Cómo iniciarse en la fundición a la cera perdida (con un toque de impresión 3D)

Siempre he pensado que hay tres cosas que se pueden hacer con el metal: cortarlo, doblarlo y unirlo. Claro, sabía que se podía derretir, pero eso siempre era algo que sucedía en las grandes fundiciones: diseñas algo y lo envías para fundirlo en algún gran edificio angular que produce humo. Después de todo, fundir la mayoría de los metales es difícil. La plata se derrite a 1763 °F. Cobre a 1.983 °F. No sólo es necesario crear un entorno que pueda alcanzar esas temperaturas, sino que también es necesario construirlo con materiales que puedan soportarlas.

Resulta que fundir metal no es tan malo. Sorprendentemente, descubrí que la parte más difícil del proceso, al menos para un ingeniero como yo, es crear el patrón que se replicará en metal. Esa parte es puro arte, pero afortunadamente aprendí que podemos usar la tecnología para hacer un poco de trampa.

Cuando decidí dedicarme al casting a principios de este año, no sabía prácticamente nada al respecto. Antes de profundizar en los detalles aquí, repasemos un resumen rápido para ahorrarle el primer día que pasé investigando el proceso. En esencia, estos son los pasos involucrados en la fundición a la cera perdida o de inversión:

Había estado dando vueltas a la idea de probar esto desde el otoño pasado, pero realmente no sabía por dónde empezar. Parecía que había mucho equipo involucrado y no soy escultor, así que sabía que hacer patrones sería un desafío. Había oído que se podían imprimir patrones de cera en 3D en lugar de tallarlos a mano, pero la mejor máquina para el trabajo es una impresora SLA, que es prohibitivamente cara, o eso pensaba.

Esa percepción cambió cuando mi hermano Sam compró una impresora 3D Elegoo Mars. Me sorprendió que pudieras conseguir una máquina SLA de menos de 300 dólares y me sorprendió absolutamente la calidad de las impresiones que producía. Pude conseguir un poco de resina para impresora diseñada para microfusión e imprimí mi primer patrón: dos pequeños Pikachus y una torre.

Utilizo PowerResins WAX para mi resina de impresión. Es caro pero imprime muy bien y se quema limpiamente. Tiene problemas para adherirse a la plataforma de construcción, pero puedes solucionarlo imprimando la placa. Algunas personas recomiendan pintar sobre algunas capas de resina y curarlas con luz ultravioleta antes de imprimir. Sigo un consejo que encontré en este video de YouTube y solo incluyo algunas capas de imprimación en mi impresión. Esto puede parecer un poco derrochador, pero si evita que una impresión se salga de la plancha, vale la pena.

Por supuesto, aquí podemos seguir la ruta clásica y hacer nuestros patrones a mano. He probado esto y he tenido éxito haciendo cosas simples como un anillo que tallé en cera, pero me perdería en diseños más complejos. Como dije, no soy escultor, pero es divertido tallar un patrón manualmente. La cera está disponible en muchas formas: láminas, bloques, anillos en blanco y otros. Hay algunas herramientas de tallado realmente bonitas que tengo ahora, pero mi primer anillo lo formé con una navaja de bolsillo, una lima y una lijadora de disco. Tampoco se trata solo de quitar material: dado que la cera es fácil de derretir, es común fusionar piezas para crear una pieza terminada.

A algunos les gusta tomar su modelo de cera o algo completamente distinto y hacer un molde de silicona antes de comenzar el proceso. Eso les permite inyectar cera caliente (un proceso llamado moldeo por inyección) en la silicona para crear el patrón, lo que les permite guardar el original. Nunca probé el proceso, pero es una excelente manera de hacer varias copias de una pieza.

Una vez que tenemos algo que replicar en metal, llega el momento de hacer un árbol. El árbol es una estructura de cera que contiene todos los trozos de cera que acabamos de hacer y, una vez que se quema la cera del molde, actúa como guía para el metal fundido a medida que se vierte. Las ramas del árbol a menudo se denominan bebederos y el proceso, bebedero. Para formar el árbol, comenzamos con una varilla de cera central y le unimos alambres de cera más pequeños usando cera pegajosa y un bolígrafo de cera, que calienta la cera para derretirla. (Hombre, eso es mucha cera). Luego podemos unir las piezas que hicimos a esos cables. El árbol se asienta sobre una base de bebedero de goma, que formará un cuenco en la parte superior del molde llamado botón. Ahora que tenemos un patrón completo, es hora de hacer un molde.

Tenemos un positivo de nuestra parte final, pero ahora falta sacar un negativo. Tomaremos un cilindro de acero llamado matraz y lo deslizaremos sobre la base del bebedero. Aquí también necesitaremos un poco de yeso de revestimiento: el yeso estándar de París no es suficiente porque no resiste el calor. Afortunadamente, no es difícil conseguir una bolsa del material adecuado. Menos afortunadamente, es algo desagradable. Siempre uso gafas, guantes y un respirador con el que trabajo y, en buena medida, trabajo al aire libre. Incluso me cepillo la ropa antes de entrar. Resulta que el ingrediente que une el revestimiento, el sílice libre, puede provocar cáncer si se inhala. Descubrí que si algo puede soportar altas temperaturas y desprende polvo, probablemente no deberías respirarlo. De todos modos, podemos mezclar un poco de eso con agua y verterlo en el matraz. Utilizo una batidora eléctrica de mano, que nunca más volveré a ver en una cocina, para mezclar mi inversión.

Si simplemente lo echamos bien, el trozo final no quedará muy bonito. El proceso de mezcla introduce toneladas de burbujas en la lechada y, gracias a su alta viscosidad, esas burbujas no explotarán solas. Me gusta usar una cámara de vacío para eliminar las burbujas de mi inversión antes de verterla en el matraz; no dejes que eso te asuste.

Mi “cámara de vacío” es una vieja bomba mecánica conectada a una lata de café Maxwell House. Mientras la bomba está funcionando y la taza de revestimiento está en la lata de café, golpeo violentamente la cámara durante unos minutos para ayudar a que las burbujas suban a la superficie. Otro truco que he aprendido para deshacerme de las burbujas es aplicar alcohol isopropílico sobre el patrón y sacudir el exceso justo antes de verter el revestimiento. A algunos les gusta pintar una capa fina de revestimiento y dejar que se endurezca antes de mezclar más para verterlo en el matraz. Después de verter, me gusta poner todo el matraz en la cámara de vacío para sacar las burbujas restantes, mientras golpeo la cámara un poco más suavemente. Una vez que tengamos un frasco lleno de yeso endurecido, debemos dejar que cure por completo: al menos una o dos horas, pero a mí me gusta esperar toda la noche.

Así que hicimos una réplica de nuestra pieza final y luego la enterramos en metal y yeso. Ahora es el momento de destruir todo nuestro arduo trabajo arrojándolo al horno. Bueno, colocándolo en un horno. Muy cuidadosamente. Mientras usa guantes y gafas de seguridad.

Esta parte del proceso, llamada quemado, es donde retiramos el patrón de cera/plástico del molde. Esto deja una cavidad que, si hemos hecho todo correctamente hasta ahora, está libre de cenizas y lista para aceptar algo de metal fundido. Es un poco estresante, sobre todo si hemos pasado horas tallando un modelo de cera.

Me gusta abrir el matraz con el orificio hacia abajo para que la cera pueda gotear en una bandeja a medida que se derrite, y luego girar el matraz con el orificio hacia arriba para permitir que los gases escapen una vez que se completa la fusión. Algunos dicen que lo mantengamos escondido todo el tiempo. Los fabricantes de revestimientos han recomendado cronogramas (tiempos y temperaturas) a seguir, pero a mí me gusta uno sugerido por Practical Casting de Tim McCreight. Enumeré el horario que uso en la publicación del blog original que vinculé al comienzo de este artículo. Aquí también tenemos cierto margen de maniobra a la hora de elegir el horno; En mis primeros intentos, utilicé un horno de laboratorio que robé de la mesa de nanofabricación de mi hermano y volví a él aproximadamente cada 15 minutos para ajustar las temperaturas y seguir las rampas programadas. Ahora utilizo un horno programable especialmente diseñado.

El último paso en cualquier programa de quemado es mantener el matraz a una temperatura adecuada para la fundición, generalmente unos cientos de grados por debajo de la temperatura de vertido del metal. Normalmente lo mantengo a 1250 °F hasta que esté listo para servirlo.

Después de todo ese trabajo por fin tenemos un molde, y ahora toca rellenarlo. Básicamente, derretiremos un poco de metal y lo verteremos en la cavidad. Necesitaremos otro horno para esta parte; mientras nuestro horno mantiene caliente el matraz, agregamos metal a un crisol, lo colocamos en el horno y lo fundimos. Aquí es importante conocer la temperatura de vertido del metal; por ejemplo, la plata se funde a 1763 °F pero se vierte alrededor de 1850 °F. Aprendí eso de la manera más difícil cuando la plata que parecía fundida en mi crisol se volvió sólida en el aire entre el crisol y el matraz mientras intentaba verterla. También debemos tener cuidado de no hervir el metal, que es algo que realmente puede suceder.

De manera similar al paso anterior, comencé con un horno robado a Sam antes de conseguir uno destinado a la tarea. Tanto mi horno como mi horno son pequeños hornos eléctricos fabricados con hornos TableTop (¡en Estados Unidos!). Tengo enlaces a ellos en la lista completa de equipos en la publicación del blog a la que me vinculé.

Hay algunas maneras en que podemos abordar el vertido. Podemos sacar el matraz del horno y simplemente verter el metal. Esto se conoce como fundición por gravedad, porque dependemos de la gravedad para empujar el metal fundido hacia el interior del molde. Funciona, pero es posible que veamos cierta pérdida de detalles y grietas sin rellenar donde el metal no pudo fluir.

Otro método se llama lanzamiento de cabestrillo, donde colocamos el matraz en un soporte con una cuerda atada y usamos nuestros brazos para balancear el matraz en un círculo junto a nosotros. La fuerza centrífuga ayuda a empujar el metal hacia esos lugares difíciles de alcanzar. No he probado este método porque me aterroriza por razones obvias.

Una versión un poco más sencilla de la fundición con honda es la fundición centrífuga, en la que el matraz se coloca horizontalmente en una centrífuga, que utiliza una acción similar para introducir el metal en el molde.

Mi método preferido es la fundición al vacío. Tengo un agujero en la parte superior de la cámara de vacío de la lata de café, sobre el cual coloco un tapete de silicona (también con un agujero). El yeso de revestimiento es poroso, por lo que cuando hago vacío a través del matraz, el metal fundido desciende hacia el molde.

Durante el vertido, a menudo no parece que el molde haya absorbido nada de metal. En cambio, parece como si el metal simplemente se acumulara en el botón en lugar de fluir a través de la cavidad. Esto siempre me engaña y el vertido casi siempre sale bien.

Independientemente del método que elijamos, ahora esperamos unos minutos hasta que el botón se enfríe hasta adquirir un color rojo apagado. En este punto, podemos apagar el matraz en un balde de agua. Usando pinzas, por cierto. Hemos estado usando pinzas todo este tiempo. A medida que el agua alrededor del matraz hierve, el revestimiento se disuelve y escucharemos un ruido sordo cuando el árbol de metal cae al fondo del balde. Espere aproximadamente un minuto hasta que todo se enfríe, suponiendo que haya suficiente agua en el balde: yo uso 5 galones. (Menos agua = más tiempo de enfriamiento). Finalmente, podemos recuperar el árbol y, con suerte, maravillarnos de lo bien que fue el proceso.

¡Hemos terminado! Bueno, casi. Tenemos un árbol de metal, pero lo que queremos son piezas de metal. A menos que las partes que moldeemos sean árboles diminutos, en cuyo caso supongo que tenemos un árbol de árboles. Ahora necesitamos realizar algunos pasos de posprocesamiento para limpiar las piezas.

Lo primero es sacarlos del árbol. Intentaremos cortar la parte del bebedero lo más cerca posible de la misma. Utilizo una sierra de joyero y una sierra para metales pequeña para esto, pero una herramienta giratoria o una sierra más grande también deberían funcionar bien. Una vez separadas las piezas, podemos limpiarlas. A menudo limpio los restos del bebedero con una muela y retoco el área con una lima. Cualquier burbuja u otro defecto se puede disfrazar de manera similar y luego se envía a un vaso.

Me gusta usar jabón para platos Dawn y agua en perdigones de acero inoxidable durante varias horas para pulir la pieza. Esto no suavizará la textura cruda del yeso, por lo que si queremos suavizar alguna superficie, tendremos que hacerlo con limas y papel de lija con anticipación. El posprocesamiento es un arte en sí mismo, por lo que podemos esperar dedicar bastante tiempo a esta área, dependiendo del aspecto final que queramos lograr. Si el acabado del molde es aceptable, entonces el proceso será mucho más rápido.

Bueno, ya hemos terminado. Todo lo que queda es admirar lo genial que acabamos de elegir y poner celosos a nuestros amigos con nuestro nuevo pasatiempo.

He estado haciendo cosas con mis manos desde que tengo uso de razón, pero este proceso se siente diferente a todos los demás. Hay algo existencial en pasar horas elaborando (o incluso imprimiendo) un patrón de cera, sólo para consumirlo en el proceso de formar algo nuevo. La mayoría de los pasos de este proceso son un “punto sin retorno”, por lo que todo lo que hagamos debe ser deliberado, creando y destruyendo. Cualquier error en el patrón de cera se traslada a la pieza de metal final. Hay innumerables maneras de que las cosas salgan mal, pero es el proceso más gratificante con el que he trabajado.

Quizás estoy leyendo demasiado sobre todo el asunto. Todo lo que puedo decir con seguridad es que hice algunas cosas interesantes y me divertí muchísimo en el camino.