenze sui pezzi fusi. Gli accorgimenti da osservare in questa fase sono: 1) che il rivestimento sia stato conservato in luogo ben asciutto; 2) che la proporzione acqua / rivestimento sia corretta (38-40 ml di acqua su 100g di polvere); 3) che la polvere venga sempre aggiunta all acqua e mai viceversa; 4) che l impasto abbia una consistenza perfettamente liscia e omogenea. 5

6 6) SCOLATURA DELLA CERA E RICOTTURA DEL CILINDRO Una volta che il rivestimento contenente il grappolo si è ben indurito, il cilindro viene trasferito in un apposito forno, detto stufa scola cera in cui viene appunto fatto sciogliere il grappolo di cera. Sciogliendosi, questa defluisce verso il basso e fuoriesce dal cilindro attraverso il foro prodotto dal piantone. In questa fase entra in gioco una delle più importanti proprietà della cera per iniezione, quella di non lasciare residui. La cera sciolta viene raccolta in un apposito vassoio collocato sotto la camera refrattaria ed eventualmente recuperata. Una volta scolatala cera, il cilindro ancora caldo passa direttamente in un secondo forno dove viene cotto in modo che il rivestimento acquisisca la durezza necessaria a resistere all urto e al calore del metallo fuso. Questi due trattamenti termici possono svolgersi con tempi e modalità diversi a seconda delle caratteristiche del cilindro e delle varie altre condizioni di lavorazione. In ogni caso, il cilindro non viene mai portato alla temperatura di cottura finale con un unica escursione termica,bensì gradualmente. 7) FUSIONE E COLATA La fusione e la colata del metallo nello stampo rientrano tra le fasi più delicate del processo di microfusione. Il metallo può essere fuso utilizzando diversi sistemi: 1) mediante riscaldamento a fiamma, 2) mediante riscaldamento a induzione elettromagnetica, 3) mediante riscaldamento a resistenze elettriche. La fase più critica del procedimento di microfusione a cera persa é la colata del metallo nello stampo. L aria contenuta in quest ultimo e i gas che si formano nel momento in cui il metallo liquido viene a contatto con le pareti dello stampo possono infatti ostacolare il deflusso del metallo o essere inglobati nel pezzo fuso determinando difetti di forma, soffiature, micro porosità e rugosità superficiali. Il sistema di colata impiegato fin dalle origini prevede il riempimento dello stampo a mezzo della forza di gravità. 8) RECUPERO DEL GRAPPOLO E SGRAPPOLATURA Una volta eseguita la fusione é necessario liberare il grappolo di metallo dal rivestimento. L operazione può essere svolta immediatamente dopo l estrazione del 6

7 cilindro dalla camera di colata previo raffreddamento del cilindro fino ad una temperatura di almeno 200 C per evitare possibili deformazioni o distorsioni del grappolo. Poiché in questa fase é consigliabile non sollecitare meccanicamente i pezzi fusi, recentemente si è affermata la tecnica di eliminare il rivestimento in gesso mediante un getto d acqua ad alta pressione. In questo modo l involucro di gesso fortemente disidratato e ancora tiepido a contatto del getto d acqua si disintegra e si scioglie liberando il grappolo senza danneggiarlo. Il rivestimento ormai sciolto si deposita nella vasca di raccolta della lava gesso, un agitatore a pala girante mescola l acqua portando in soluzione il gesso per facilitarne lo smaltimento.eventuali frammenti di metallo prezioso essendo più pesanti restano sul fondo della vasca e vengono recuperati attraverso una bocca di ispezione. Il grappolo viene immerso per qualche ora in una vasca di imbianchimento con una soluzione di acqua calda e specifico prodotto che provvede all eliminazione dell ossidazione superficiale del metallo prezioso. A questo punto si procede alla sgrappolatura (separazione dei singoli pezzi dal canale centrale di colata). Questa operazione viene svolta, a secondo del volume di lavoro con tronchesi manuali, pneumatici, seghetti da traforo o apposite macchine fresatrici. Gli oggetti ottenuti vengono quindi inviati alle operazioni di finitura, mentre il canale di colata viene nuovamente fuso in un successivo grappolo. 7