Question existentielle sur le procédé de fonte à la cire perdue

happy-lulu
Apprenti
6 Mai 2009
60
  • Auteur de la discussion
  • #1
Bonjour,

je m'intéresse depuis quelques temps à la fonte à la cire perdu, ou plutôt au PLA perdu.
L’intérêt est évidemment la vitesse de réalisation d'une idée au format CAO vers une pièce métallique presque fini (nécessite parfois quelques usinages) en utilisant la puissance de l'impression 3D.

Je me posais une question en tant qu'ignare complet du domaine:

Lorsque l'on a fait fondre/bruler le modèle en plastique (ou cire, ou mousse) et qu'on a une belle empreinte de la pièce dans un bloc de plâtre, pourquoi fait-on l'effort de fondre l'aluminium(ou autre métaux, même si c'est l'alu qui m'intéresse vraiment) dans un creuset pour ensuite ensuite le couler le moule?
En tant qu'ignare, j'ai imaginé que l'on pourrait supprimer cette "dangereuse" étape de coulée en déposant directement des pellets d'aluminium (en quantité suffisante) dans l'empreinte du moule puis déposer le moule dans un four qui serait à une température un peu supérieur au point de fusion du métal (environ 750°C par exemple). L'aluminium se liquéfierait et aurait tout le temps de bien épouser la forme du moule avant que l'on ressorte le moule du four et le laissions refroidir.

Ayant essayé de répondre par moi-même à cette question à grand coup de recherche sur google, j'ai trouvé deux problèmes potentiels:
1. On a pas l'occasion de déposer du borax pour supprimer l'oxyde d'aluminium. -->ma réponse serait de mettre le borax au moment ou l'on dépose les pellets (froid) dans l'empreinte du moule en plâtre.
2. Le plâtre ayant cuit pendant toute la montée en chaleur de l'aluminium, il s'est déshydraté (ou sèché, ou autre terme pour designer le fait le recuire pour le réutiliser) et est devenu friable, laissant ainsi des morceaux de plâtre flotter dans l'aluminium en fusion. ---->ma réponse serait de mélanger du plâtre avec du sable assez fin dans le but de rendre la matière du moule plus résistance à l'abrasion et au brasage que l'aluminium lui ferai subir

Voila, si vous avez des réponses (et que vous êtes d'accord de faire mon éducation :) ), je serais très heureux d'aller me coucher moins con.
 
MARECHE
Compagnon
6 Février 2011
2 683
Nancy
Bonjour.
Ca ne marche pas pour plusieurs raisons: le plâtre normal, ou spécial pour moulage haute température genre plâtre christ conduit mal la chaleur, l'aluminium s'oxydera avant de fondre.
-la quantité de pellets sera trop petite pour remplir le moule après fusion.
-les oxydes resteront dans la pièce et feront des défauts.
-de toute façon il faut beaucoup plus de métal liquide que le volume de la pièce: on doit avoir de grosses masselottes figeant en dernier pour continuer à alimenter le moule en liquide pendant la solidification. Autrement la pièce a des trous!
Salutations
 
happy-lulu
Apprenti
6 Mai 2009
60
  • Auteur de la discussion
  • #3
Bonjour,
Je te remercie pour cette explication on ne peut plus claire.
Tu dis qu'il faut beaucoup plus de métal liquide que le volume de la pièce, je me demandais dans quelles proportions (combien de %volumique en plus)? En fait je me disais qu'il serait possible de refroidir la pièce de manière lente et controlée(puisque le moule est dans un four que l'on peut régler) et passer la transition liquide-solide très lentement et ainsi l'empreinte de la pièce aurait tout son temps pour "aspirer" exactement la quantité de métal nécessaire.
 
happy-lulu
Apprenti
6 Mai 2009
60
  • Auteur de la discussion
  • #4
Ah et autre question:
pour les oxydes qui seraient dans le moule et créeraient des défauts, est-ce que l'addition de borax au fond de l'empreinte avant de déposer les pelets aurait-il un effet désoxydant au moment de la fusion? sur les vidéos je vois toujours les gens rajouter le borax dans l'aluminium en fusion et par dessus et je me demande si le borax doit être déposé au dessus de l'aluminium en fusion pour être directement en contact avec l'oxyde d'aluminium (qui devrait être logiquement en train de flotter en dessus du métal en fusion) ou si le mélanger avec l'alu froid dans le creuset avant de le fondre aurait le même effet désoxydant?
 
happy-lulu
Apprenti
6 Mai 2009
60
  • Auteur de la discussion
  • #6
Bonjour,
j'imaginais mettre des pellets à base de métal d'apport pour soudure tig alu (pour commencer puisque j'ai ca sous la main), du coup la dimension serait des cylindres de 3mm de diamètre sur 4-5mm de long.
Je me disais que les parties oxydées qui n'auraient pas été neutralisées par le borax devraient gentillements remonter à la surface(?), au même titre que les bulles.
Le système aurait été un petit four électrique de fonderie de métaux précieux (max 1200°C, que je possède déjà) avec un système de vide (j'ai également la pompe) par le dessous du moule en plâtre (qui serait coulé dans un tube en inox). Une fois les pellets fondu à l'intérieur de l'empreinte, j'enclencherai le vide pour enlever les bulles restantes dans l'aluminium liquide.
Est-ce d'après vous une idée complètement saugrenue dénuée de tout sens pratique?
 
jo69
Compagnon
28 Mars 2009
696
69
Hello
Ta question m,interpelle, c'est le contraire de plusieurs siècles, mais pourquoi pas y réfléchir .
Si tu es capable de déterminer le volume nécessaire (poids de la pièce + les masselotes? +les éventuelles crasses? et perte au feu?il restera au niveau de ton four a avoir un refroidissement diriger car c'est un point important de la fonderie si ton refroidissement tu refroidis ensemble il n'y a pas de raison d'avoir un produit homogène .Ce n'est pas pour rien que dans certain pièce on ajoute des masses métalliques importantes a certain endroit de la pièce
En conclusion rapide je pense que si on exécute de la manière actuelle un bon nombre de gens avaient imaginé ce type de fonderie mais je crois qu, il s ont laissé tomber, toutefois il te peu essayer tenter
cordialement
 
phil135
Compagnon
15 Septembre 2012
1 410
france, essonne, nord
refroidissement dirigé: le moule n'est pas obligé d’être homogène, il peut comporter des évacuations de chaleur pour choisir par où commence la solidification. avec la bonne strategie on évite d'avoir une zone qui reste liquide quand c'est deja solidifié des deux bouts: crique assurée.
... mais si le moule a lui-même servi de creuset, c'est plus dur.

l'alu fondu s'oxyde à une vitesse ahurissante , il faut soit être sous gaz de protection soit avoir une technique de coulée qui sépare les oxydes
débuller comme tu proposes semble ambitieux. si de l'alu entre dans ton tuyau la manip est finie. je verrai plutot pomper par dessus (le four est assez solide pour supporter le vide?) garder le vide pendant la chauffe pour évacuer les bulles (les résistance transmettent leur chaleur sous vide, pas besoin d'air?) casser le vide, encore chaud, à l'azote ou argon pour compresser les bulles sans relancer l'oxydation. laisser refroidir
... manip délicate, mais interessante

il va falloir chauffer fort pour que l'alu soit bien liquide. ton plâtre est ok ?

le pb va etre la bulle bloquée sous un surplomb, la masse de métal à pousser pour sortir sera trop importante, il faut des évents partout et meme comme ça, tu peux avoir une bulle en sandwich entre deux niveaux de métal et qui n'arrive pas à sortir. exemple: un évent, l'air sort, puis le métal monte jusqu'à l'évent qui devient un tuyau, puis une nouvelle bulle arrive. parviendra-t-elle à pousser le métal deja là ? pas evident
en principe le moule est organisé avec un reseau d'alimentation pour éviter de pieger de l'air, mais là ça va etre plus compliqué
 
Dernière édition:
gaston48
Compagnon
26 Février 2008
9 010
59000
Est-ce d'après vous une idée complètement saugrenue dénuée de tout sens pratique?
Bonjour,
Elle n'est pas saugrenue,
Sous-vide, c'est quasiment ce qui passe sauf qu'on garde la notion d'un creuset
disposé dans le four, on fixe le moule contre le creuset d'une façon étanche il
reste donc à l'extérieur du four
et au moment de la coulée, on bascule tout le four à 180 ° pour transférer le métal en fusion
du creuset dans le moule. C’était une des techniques employé chez Microfusion .
En bijouterie il existe un transfert saugrenue aussi par force centrifuge avec une "fronde"
 
jo69
Compagnon
28 Mars 2009
696
69
hello
je devais avoir sommeil car même moi je comprends plus trop ce que j'ai écris du moins dans sa rédaction.
Par exemple lors d'une coulée si on alimente la pièce par le bas"coulée en source basse" du moule et remplissage jusqu'au sommet de la masselotte la solidification va commencer en général par le bas et se transmettre jusqu'au sommet de la masselotte assurant ainsi le remplissage plein et entier de la pièce utile, la masselotte elle pouvant être pleine de bulle et d'oxyde.
Pour des raisons de forme de pièce, de facilite de fonderie on peut alimenter en demi source mais on aura un refroidissement a peu près semblable .
Par contre en moule métallique la coulée se fais plutôt par le haut de la pièce alimentation séparé de la masselotte mais la aussi compte tenu de la température du moule au environ de 350 à 450 ° la solidification partira quand même du bas.
Dans tous les cas on voit qu'il est important de ne pas refroidir la pièce très lentement et globalement car le métal va passer de l'état liquide au niveau du liquidus 580 ° pour de l'alu dans la même pièce tu auras de l'état pateux et encore du liquide rien que pour cette raison a mon avis , et même sous vide cela ne peut pas fonctionner dans l'état de nos connaissances actuelles mais tu connais cette boutade::
"C'était impossible mais un idiot qui ne le savait pas l'a fait"
 
happy-lulu
Apprenti
6 Mai 2009
60
Bonsoir,
merci pour toutes ces réponses.
serge91: pour le volume, j'aurais quelque chose entre 10 et 1000cm3 (grand max) et l'idée aurait été d'avoir un procédé qui est relativement "robuste" à toutes sortes de formes, du genre de celles qui sont imprimées en 3d, le genre de pièces dessinées pour êtres "fonctionnelles" sans se préoccuper du procédé de fabrication (raisonnement d'amateur relativement souvent utilisé par les amateurs d'impression 3d).

Je comprends maintenant que l'intérêt d'un creuset dans le procédé de coulée à la cire perdue est la pour :
1. avoir une masse de métal liquide dénuée de bulle d'aire à l'intérieur, ces bulles d'aires ne pourrait pas s'évacuer à travers des canaux de faibles sections car les tensions des surfaces dans l'interface métal-air seraient trop importantes (à moins de créer des conduits d'évacuations de section importante).
2. conduire la chaleur du four jusqu'au métal liquide à travers un creuset conducteur de chaleur. Le plâtre étant un matériau relativement isolant, on ne peut pas compter sur la conduction, et la convection serait inexistante car il y aurait le vide.

pour ce qui est de la résistance du plâtre, j'imagine qu'il tient aisément une température de 800°C durant quelques heures sans se déformer, est-ce que je me trompe?

Pour le refroidissement dirigé, j'ai lu un petit brevet que j'ai trouvé sur google et il semblerait que ca soit une bonne idée de mettre le bas de la forme à moulé en contact avec un conducteur thermique (un cylindre en cuivre?) permettant de faire un pont de chaleur pour refroidir du bas vers le haut comme le décrit jo69, donc on pourrait maitriser cet aspect assez facilement (?).

Maintenant et pour ne pas abandonner trop facilement mon idée, je pourrais très bien avoir un creuset en face de l'entrée de l'empreinte et faire pivoter le four (contenant le creuset et le moule face à face) pour laisser s'écouler le métal dans l'empreinte (comme le décrit gaston48), toujours en faisant le vide par dessous le moule. Mais qu'en serait-il résistance du creuset? existe-t-il un matériau qui ne s'oxyde pas et qui tient "indéfiniment" les contraintes liées à une température de l'ordre de 800°C ainsi que les contraintes chimiques que l'aluminium peut lui faire subir? Dans ma tête il me vient plusieurs solutions:
1. un creuset en acier inoxydable: point de fusion plus haut que l'alu et anti oxydant mais je vois que dans le diagramme de phase alu-fer, il y a des phases de mélanges à partir de 650°C (donc avant le pt de fusion de l'alu), ce qui veut dire qu'il y a un mélange fer alu (si j'ai bien compris?)
2. un creuset en graphite: ça me semble parfait pour quelques coulées puisque c'est stable chimiquement (avec l'alu en fusion en tout cas), résistant aux chocs thermiques, bon conducteur de chaleur. Mais d'après ce que j'ai compris, le graphite se fait "bouffer" par l'oxygène et après quelques coulées c'est le creuset qui se rompt, du coup cette solution de m'intéresse pas.
3. un creuset en céramique: ça me semble très bien, je ne connais pas les performances en terme de conduction thermique, et une fois l'aluminium coulé dans le moule, est-ce qu'une partie de l'aluminium va-t-elle restée "collé" dans les bords du creuset et le détruire rapidement avec des petits bouts d'alu qui se dilate/compact avec le chaud/froid(lors d'utilisation répétée)? est-ce que ces creusets sont fiables sur le long termes ou une rupture est à prévoir à partir d'un certain nombre de coulée?
 
Al Mach
Ouvrier
13 Juin 2007
420
Choisy-le-roi
Bonjour,

les creusets pour les alliages d'aluminium et de cuivreux sont soit en graphite, soit en carbure de silicium. Même si le graphite
est moins résistant que le carbure de silicium, il peut faire quand même un certain nombre de coulées. Je ne peux pas te dire combien,
mais tu ne vas pas le jeter au bout de 10 pièces. Après, il y a aussi le mode de fusion qui influe. La flamme au gaz est bien plus agressive
que la fusion électrique.
Je rejoins ce qui a été dis sur le fait de fondre l'alliage dans le moule.Le creuset permet de traiter le métal liquide(désoxydation,lavage, dégazage), de le porter à une température contrôlée et homogène. Le système de coulée est nécessaire pour assurer un remplissage correct
sans emprisonnement d'air, et d'orienter la solidification.
 
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