Какие материалы используются?
Довольно редко встречаются скульптуры из чистого металла в силу того, что его свойства не соответствуют необходимым требованиям прочности, чистый металл очень мягкий. Для отливок из чистового металла применяются тяжелые металлы — олово, свинец, цинк.
При образовании соединений металл приобретает необходимые свойства прочности, твердости, пластичности, вязкости, упругости и т.д. Поэтому при художественном литье в основном используют черные и цветные сплавы. Соединение двух или нескольких химических элементов в определенных пропорциях называется сплав.
Так соединение железа и углерода в определенном соотношении образуют черные сплавы, это чугун и сталь, для художественного литья чаще применяется серый литейный чугун.
А соединения меди и цинка, алюминия, свинца, олова, магния и других элементов образуют цветные сплавы. Для художественного литья в основном используют медные сплавы – это латуни и бронзы. Также в ювелирном литье применяют золотые, платиновые, серебряные сплавы.
Каждый металл и сплав обладает определенными физическими, механическими и технологическими свойствами. Исходя из этого для каждой художественной отливки выбирают нужный и наиболее подходящий для нее материал.
При этом важными технологическими свойствами являются литейные свойства, такие как жидкотекучесть, усадка и ликвация, от них зависит хорошее заполнение литейной формы и получение отливок без дефектов (раковин, пор, трещин и т.д.).
Медные сплавы (латунь, бронза) используют для деталей, воспринимающих трение, они устойчивы против коррозии во влажной атмосфере и морской воде, а также обладают хорошими литейными свойствами, поэтому их широко применяют для художественных отливок, устанавливаемых на улице – это бюсты, памятники и т.д.
Латунь является сплавом меди и цинка, часто с добавлением свинца, олова, алюминия и других элементов. Латунь дешевле бронзы в силу меньшего содержания олова. Она имеет плотную структуру и идеально подходит для создания отливок сложной формы.
Бронза – это сплав меди с оловом, алюминием, марганцем, свинцом и другими элементами. Сплав меди с оловом называют оловянными бронзами, а сплавы меди с алюминием, свинцом, марганцем и т.д., называют безоловянными бронзами или специальными (алюминиевыми, свинцовыми, марганцевыми и т.д.).
В силу дороговизны цветных сплавов, наиболее широкое применение в художественном литье получил серый чугун, особенно для небольших отливок, с покрытием от коррозии.
Этапы создания литейного изделия
Существует много способов и технологий литья. Для получения художественных отливок широко применяется литье по выплавляемым моделям.
— Сущность данной технологии заключается в том, что сначала изготавливается модель будущего художественного изделия и ее литниковая система из легкоплавких материалов, например воска, парафина, пластика и т.д. Литниковая система представляет собой каналы, по которым будет в дальнейшем заливаться расплавленный металл, их нужно расположить так, чтобы потом у полученной отливки их аккуратно можно было срезать.
— На полученную легкоплавкую модель наносят несколько слоев суспензии и обсыпки, которая после высыхания превращается в огнеупорную оболочку.
— Далее легкоплавкую модель выплавляют из этой оболочки, при этом оболочка не расплавляется и остается целой, так получается пустотелая форма, в которую по литниковой системе в будущем будет заливаться расплавленный сплав. Внутренняя часть формы полностью повторяет художественное изделие.
— Полученную форму заформовывают в неразъемных опоках и прокаливают.
Процесс создания формы самый трудоемкий и занимает львиную долю времени производства.
— Далее в полученную форму заливают расплавленный сплав. Это самый непродолжительный этап в производстве, но он играет не менее важную роль, как и все остальные, поскольку существует возможность появления браков в виде пригоревших частей, образовавшихся спаев, недоливов, пустых участков и т.д. Процедура наполнения осуществляется с помощью специальных ковшей.- Остывание формы.
— После чего форму разрушают и извлекают художественную отливку. Обычно это делается механическим путем: клешнями и молотком.
— Затем начинается процесс очистки полученных деталей от нежелательных выпоров и заливов, срезают литники.
— Для придания законченного вида проводят различные механические операции (фрезеруют, шлифуют, чеканят т.д.). А для того чтобы изделие сверкало и имело абсолютно гладкую поверхность, его полируют войлоком, кожей или тканью, заправленной специальным средством.
— На последнем этапе собираются все отливки в одну целостную композицию, в случае изготовления изделия по частям.
Художественное литье выполнено. После этого скульптура готова к установке, чтобы радовать взор целых поколений.
Конечно процесс представлен довольно просто и в общем, но если каждый этап разобрать до мелочей, то будет видно, сколько нюансов присутствует в каждом этапе, и на сколько они все важны. В данном деле каждый этап очень важен, любая мелочь может полностью перечеркнуть весь проделанный труд.
Коротко процесс создания литой фигуры состоит из следующих этапов. Это:
• изготовление формы;
• отливка;
• разрушение формы;
• зачистка отливок;
• шлифование;
• полирование;
• сбор отливок.
Литье по выплавляемым моделям известно еще с давних времен, его основным недостатком является множество ручной работы, высокая трудоемкость и сроки. И сегодня данный процесс продолжает совершенствоваться. Упрощаются процессы получения легкоплавких моделей, их выплавления, формования, создания опок и т.д.Новым совершенствованием стало создание легкоплавких моделей путем их печати на 3d-принтере. Это на порядок ускоряет процесс создания художественных отливок. В данном способе все зависит от точности 3d-печати.
Не смотря на недостатки, литье по выплавляемым моделям обладает множеством достоинств:
1. Неразъемная форма устраняет появление швов на отливке.
2. Возможность получения отливок со сложными формами.
3. Получение чистой поверхности, не требующей дальнейшей механической обработки.
4. Низкая стоимость опок.
5. Возможность расположения в одной опоке нескольких изделий в виде елочки прикрепленных к общему литнику.
6. Низкая стоимость получения изделий.
7. При отливке чугуна изделия получаются без отбела, что сокращает процесс термической обработки (отжига).
8. Возможность получения отливок достаточно больших форм.
9. Достаточно высокая точность, позволят оставлять минимальный припуск на точные поверхности изделия, или вовсе не оставлять для неточных художественных форм.
Процесс проектирования художественного изделия
Первоначально художники или дизайнеры, как примерно и в промышленном дизайне, рисуют множество рисунков и набросков, которые в последующем конкретизируют и получают полноценные эскизы будущего изделия – произведение искусства. Возможно вырезание изделия из воска и других легкоплавких материалов вручную.
А также по данным эскизам проектировщик с помощью различных 3D CAD-систем может создать трехмерную модель данного художественного изделия.
Так проектировщик становится связующим звеном между художником и производством художественных изделий, между творчеством и технологией, между искусством и наукой.
От него на самом деле много зависит, так как именно его 3d-модель влияет на все последующие этапы художественного литья. Проектировщик должен хорошо знать и представлять все эти этапы получения отливки, чтобы моделировать с учетом нюансов литейного производства, заложить уклоны, необходимые припуски, предусмотреть усадку и т.д.
Кроме того, создание 3d-моделей художественных изделий, имеющих сложные поверхности и более гладкие их сопряжения G3, требует глубоких знаний самой CAD-системы, умения работать с поверхностным моделированием, созданием полигональных моделей и многих других возможностей CAD-систем.
Несмотря на то, что создание художественного изделия это дело больше творческое и больше ручной процесс, например, создание эскизов нового изделия и вырезания скульптур, компьютерные технологии и различные CAD/CAM-системы стремительно развиваются и всё больше и больше внедряются в процесс воплощения задумки художника в жизнь, делая его более быстрее, проще и экономичнее.
Использование 3d-принтеров
Созданная 3d-модель может быть распечатана на 3d-принтере и в последующем выплавлена при создании формы.
Преимуществами такого метода по сравнению с ручным изготовлением легкоплавкой модели являются:
• высокое качество и точность;
• возможность изменения модели, ее корректировка, доработка и т.д.;
• автоматизация процесса проектирования;
• снижение сроков изготовления опок и технологической подготовки производства;
• Повторное неоднократное использование модели.
Но этот процесс ограничен возможностями 3d-принтера, т.е. небольшими размерами отливок, и точностью 3d-печати. Хотя и сегодня они обладают вполне достойными характеристиками, 3d принтеры постоянно развиваются, так что эти ограничения возможно существуют временно, понаблюдаем за этим вместе.
Станки с ЧПУ
По математической модели изделия возможно легко спроектировать и саму форму, разработать управляющие программы для станков с ЧПУ, и соответственно произвести форму на данных станках.
Также возможно написать управляющие программы для обработки самой модели на станке с ЧПУ, например, из дерева или других легкоплавких материалов. И по данной модели создать уже форму для дальнейшего литья.
Современные CAD/CAM-системы позволяют как проектировать изделия, так и разрабатывать управляющие программы для любых станков с ЧПУ, в том числе и 5-ти координатных, наиболее подходящих для фрезерования художественных изделий.
Использование станков с ЧПУ ускоряет и удешевляет процесс создания художественных изделий.
Заключение
На сегодняшний день художественное литейное производство все больше требует сокращения времени производства, снижения трудоемкости и себестоимости зачастую путем автоматизации и совершенствования технологии литья. А также выявления новых способов изготовления легкоплавких моделей и самих форм, так как именно создание формы является самым трудоемким процессом.
Сегодня используются технологии 3d-печати, 3d-сканирования, высокоскоростные станки с ЧПУ, более совершенные CAD-системы и многие другие технологии и инструменты. Таким образом все более важным становится разработка качественных 3d-моделей.
Роль проектировщика 3d-моделей является одной из самых важных, так как ему необходимо максимально точно воспроизвести эскизную задумку художника в математическую 3d модель. Его деятельность находится на стыке дизайна и инженерии.
