Полимер — не ювелирный воск ч.1⁠⁠

Решил немного поговорить про больную тему - фотополимерная 3Д печать для ювелиров. Самая больная - литье по выжигаемым моделям. Споры свары на чатах-форумах не затихают, собрал свой и чужой опыт, свел его в ряд мини статей. Это - первая, а поскольку тема объёмная - только первая часть статьи. Приступим.
Фотополимер — жидкий материал для 3D-печати, который отверждается светом требуемой длины волны. Даже если в его названии или составе есть слово WAX или восковые компоненты, напечатанная модель не становится обычной восковкой. После печати и предусмотренной для данного материала постобработки это твёрдая полимерная модель, и при нагреве она ведёт себя иначе. Полимеры бывают разные по цвету,назначению, области применения. Сейчас речь о выжигаемом фотополимере для ювелирного литья. Литейщикам знакомо литье с воска по выплавляемым моделям, собственно это основа технологии. Полимер - альтернатива воска со звездочкой.

Воск и фотополимер удаляются из опоки по-разному

Восковая и фотополимерная модели решают одну задачу: после их удаления в опоке остаётся полость для металла. Но из формы они удаляются по-разному.

Литейный воск при нагреве сначала размягчается и расширяется, затем плавится. Жидкий воск выходит из опоки через литниковую систему, а остатки выгорают при дальнейшем нагреве. Значительная часть воска покидает опоку ещё до высоких температур.

У отверждённого фотополимера другая структура. После постзасветки образуется прочная полимерная сетка. При нагреве модель не превращается целиком в жидкость, которая просто вытекает из опоки. Сначала она нагревается и меняет размеры, затем полимерная сетка разрушается. При этом выделяются газы и пары, а часть материала может остаться в виде углеродистого остатка. Чтобы форма очистилась, этот остаток должен выгореть.

Поэтому задача выжигания полимера — не «расплавить модель». Нужно провести её через несколько стадий так, чтобы не разрушить форму, вывести продукты разложения и очистить полость перед литьём.

Что происходит с фотополимером при нагреве

Полимерная модель не исчезает при одной определённой температуре. По мере прогрева опоки идут несколько процессов; часть из них начинается ещё до того, как закончился предыдущий.

Теперь будет немного заумных слов, без которых никак не обойтись.

Температурная карта: что происходит с моделью и формой

Без температурных ориентиров трудно сопоставить происходящее в опоке со своим графиком печи. Но эти ориентиры нельзя превращать в универсальный режим: у разных фотополимеров отличаются начало потери массы, интенсивность разложения и количество остатка, а у разных формовочных масс — температурные превращения и допустимый верхний предел.

Зоны ниже намеренно перекрываются. Это не шесть последовательных «переключателей» и не готовый график печи. Карта нужна для другого: понять, какие процессы могут одновременно идти на данном участке температуры и что проверять, если проблема проявляется именно там.

Куда эту "карту" приклеить:
Берут рекомендованный производителем цикл конкретного фотополимера и формомассы и накладывают его на карту: что в этот момент происходит с моделью, что — с формой, где появляются газы, когда возможен углеродистый остаток и где сама формомасса заметно меняет свойства. Так температура превращается не в набор чисел, а в объяснение процесса.

Температура на дисплее печи — не температура всей опоки. Массивная опока и плотная загрузка прогреваются с запаздыванием, поэтому внутренние зоны формы могут пройти ту же температуру позже, чем воздух в камере. Карта относится к процессам в материале; показание контроллера печи лишь помогает понять, когда они могут начаться.

Быстрее или медленнее проходить область активного разложения. Универсального ответа нет. При недостатке кислорода и затруднённом выходе летучих продуктов длительное пребывание в области активного разложения у некоторых материалов может усиливать вторичные реакции и образование смолистого или углеродистого остатка, который затем удалить труднее. Поэтому для одних фотополимеров производитель предусматривает сравнительно быстрый проход этого участка, а для других — наоборот, выдержку. Это не противоречие: разные рецептуры разлагаются по-разному.

Слишком быстрый нагрев тоже не является универсальным решением. Он увеличивает мгновенную скорость газовыделения и температурный градиент между камерой печи, наружными слоями и центром опоки; на массивных моделях одновременно может возрастать нагрузка на ещё сохраняющую прочность форму. Поэтому скорость оценивают не для «выжигания вообще», а для конкретного участка цикла и конкретной связки материала, формы и геометрии.

Время на соседних участках может решать разные задачи. Если материал склонен к образованию трудноудаляемого остатка при кислород-дефицитном разложении, сокращение пребывания в этой области может быть полезно. После того как углеродистый остаток уже образовался, ситуация обратная: для его окисления нужны достаточная температура, доступ кислорода и время. Поэтому нагар — повод проверить и область разложения, и последующее выгорание остатка, а не автоматически «ускорять» весь цикл.

По внешнему виду материала температуру разложения не угадывают. Жёсткость модели, температура размягчения и слово Wax в названии не позволяют надёжно определить, когда начнётся основная потеря массы.

Верхний предел задаёт формовочная масса. Фотополимер определяет, что нужно удалить и при каких условиях это происходит; формомасса определяет, до какой температуры и как долго конкретную опоку допустимо нагревать. Поэтому график сверяют сразу с двумя документами — по смоле и по формомассе.

Дефект помогает выбрать участок для проверки, но не доказывает одну причину. Трещины и заливы на массивных моделях заставляют проверить ранние участки нагрева наряду с созреванием и прочностью формы, геометрией модели и поведением конкретного фотополимера. Сажа или углеродистый остаток направляют внимание и к области разложения, и к последующему окислению: нужно проверить время пребывания, температуру, воздухообмен и пути выхода газов. Сам вид дефекта не говорит 100%, какой из этих параметров нужно менять. Разбор дефектов - отдельная большая тема.

продолжение следует...