Hassas döküm yöntemi, İngilizce kelime anlamı olarak “Investment Casting”, “Ceramic Shell Casting” (seramik kabuk dökümü), olarak bilinir. Hassas döküm yöntemi, “kaybolan mum” ismiyle de adlandırılmaktadır ve geçmişi eski çağlara dayanmaktadır. Hassas döküm yöntemine “kaybolan mum” adı verilmesinin sebebi, dökümü yapılacak parçanın önce mumdan modelinin şekillendirilmesi sonra da ısıya dayanıklı bir malzemeyle kaplanarak bir kalıp oluşturulması ve kalıbın ısıtılmasıyla içerisindeki mumun eriyerek kaybolmasından kaynaklıdır.
Hassas döküm yönteminde bilinen en eski kaynak (Schedula Diversarum) Theopilus Kilise yönetim kurulu üyesi olan bir keşiş tarafından, hassas dökümü tarif eden nasıl yapıldığı ve uygulanışı konusunda üretim süreçleri hakkında bilgi veren bir kaynaktır. Hassas döküm yöntemiyle üretilmiş tarihi Medusa heykelini Benvenuto Celini, İtalya’da üretmiştir.
Hassas döküm yöntemi 19. yüzyılın sonlarına doğru modern bir endüstriyel sürece girmiştir ve dişçilik alanında kullanılmaya başlanmıştır. 1901 yılında, Amerika asıllı diş hekimi Tagart, dolgu malzemesini hassas döküm yöntemi ile üretmiştir. İçi oyulmuş diş boşluğuna mum doldurup orijinal biçimini vererek bir düzeltme yapmış sonra, mum modeli alıp, ısıya dayanıklı bir dolgu seramiğine gömüp ısıtarak içindeki mumu uzaklaştırdıktan sonra, kalan dolgu boşluğuna tam olarak bilinmeyen hava basıncıyla ya da merkezkaç kuvvetli bir makina kullanarak metal akıtılması şeklinde olmuştur. Bu nedenle dişçilikte protez yapımı ve kuyumculuk alanında hassas döküm yönteminin kullanımı “santrifüj döküm” olarak da bilinmektedir.
Günümüzde metal parça üretiminin olması gerektiği hemen her endüstri alanında hassas döküm yönteminden yararlanılmaktadır. Elektronik parçalarda, mikrodalga fırın içerisinde, silah parçası olan tetik, tabanca, tüfek gövdelerinde, dürbün ve benzer parçaların üretiminde kolayca kullanılmaktadır.
Hassas döküm yöntemi, küçük boyutlu çok çeşitli şekil ve detaya sahip parçaların dökümünü mümkün kılmaktadır.
Hassas Döküm Yöntemi
Yöntemin hassaslığı kullanılan harcanabilen modelden gelmektedir. Modeller, düşük ergime sıcaklığına sahip ve kolay şekillendirilebilen genellikle mum veya benzeri bir plastik esaslı malzemeden üretilmektedir.
Model ergitilerek kalıptan uzaklaştırıldığı için kalıplarda ayırma yüzeyi bulunmaz, Kullanılan model ve kalıp malzemelerine bağlı olarak yüzey kalitesi ve boyutsal hassasiyet geleneksel kum kalıba döküm yöntemlerine göre yüksektir. Hassas döküm, son veya son şekle yakın bir üretim sağladığı için döküm sonrası işlemleri en aza indirger.
Hassas Döküm Yöntemi İle Üretimin Aşamaları
Mum Model Üretimi ve Model Ağacı Oluşturma
Metalden dökülmesi istenen parçanın öncelikle mum veya benzeri maddelerden modeli hazırlanır. Mümkün olduğu kadar benzer şekilde boyutta ve ağırlıkta olan modeller aynı ağaca dizilmelidir. İnce modeller ile kalın modeller aynı model ağacına yerleştirilmemelidir. Dökümden sonra soğuma ve büzülme tahmini yapılarak model biraz büyük hazırlanır. Oluşturulan mum modeller gövdeye tutturulur.
Refrakter (Seramik) Kaplama
Üretilen salkım modeller seramik çamur banyosuna daldırılarak kaplama işlemi tamamlanır. Yağmurlama kabininde salkımlar refrakter tozla kaplanır. Uygun kabuk kalınlığı elde edilene kadar işlem tekrarlanır.
Mum Eritme
Seramik kaplama kuruduktan sonra mum boşaltılarak döküme uygun hale getirilir. Dışı sert seramik kaplı parça fırınlanıp mum model eritilerek dışarı çıkartılır. Seramik yüksek sıcaklığa dayanıklı olduğundan şekli bozulmadan kalır. Yüksek sıcaklıktan dolayı mum modelin akarak çıkmayan kısımları da buharlaştırılır. Fırın sıcaklığı arttırılır. Seramik kabuk pişirilerek metale dayanıklı hale getirilir.
Döküm
Mum salkımdan kalan seramik kalıpların boşluğuna ergimiş metalin dökülmesi sağlanır.
Kabuk Kırma
Metal soğuyup katılaştıktan sonra seramik kabuk kırılarak parça ortaya çıkarılır. Kalıptaki boşluğu dolduran ergimiş metalin soğuyup tekrar katı hale dönüşümünden sonraki safhadır. Katılaşma, metalin karakteristik özelliklerine bağlı olarak değişiklik gösterebilir. Bu olay çekirdeklenme ile başlar. Oluşan çekirdeklere sıvı atomlarının eklenmesiyle tane büyümesi olarak devam eder.
Bitirme İşlemleri ve Parçanın Temizlenmesi
Parçalar gövdeden kesilerek ayrılır. Gerekli çapak temizleme yüzey parlatma sonrası metal parçalar yolluktan ayrılır. Gerekli taşlama işlemi yapılır. Son kalite testi sonrası imalat tamamlanmış olur.
Mumdan yapılmış model salkım, 1000 °C’yi geçen yüksek sıcaklıklarda ergiyen metal malzemelerin dökümü için öncelikle refrakter çamura daldırılır. Ön kaplamadan sonra, model salkımı derece içinde refrakter bir karışımla kalıplanır. Kalıplar kaplama işleminden sonra ters çevrilerek 95 ile 150 °C sıcaklığa kadar ısıtılarak içeride eriyen mumun dışarı çıkarılması sağlanır. Metal döküm işlemi sonrası soğuyan metalin daha sonra parçalara ayrılarak temizleme ve parlatma işlemi yapılır.
Hassas Döküm Yönteminin Sınıflandırılması
1- Seramik kabuk kalıplama
2- Dereceli kabuk kalıplamadır
Her bir metotta da geçerli olan temel işlemler, mum modelin hazırlaması, seramik kabuğun yapımı, kabuk içindeki mumların eritilerek akıtılması, kabukların pişirilmesi ve ergimiş metalin dökümüdür. Döküm sonrası isteğe bağlı olarak değişen diğer işlemler uygulanabilmektedir. (Kaplama, ısıl işlem, talaşlı imalat vs.)
Karbon çelikleri, alaşımlı çelikler, paslanmaz çelikler ve ısıl işleme dayanıklı dirençli alaşımların dökümünde seramik kabuklu hassas döküm yöntemi, sıkça tercih edilmektedir. Modeller bu yöntemde, sıvı içerisinde süspansiyon halde olan seramik tozundan oluşan çamur içine daldırılır, seramik kaplı ıslak yüzeye, kuru refrakter taneleri, akışkan yatak içerisinde veya başka bir yöntem kullanılarak püskürtülüp yapışarak kaplanması sağlanır. Ön kaplama adı verilen başlangıçtaki kaplamada daha çok ince öğütülmüş küçük tanelerden oluşan çamur kullanılır ve böylelikle düzgün pürüzsüz bir yüzey elde edilir. Ön kaplama ne kadar düzgün olursa, döküm yüzeyinin düzgünlüğü de o derece iyi olur.
Kısaca dereceli hassas döküm yöntemini özetleyecek olursak uygulama demir esaslı ve demir esaslı olmayan alaşımlar için farklı iki şekilde yapılır. Demir esaslı alaşımlarda ve döküm sıcaklığı yüksek demir dışı alaşımlarda, kalıp malzemesi 1100 ºC’lere kadar bozulmadan dayanabilmelidir. Demir dışı alaşımlar için kullanımı mümkün olan alçı, demir esaslılarda bağlayıcı veya refrakter malzemesi olarak uygun şekilde kullanılamaz. Demir dışındaki alaşımlar için modelde ön kaplamaya ihtiyaç duyulmazken, demir esaslılarda ön kaplama yapılması gerekir. Modelin yerleştirildiği derece içerisine hazırlanan seramik çamurunun dökülmesi ile kalıp tek kademede yapılır. Dereceli yöntem hala kullanılmakla beraber kabuk hassas döküm yöntemi daha popülerdir.
Hassas Döküm Yönteminin Avantajları
Hassas Döküm yönteminin diğer üretim yöntemlerine göre sunduğu avantajlar;
1-) Geleneksel döküm yöntemleri ve talaşlı işlemeler ile üretimi zor veya imkansız olan özel parçalar hassas döküm yöntemi ile üretilebilmektedir.
2-) Üretimi zor veya imkansız olan özel parçalar geleneksel yöntemlere nazaran kolaylıkla üretilebilir.
3-) Geleneksel döküm yöntemi ile üretilen parçalarda oluşan kalıp ayırma çizgileri, hassas döküm yönteminde tek parça kalıp kullanıldığından dolayı oluşmamaktadır.
4-) Özel parça üretimi geleneksel yöntemlere göre daha pürüzsüz gerçekleşir.
5-) Hassas döküm teknolojisi ile üretimi zor veya bazen imkansız olan karışık şekilli parçaları kısa sürelerde ve fazla miktarlarda üretmek mümkündür.
6-) Geleneksel döküm yöntemlerinde bir ürün iki parça halinde üretilirken, hassas döküm sayesinde daha estetik, daha güçlü ve daha hafif olarak tek parça halinde üretilebilir.
7-) Özel üretim gerektiren ürünlerin kısa sürede ve fazla miktarda üretilmesi hassas döküm teknolojisi ile mümkündür.
8 -) Hassas döküm teknolojisi ile üretilen ürünler daha hafif, daha güçlü ve daha estetik sonuçlar verir. Bu teknoloji sayesinde çatlak, delik, kanal, çukur gibi detaylar oldukça başarılı gerçekleşir. Hazırlanan kalıplar diğer kalıplara göre düşük maliyetli ve daha uzun ömürlü olduğu için üretim maliyeti en aza inmiş olur.
9-) Hassas döküm teknoloji ile geleneksel yöntemlere nazaran daha detaylı ürünler ve kalıplar üretilebilir.
10-) Hassas döküm yöntemi için gereken kalıp maliyeti düşük olduğundan üretim maliyeti en aza inmiş olur.
11-) Hassas döküm yönteminde çeşitli alaşımların dökümü mümkündür. Talep edilen kimyasal bileşimli malzemeler üretilebilmektedir.