Vom 3D-Druck zum Bronzeguss - Tipps und Ideen für eine erfolgreiche Anfertigung

Vielen Dank an Herr Barth für die tolle Zusammenarbeit und den konstruktiven Beitrag.

Smoothed ABS zu Bronzeguss

Vom 3D-Druck zum Bronzeguss - Tipps und Ideen für eine erfolgreiche Anfertigung

Bei dem 3D-Druck lassen sich die gewünschten Endprodukte nicht nur direkt auf der Druckplatte erstellen. Denn der 3D-Druck ermöglicht auch die Herstellung von Formen, die für den weiteren Entwicklungsprozess von großer Bedeutung sind. Die Herstellung von einem Bronzemodell lässt sich beispielsweise durch eine angefertigte Form aus dem 3D-Drucker vereinfachen.

Um zu einem professionellen Ergebnis zu gelangen, eignet sich allerdings die Zusammenarbeit mit einer professionellen Gießerei. Durch die Kooperation und den fachlichen Austausch mit Herrn Barth konnte ich wertvolle Erfahrungen sammeln, die ich Dir hier zur Verfügung stellen möchte. In diesem Beitrag erfährst Du demnach, wie sich ein Bronzemodell erstellen lässt und welche Rolle der 3D-Druck bei dem Prozess einnimmt.

Welche Schritte sind für die Erstellung eines Bronzemodells relevant?

Zunächst möchte ich Dir aufzeigen, welche Schritte bei dem Entwicklungsprozess anfallen. Anhand dieses groben Überblicks ist leicht zu erkennen, dass bei dem Prozess ausgeprägte Fachkenntnisse notwendig sind. Im Anschluss erhältst Du daher einen Einblick in den Herstellungsvorgang, auf den Herr Barth umfassend eingeht.

Der grobe Rahmen für den Herstellungsprozess

  1. Vor dem 3D-Druck sollte die Wandungsstärke mit der Gießerei abgestimmt werden
  2. Druck des 3D-Modells mit einem Wachsfilament, PLA oder ABS
  3. Ausschwenken des Modells mit Wachs
  4. Hohlraum der Form mit Einbettmasse füllen
  5. Notwendige Eingusskanäle und Entlüftungsröhrchen an sinnvollen Stellen ansetzen
  6. Einbettmasse äußerlich auftragen und Schamotteblock anfertigen
  7. Schamotteblock im Ofen erhitzen und den 3D-Druck verbrennen lassen
  8. Schamotteblock befestigen und Bronze durch Eingusskanäle einfüllen
  9. Metall abkühlen lassen, Schamotte abschlagen und Modell reinigen
  10. Eingusskanäle und Fremdkörper entfernen
  11. Oberfläche des Modells gegebenenfalls behandeln

Detaillierter Einblick in die professionelle Herstellung des Bronzemodells

 

„Beim Metallguss im Wachsausschmelzverfahren, hier stellvertretend sogar das Originalausschmelzverfahren eines 3D-Drucks, muss jede Skulptur individuell betrachtet werden. Grundsätzlich hat jede Gießerei abhängig vom verwendeten Metall Mindest- und Maximalwandungsstärken, die beim 3D-Druck berücksichtigt werden sollten. Die „normale“ Wandungsstärke liegt meist zwischen 3 und 6 mm, je nach Größe der Skulptur und bereits ab 10 mm kann es zu Komplikationen kommen. Dabei ist zeitgleich darauf zu achten, dass keine langen dünnen Hohlräume oder Spitzen im Inneren entstehen. Eventuell gibt es die Möglichkeit einen dünnen 3D-Druck zu fertigen und diesen von der Gießerei mit Wachs ausschwenken zu lassen. Dies verstärkt einerseits die Wandungsstärke auf das gewünschte Maß und beim Schwenken erhält man als Ergebnis im Innenraum abgerundete Ecken.

 

Nun muss der Hohlraum von der Gießerei mit einer meist sirupartigen Einbettmasse gefüllt werden. Daher muss der Hohlraum entsprechend gestaltet worden sein, dass keine Luft versacken kann. Die erwähnten vermiedenen spitzen Ecken und vormals dünnen Hohlräume würden beim späteren Gießvorgang bei Belastung abbrechen und den Guss unbrauchbar machen.

 

Die notwendigen Eingusskanäle werden individuell zur Skulptur an Stellen angesetzt, dass man einerseits möglichst wenige braucht, andererseits mit Kompromissen nur an den Stellen, die man später auch leichter bearbeiten kann. Dies gilt nicht nur im Sinne der Erreichbarkeit für Maschine und Werkzeug, sondern auch die Art und Weise der Struktur und Formgebung, ob diese handwerklich wieder einfach reproduzierbar ist.

 

Ganz oben münden die Gießkanäle in einen Trichter, über den später das Metall in die Form läuft. An den Gießkanälen selbst werden noch Entlüftungen gesetzt, denn die Luft die beim Einfüllen des Metalls verdrängt wird, muss sicher und einfach entweichen können. Der mit Einbettmasse gefüllte Innenraum muss ebenfalls ein Entlüftungsröhrchen erhalten, denn die Masse enthält in geringer Menge auch Luft, die sich beim Gießvorgang erhitzt, dadurch ausdehnt und somit auch abgeführt werden muss.

 

Bei größeren Skulpturen benötigt man noch Kernnägel. Diese werden zur Hälfte durch die Wandung gesteckt. Die Wandung des 3D-Drucks ist nach dem Brand ein Hohlraum und die Aufgabe dieser Nägel ist die Haltung der Position der äußeren Einbettmasse zur inneren Einbettmasse.

 

Äußerlich wird nun schichtweise auch die Einbettmasse aufgetragen und die so vorbereitete Form wird in ein Rohr, Kiste oder ähnliches gestellt und bis zur Oberkante des Trichters äußerlich mit Einbettmasse gefüllt. So entsteht ein Block, im Folgenden nun Schamotteblock genannt, bei dem nur noch die Trichteröffnung zu sehen ist. Diese Schamotteblöcke werden nun im Ofen erhitzt und bei über 700°C ausgebrannt. Dabei muss sowohl der 3D-Druck restlos verbrennen, als auch das kristallin gebundene Wasser in der Einbettmasse. Bedeutet, dass das Material des 3D-Druckes hinsichtlich der Verbrennbarkeit gut gewählt sein will.

 

Nach vorsichtiger gleichmäßiger Abkühlung müssen die Schamotteblöcke „eingeklemmt“ oder in Erde eingestampft werden. Ohne diesen Vorgang könnte solch eine Form beim Gießvorgang platzen.

 

Nun kann z.B. die auf 1200 °C erhitzte Bronze in die Form gegossen werden. Das Metall läuft in den Trichter, durch die Eingusskanäle und füllt den Hohlraum, der einst vom 3D-Druck eingenommen wurde. Die dabei verdrängte Luft, entweicht durch die vorgesehenen Entlüftungsröhrchen.

 

Nach Abkühlung des Metalls kann die mürbe gewordene Schamotte grob abgeschlagen und der Guss mit einem Hochdruckreiniger äußerlich und innerlich gesäubert werden. Von diesem sogenannten Rohguss werden nun die Eingusskanäle abgetrennt. Kernnägel müssen als Fremdmaterial fein säuberlich ausgebohrt werden und die entstandenen Löcher mit geeigneter Metalllegierung verschweißt werden. Sowohl Schweißpunkte, als auch die Setzpunkte der Eingusskanäle müssen nun nach Modell/Original verarbeitet werden. Dies geschieht zunächst grob mit Winkelschleifer, dann mit Fräser und Meißel und abschließend mit Feilen und Punzen.

 

Nach Abschluß der Metallarbeiten wird je nach Wunsch die Oberfläche behandelt. Angefangen von einer chemischen Reinigung, die beim Bronzeguss eine helle bronzige Oberfläche hinterlässt, bis zu einer patinierten Oberfläche, bei dem der Kunde Wunschrichtungen angeben kann. - Hell oder dunkel eine Brauntönung bis hin zu einer fast schwarzen Oberfläche, aber auch Grüntöne sind dabei möglich. - Dies geschieht mittels Erwärmung der Bronze und anschließenden Auftupfen einer vorbereiten Salzlösung. Je nach Tönung wird ein anderes Salz oder eine andere Konzentration gewählt. Diese Oxidation der Oberfläche verläuft je nach Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit, Metalltemperatur anders und somit ist keine Patina gleich der anderen.”

 

DIY-Tipps für den Herstellungsprozess

Aus dem detaillierten Bericht von Herrn Barth und unserer gemeinsamen Zusammenarbeit lassen sich wichtige Erkenntnisse ableiten. Diese Erkenntnisse habe ich für Dich in nützliche DIY-Tipps umformuliert:

Technische Voraussetzungen:

Um ein optimales Ergebnis zu erzielen, ist es wichtig, die technischen Voraussetzungen zu beachten. Achte zunächst darauf, dass das Modell eine Wandstärke zwischen 3 mm und 6 mm aufweist. Damit sich Verformungen und Risse nach dem Erkalten einschränken lassen, sollten mehr als 10 mm Wandstärke vermieden werden.

Auch bei der Form gibt es zahlreiche Aspekte zu beachten. Erstelle daher ein Modell, das von innen hohl ist und keinen geschlossenen Boden aufweist. Stelle im Slicer dazu die folgenden Einstellungen ein:

     0 Bottom-Layer

     5 mm (Anforderung) / 0,4 mm (Düse) = 12,5 ~13 Outline-Shells

Weitere Details solltest Du allerdings mit einer Gießerei absprechen.

Absprache mit Gießerei:

Wenn Du eine Bronzefigur auf Basis eines 3D-Drucks anfertigen möchtest, empfiehlt sich eine detaillierte Absprache mit einem Gießer oder einer Gießerei. Bespreche daher die technischen Details zu den Mindest- und Maximalwandungsstärken sowie den Übergängen, um das passende 3D-Modell herzustellen.

Besseren Einzelpreis erzielen:

Du möchtest eine Reihe an sehr kleinen 3D-Modellen als Bronzeguss anfertigen lassen? Dann ist es sinnvoll, mehrere Güsse auf einmal in Auftrag zu geben. Bei kleinen 3D-Objekten können mehrere Drucke an einem Strang im Schamotteblock angeheftet und gegossen werden. Auf diese Weise lässt sich wiederum der Einzelpreis aller Formen reduzieren.

Du hast weitere Fragen zum Herstellungsprozess oder Du möchtest ein 3D-Modell für den Bronzeguss herstellen lassen? Dann melde Dich gerne über mein Kontaktformular.