Feinguss (Wachsausschmelzverfahren)

Wachskopie mit Keramik überzogen, ausgeschmolzen, dann mit Metall gefüllt

Beim Feinguss, auch Wachsausschmelzverfahren genannt, wird ein Teil in Wachs kopiert, das Wachs mit Keramik überzogen, das Wachs ausgeschmolzen und Metall in die hohle Schale gegossen. Turbinenschaufeln von Strahltriebwerken, Golfschlägerköpfe und Hüftimplantate entstehen so. Man erhält endkonturnahe Teile mit feinen Details, in fast jeder Legierung.

Foto: 5oclockhustle, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Feinguss · vom Wachsbaum zu fertigen TeilenLesen Sie die obere Reihe, dann die untere; die eingekreisten Zahlen entsprechen den Schritten unten.

So funktioniert es

Wachskopien herstellen. Wachs wird in eine Metallform (eine wiederverwendbare Form) gespritzt, um ein Modell zu erzeugen, eine exakte Wachskopie des Teils. Jedes Gussstück braucht sein eigenes Modell.
Einen Baum bauen. Viele Modelle werden an einen zentralen Wachsanguss (Zuführkanal) geklebt und bilden einen „Baum“, der einige bis dutzende Teile tragen kann.
Mit Keramik überziehen. Der Baum wird in einen Keramikschlicker (eine cremige Mischung aus feinem Keramikpulver und flüssigem Bindemittel) getaucht, mit feinem Sand bestreut und getrocknet. Das wird etwa 6- bis 10-mal wiederholt, bis die Schale einige Millimeter dick ist.
Das Wachs ausschmelzen. Die Schale wird auf den Kopf gedreht und erhitzt, meist in einem Dampfautoklaven (einem Dampfofen unter Druck) oder einem heißen Ofen. Das Wachs läuft aus, oft zur Wiederverwendung, und hinterlässt eine hohle einteilige Form.
Brennen, dann gießen. Die Schale wird gebrannt, oft bei etwa 1.000 °C, um sie zu festigen und das letzte Wachs zu verbrennen. Metall wird gegossen, solange die Schale noch heiß ist, damit dünne Bereiche gefüllt werden, bevor das Metall erstarrt.
Die Teile ausschlagen. Nach dem Abkühlen wird die Schale durch Klopfen, Vibration oder Wasserstrahlen abgeschlagen. Die Teile werden vom Baum abgetrennt, und die Anschnittstümpfe (wo jedes Teil am Baum hing) werden glattgeschliffen.

Wichtige Fakten

Werkstoffe: Stähle und Edelstähle, Nickel- und Kobaltsuperlegierungen, Titan, Aluminium, Kupferlegierungen, Gold und Silber
Typische Teile: Turbinenschaufeln, Golfschlägerköpfe, Hüft- und Knieimplantate, Pumpenlaufräder, Waffen- und Schlossteile, Schmuck
Bauteilgröße: Meist einige Gramm bis einige Kilogramm; Spezialgießereien gehen über 100 kg hinaus
Präzision: Etwa ±0,1 bis ±0,25 mm bei kleinen Merkmalen, grob ±0,5 % eines Maßes
Oberfläche: Glatt: Ra (mittlere Rauheit) etwa 1,5 bis 3 µm
Geeignete Losgröße: Hunderte bis hunderttausende Teile pro Jahr; auch Einzelstücke in Kunst und Schmuck
Werkzeug- und Maschinenkosten: Wachsspritzformen kosten einige tausend bis zehntausende Dollar; 3D-gedruckte Modelle sparen bei Prototypen die Form
Geschwindigkeit: Tage bis Wochen pro Charge, meist mit Warten auf das Trocknen der Schalenschichten verbracht; viele Bäume werden parallel bearbeitet

Stärken und Grenzen

Stärken

Sehr feine Details und glatte Oberflächen, oft mit wenig Nachbearbeitung
Funktioniert mit hochschmelzenden Legierungen wie Superlegierungen und Edelstahl
Komplexe Formen in einem Stück, mit wenig oder keiner Naht
Wenig Abfall: Eingüsse und Gießtrauben werden wieder eingeschmolzen

Grenzen

Mehr Schritte und Arbeit, daher kostet jedes Teil mehr als ein Sandguss
Die Teile sind meist klein; große werden schwierig und teuer
Für jedes Teil werden ein neues Wachsmodell und eine neue Schale verbraucht
Lange Vorlaufzeit, von Tagen bis Wochen

Wo es eingesetzt wird

Luft- und RaumfahrtTurbinenschaufeln und Leitschaufeln, Strukturhalterungen, Teile des Kraftstoffsystems
MedizinHüft- und Knieimplantate, chirurgische Instrumente
SportGolfschlägerköpfe
AutomobilbauTurboladerräder, Kipphebel, kleine Ventilteile
IndustriePumpenlaufräder, Ventilgehäuse, Hebel und Halterungen
Kunst und SchmuckBronzeskulpturen, Ringe, Zahnkronen und -brücken

So erkennen Sie es

Scharfe Details, klare Beschriftung und eine glatte, leicht seidenmatte Oberfläche, selbst in verborgenen Ecken.
Keine Formnaht oder nur eine sehr schwache Linie von der Wachsform.
Eine kleine ebene, geschliffene Stelle, wo das Teil vom Baum abgetrennt wurde (die Anschnittmarke).
Eine komplexe Form in einem Stück, für die man sonst mehrere bearbeitete Teile bräuchte.

Im Vergleich mit

Sandguss1.1günstiger und gut für sehr große Teile, aber viel rauer und weniger präzise.Druckguss1.4bei hohen Stückzahlen pro Teil weit schneller und günstiger, aber auf niedriger schmelzende Metalle wie Aluminium und Zink beschränkt.Einkristallguss1.8eine besondere Form des Feingusses, die jede Turbinenschaufel als einen Kristall wachsen lässt.

Ansehen

RAPID DIRECT · Eine animierte Schritt-für-Schritt-Erklärung des gesamten Verfahrens

Paul Hamler · Das ganze Verfahren von Hand, vom Wachs zum Metall

SIMIS · Roboter tauchen Wachsbäume in Schlicker und Sand, um Schalen aufzubauen

Dean Group International Ltd · Eine echte Gießerei: Bäume, Gießen und Abschlagen der Schale

Echte Fotos ansehen

Wikipedia: Feinguss — eine Schale für einen Turboladerrotor, das Innere einer Schale und das fertige Teil
Fotosuche auf Wikimedia Commons

Merken

Jedes Teil braucht eine frische Wachskopie und eine frische Keramikschale.
Das Ausschmelzen des Wachses hinterlässt eine nahtlose einteilige Form, daher sind die Details hervorragend.
Präzise und glatt, aber pro Teil langsamer und teurer als Sandguss.