Pengecoran investasi

Pengecoran investasi atau Investment casting adalah proses industri berdasarkan pengecoran lilin wax yang hilang, salah satu teknik pembentukan logam tertua yang diketahui.^[1] Istilah "pengecoran lilin yang hilang" juga dapat merujuk pada proses pengecoran investasi modern.

Pengecoran investasi telah digunakan dalam berbagai bentuk selama 5.000 tahun terakhir. Dalam bentuknya yang paling awal, lilin lebah digunakan untuk membentuk pola yang diperlukan untuk proses pengecoran. Saat ini, lilin yang lebih canggih, bahan tahan api, dan paduan khusus biasanya digunakan untuk membuat pola. Pengecoran investasi dihargai karena kemampuannya untuk menghasilkan komponen dengan akurasi, pengulangan, keserbagunaan, dan integritas dalam berbagai logam dan paduan berkinerja tinggi.

Pola lilin yang rapuh harus menahan gaya yang dihadapi selama pembuatan cetakan. Sebagian besar lilin yang digunakan dalam pengecoran investasi dapat direklamasi dan digunakan kembali. Pengecoran busa yang hilang adalah bentuk modern dari pengecoran investasi yang menghilangkan langkah-langkah tertentu dalam prosesnya.

Pengecoran investasi dinamai demikian karena proses menginvestasikan (mengelilingi) pola dengan bahan tahan api untuk membuat cetakan, dan zat cair dilemparkan ke dalam cetakan. Bahan yang dapat dilemparkan termasuk paduan baja tahan karat, kuningan, aluminium, baja karbon dan kaca. Rongga di dalam cetakan refraktori adalah duplikat persis dari bagian yang diinginkan. Karena kekerasan bahan tahan api yang digunakan, pengecoran investasi dapat menghasilkan produk dengan kualitas permukaan yang luar biasa, yang dapat mengurangi kebutuhan akan proses mesin sekunder.^[2]

Pengecoran investasi gelas air dan silika sol adalah dua metode pengecoran investasi utama saat ini. Perbedaan utama adalah kekasaran permukaan dan biaya pengecoran. Metode gelas air dewaxes ke dalam air bersuhu tinggi, dan cetakan keramik terbuat dari pasir kuarsa gelas air. Silica sol method dewaxes ke flash fire, dan silica sol zircon sand membuat cetakan keramik. Metode sol silika lebih mahal tetapi memiliki permukaan yang lebih baik daripada metode gelas air.^[3]

Proses ini dapat digunakan untuk pengecoran kecil beberapa ons dan pengecoran besar dengan berat beberapa ratus pon. Ini bisa lebih mahal daripada pengecoran mati die casting atau pengecoran pasir, tetapi biaya per unit menurun dengan volume yang besar. Pengecoran investasi dapat menghasilkan bentuk rumit yang sulit atau tidak mungkin dilakukan dengan metode pengecoran lainnya. Itu juga dapat menghasilkan produk dengan kualitas permukaan luar biasa dan toleransi rendah dengan penyelesaian permukaan atau permesinan minimal yang diperlukan.

Proses

Pengecoran dapat dibuat dari model lilin asli (metode langsung) atau dari replika lilin dari pola asli yang tidak perlu dibuat dari lilin (metode tidak langsung). Langkah-langkah berikut menjelaskan proses tidak langsung, yang dapat memakan waktu dua hingga tujuh hari untuk diselesaikan.

1. Produce pola utama: Seorang seniman atau pembuat cetakan menciptakan pola asli dari lilin, tanah liat, kayu, plastik, atau bahan lainnya. Dalam beberapa tahun terakhir produksi pola menggunakan model pencetakan 3D yang dihasilkan oleh perangkat lunak desain berbantuan komputer telah menjadi populer terutama menggunakan printer Stereolithography (SLA) atau DLP 3D berbasis resin untuk pola resolusi tinggi atau filamen PLA standar ketika tingkat akurasi tinggi tidak diperlukan. Jika menggunakan pola Cetak 3D, lanjutkan langsung ke langkah 5.
2. Buat cetakan : Cetakan , yang dikenal sebagai master die, dibuat agar sesuai dengan pola utama. Jika master pattern dibuat dari baja, master die dapat dicetak langsung dari pattern menggunakan logam dengan titik lebur yang lebih rendah. Cetakan karet juga dapat dicetak langsung dari pola utama. Alternatifnya, master die dapat dikerjakan secara independen — tanpa membuat pola master.
3. Produce pola lilin wax: Meskipun disebut pola lilin, bahan pola juga dapat mencakup plastik dan merkuri beku. Pola lilin dapat diproduksi dengan salah satu dari dua cara. Dalam satu proses, lilin dituangkan ke dalam cetakan dan diaduk sampai lapisan rata, biasanya setebal 3 mm (0,12 inci), menutupi permukaan bagian dalam cetakan. Ini diulang sampai ketebalan pola yang diinginkan tercapai. Metode lain melibatkan mengisi seluruh cetakan dengan lilin cair dan membiarkannya dingin sebagai benda padat. Jika diperlukan inti, ada dua pilihan: lilin larut atau keramik. Inti lilin larut dirancang untuk meleleh dari lapisan investasi dengan sisa pola lilin; inti keramik dihilangkan setelah produk mengeras.
4. Merakit pola wav lilin : Beberapa pola lilin dapat dibuat dan dirangkai menjadi satu pola besar untuk dicetak dalam satu batch tuang. Dalam situasi ini, pola dilampirkan pada sariawan lilin untuk membuat kumpulan pola, atau pohon. Untuk menempelkan pola, alat pemanas digunakan untuk sedikit melelehkan permukaan lilin yang ditentukan, yang kemudian ditekan satu sama lain dan dibiarkan dingin dan mengeras. Sebanyak beberapa ratus pola dapat dirangkai menjadi sebuah pohon. Pola lilin juga bisa dikejar, yang berarti garis putus -putus atau kilatan terhapus menggunakan alat logam yang dipanaskan. Akhirnya, pola didandani(dengan menghilangkan ketidaksempurnaan) agar terlihat seperti potongan jadi.^[4]
5. Terapkan bahan investasi : Cetakan keramik, yang dikenal sebagai investasi , diproduksi dengan mengulangi serangkaian langkah — pelapisan, plesteran, dan pengerasan — hingga ketebalan yang diinginkan tercapai.
   1. Pelapisan / Coating melibatkan pencelupan cluster pola ke dalam bubur bahan refraktori halus dan kemudian dikeringkan untuk membuat lapisan permukaan yang seragam. Bahan halus digunakan pada langkah pertama ini, juga disebut lapisan utama, untuk mempertahankan detail halus dari cetakan.
   2. Plesteran / Stuccoing menerapkan partikel keramik kasar dengan mencelupkan pola ke dalam unggun terfluidisasi, menempatkannya di alat pengampelas curah, atau dengan mengaplikasikan bahan dengan tangan.
   3. Pengerasan Langkah-langkah ini diulangi hingga investasi mencapai ketebalan yang dibutuhkan—biasanya 5 hingga 15 mm (0,2 hingga 0,6 inci). Cetakan investasi dibiarkan benar-benar kering, yang bisa memakan waktu 16 hingga 48 jam. Pengeringan dapat dipercepat dengan menerapkan vakum atau meminimalkan kelembaban lingkungan. Cetakan investasi juga dapat dibuat dengan menempatkan kelompok pola ke dalam labu dan kemudian menuangkan bahan investasi cair dari atas. Labu tersebut kemudian digetarkan untuk memungkinkan udara yang terperangkap keluar dan membantu bahan investasi mengisi setiap lubang kecil.
   4. Bahan : bahan tahan api yang umum digunakan untuk membuat investasi adalah: silika, zirkon, berbagai silikat aluminium, dan alumina. Silika biasanya digunakan dalam bentuk leburan silika, tetapi terkadang kuarsa digunakan karena harganya lebih murah. Silikat aluminium adalah campuran alumina dan silika, dimana campuran yang biasa digunakan memiliki kandungan alumina dari 42 hingga 72%; pada 72% alumina, senyawa tersebut dikenal sebagai mullite. Selama pelapisan primer, refraktori berbasis zirkon biasanya digunakan, karena zirkonium lebih kecil kemungkinannya untuk bereaksi dengan logam cair. Sebelum silika, campuran plester dan cetakan tua (chamotte) yang ditumbuk digunakan. Pengikat yang digunakan untuk menahan bahan tahan api di tempat meliputi: etil silikat (berbasis alkohol dan diatur secara kimia), silika koloid (berbasis air, juga dikenal sebagai silika sol, diatur dengan pengeringan), natrium silikat , dan hibrida ini dikendalikan untuk pH dan viskositas.
6. Dewax : Setelah cetakan keramik benar-benar kering, cetakan tersebut dibalik dan ditempatkan dalam tungku atau autoklaf untuk melelehkan dan/atau menguapkan lilin. Sebagian besar kegagalan cangkang terjadi pada titik ini karena lilin yang digunakan memiliki koefisien ekspansi termal yang jauh lebih besar daripada bahan investasi yang mengelilinginya—saat lilin dipanaskan, lilin akan mengembang dan menimbulkan tekanan. Untuk meminimalkan tekanan ini lilin dipanaskan secepat mungkin sehingga permukaan luar lilin dapat meleleh dan mengering dengan cepat, memberikan ruang bagi sisa lilin untuk mengembang. Dalam situasi tertentu, lubang dapat dibor ke dalam cetakan sebelum pemanasan untuk membantu mengurangi tekanan ini. Setiap lilin yang keluar dari cetakan biasanya dipulihkan dan digunakan kembali.
7. Pemanasan bakar awal atau Burnout preheating: Cetakan kemudian mengalami pembakaran, yang memanaskan cetakan antara 870 °C dan 1095 °C untuk menghilangkan kelembapan dan sisa lilin, dan untuk menyinter cetakan. Terkadang pemanasan ini juga digunakan untuk memanaskan cetakan terlebih dahulu sebelum dituang, namun di lain waktu cetakan dibiarkan dingin agar bisa diuji. Pemanasan awal memungkinkan logam tetap cair lebih lama sehingga dapat mengisi semua detail cetakan dengan lebih baik dan meningkatkan akurasi dimensi. Jika cetakan dibiarkan dingin, retakan yang ditemukan dapat diperbaiki dengan bubur keramik atau semen khusus.
8. Penuangan / Pouring : Cetakan investasi kemudian ditempatkan dengan sisi terbuka ke dalam bak berisi pasir. Logam dapat dituangkan secara gravitasi atau dipaksakan dengan menerapkan tekanan udara positif atau gaya lainnya. Pengecoran vakum , pengecoran miring , penuangan dengan bantuan tekanan, dan pengecoran sentrifugal adalah metode yang menggunakan gaya tambahan dan sangat berguna saat cetakan berisi bagian tipis yang sulit diisi.
9. Divestasi : Cangkang dipalu, media diledakkan, digetarkan, dialiri air, atau dilarutkan secara kimiawi (terkadang dengan nitrogen cair) untuk melepaskan pengecoran. Sariawan dipotong dan didaur ulang. Pengecoran kemudian dapat dibersihkan untuk menghilangkan tanda-tanda proses pengecoran, biasanya dengan menggiling.
10. Finishing : Setelah digiling, pengecoran yang telah selesai kemudian dilakukan finishing. Ini biasanya lebih jauh dari penggilingan, dengan kotoran dan negatif dihilangkan melalui perkakas tangan dan pengelasan. Jika bagian tersebut memerlukan pelurusan tambahan, proses ini biasanya dilakukan dengan alat pelurus hidrolik, yang membuat produk sesuai dengan toleransinya.^[5]

Referensi

1. Investment Casting Process Description
2. Investment Castings
3. "Investment casting". Diakses tanggal 2017-10-10. 
4. Dvorak, Donna (May 2008), "The Not-So-Lost Art of Lost Wax Casting", Copper in the Arts (13), diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-08-20, diakses tanggal 2023-01-20 .
5. "A Guide To The Investment Casting Process. Texmo Precision Castings". Texmo Precision Castings (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2019-02-27.