Wiegemesser aus Bronze – Wachsmodell aus dem 3D-Drucker

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Das Wiegemesser das erste Mal in Benutzung
  • Schwierigkeit
    leicht
  • Kosten
    101 €
  • Dauer
    2-3 Tage
  • Öffentliche Wertung

Inzwischen erfreuen sich 3D-Drucker in Privathaushalten immer größerer Beliebtheit. Die einen drucken die Daten, die sie auf entsprechenden Seiten aus dem Internet geladen haben, andere erstellen sich die 3D-Daten mit Hilfe von speziellen Konstruktionssoftwares (CAD) selbst.
Zumeist werden die Teile aus PLA (Polylactid) oder aus ABS (Acrylnitril-Butadien-Styrol) gedruckt. Diese Materialien, die alle schmelzbar, also Thermoplaste sein müssen, werden als Filament auf Spulen verkauft. Neben diesen beiden Kunststoffen, gibt es eine Vielzahl anderer Kunststoffe mit einer noch größeren Anzahl an Farben im Handel.
Bei der Suche nach einem neuen Filament stieß ich auf ein Spezielles, um Wachsmodelle für das Wachsausschmelzverfahren herstellen zu können. Zugegeben, ist eine Spule mit 0,75 kg nicht gerade günstig, aber mein „Spieltrieb“ hieraus etwas herzustellen war geweckt.
Sicherlich bin ich nicht in der Lage flüssiges Metall zu vergießen, jedoch kann ein einfaches Gießereimodell auch von einem Laien erstellt und das Gießen in Auftrag gegeben werden.

Du brauchst

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Werkzeuge
  • Varioschleifer
  • Metallfeilen
  • diverse Schleifpapiere unterschiedlicher Körnung
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Materialliste
  • 2 x Wachsfilament | Wachs (6638 mm (40 g))
  • 1 x Gussstück | Bronze (320 g)

Los geht's - Schritt für Schritt

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Planung und Konstruktion

CAD-Konstruktion
STL-Daten erstellen
Erstellen der Verfahrwege des Druckers

Die Idee, es einmal mit einem Wiegemesser für die Küche zu versuchen bestand schon länger, nur das WIE stand noch nicht fest. Nun sollte das Gussstück mit dem Wachsausschmelzverfahren hergestellt werden. Das hatte für mich den Charme, den 3D-Drucker für ein Projekt einzusetzen, wofür ich ihn bisher noch nicht verwendet habe.

Zur Erklärung des Verfahrens:
Das Modell, welches aus einem durch Hitze schmelzbarem Material besteht, nämlich Wachs oder wie bei dem Filament aus einem wachsähnlichen Thermoplast, bekommt in der Gießerei einen Angusskanal aus Wachs „angeklebt“. Das Ganze wird mehrfach abwechselnd in eine keramische Masse, einem Schlicker getaucht und anschließend besandet. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis sich um das Wachsmodell eine keramische Wandung gelegt hat. Nachdem das Ganze getrocknet ist, wird die Schale gebrannt, wobei das Wachs sich verflüssigt und herausfließt, soweit es nicht verbrennt. Das Modell zählt also zu den verlorenen Modellen, da es unwiederbringlich zerstört wird. Die flüssige Metallschmelze wird anschließend in den entstanden Formhohlraum der keramischen Schale gegossen. Nach Erstarren der Schmelze wird die Schale zerschlagen.
Der Vorteil des Wachsausschmelzverfahrens besteht u. a. darin, dass auch Teile mit Hinterschnitten, die sich beim Sandguss nicht ohne Weiteres entformen ließen oder sehr filigrane Teile, hergestellt werden können. Somit sind komplexe Geometrien herstellbar.

Die Grundlage für das Ganze ist natürlich das Wachsmodell. Um dieses mit dem 3D-Drucker herzustellen, benötigt man selbstverständlich 3D-Daten, die mit Hilfe eines CAD-Programms erstellt werden. Sind die Daten soweit fertig erstellt, werden sie in einem Datenformat (meist in dem Format STL) konvertiert, das von einem anderen Programm, welches die Verfahrwege des Druckers berechnet, eingelesen werden kann. Das Programm, ist ein sogenannter Slicer, da es das 3D-Modell in viele Schichten zerlegt, die der Drucker dann schichtweise abfährt und aufbaut. Das heißt, dass der Drucker das verflüssigte Filament schichtweise auf die Druckplattform appliziert. Zur Erstellung der Druckerwege verwende ich das Programm Simplify3D. Sind hierfür alle nötigen Parameter eingegeben, wird das Ergebnis an den 3D-Drucker übermittelt.

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Vom Modell zum Gussstück

Probedruck aus PLA; Oberseite
Probedruck aus PLA; Unterseite
Drucken der Wachsmodellhälften
Gussrohteil

Um nicht das teure Spezialfilament zu vergeuden, druckte ich zur Probe das Wiegemesser zuvor aus PLA. Da das Modell keine ebene Fläche aufweist, wird automatisch eine Stützstruktur unter dem Bauteil gedruckt. Das fertige Ergebnis war grauenhaft. Die Unterseite war nicht sehr sauber gedruckt und die Kontur wies einige Fehlstellen auf. Kleine Verbesserungen der CAD-Daten um die Haptik zu optimieren, nahm ich noch vor. Zum anderen teilte ich das komplette 3D-Modell in der Mitte und erstellte neue Druckdaten. Mit diesen Daten druckte ich nun zwei Hälften des Wiegemessers mit dem Wachsfilament, da sie symmetrisch sind. Durch die Teilung des Bauteils ersparte ich mir die Stützstruktur und die daraus resultierenden potentiellen Probleme. Anschließend „verschweißte“ ich die beiden Hälften mit einem Lötkolben und schliff mit feinem Schmirgelleinen die Oberfläche.

Wahl des Gusswerkstoffs
Da das Wiegemesser natürlich auch gebraucht werden soll, stand die Frage nach dem Gusswerkstoff im Raum. Einerseits, soll das Material die Schärfe halten, also eine gewisse Härte aufweisen, andererseits sollte das gute Stück nicht korrodieren. Meine Wahl fiel auf Bronze. Ein weder sehr günstiger, noch ein alltäglicher Werkstoff, aber das Projekt sollte ja auch etwas Besonderes sein.

Der Weg zum Gussstück
Es war leider nicht so einfach eine Gießerei zu finden, die sich auf den Feinguss spezialisiert hat. Nach diversen Fehlschlägen bei der Suche wurde ich bei einer Glocken- und Kunstgießerei fündig. Scheinbar gibt es bei den Gießern einige Vorbehalte, was das Modellwachs angeht. Schlechte Qualitäten schmelzen nicht sauber aus der Form oder lassen Risse in der Keramikschale entstehen. In meinem Fall ging aber alles gut!
Mit dem Gießer hatte ich zuvor vereinbart, dass er nur den Anguss entfernt. Das Finishen wollte ich übernehmen. Nach sechs bis acht Wochen konnte ich das Gussstück dann endlich abholen.

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Die Bearbeitung des Gussstücks

Herausfeilen der gedruckten Stufen
Bearbeitung mit "schwerem Gerät"
Maschinel bearbeitet
Am Ende mit 1000er Nassschleifpapier geschliffen
Fertiges Wiegemesser nach dem Polieren und Schärfen der Klinge

Da 3D-Drucker Schicht für Schicht aufbauen, gehört das Verfahren zu den additiven Fertigungsverfahren. Auch wenn die Schichtstärke so gering wie möglich gewählt ist, was in meinem Fall so war, ist eine „Treppchenbildung“ unvermeidbar. Auch wenn ich versucht habe, diese Stufen aus meinem Wachsmodell zu schleifen, war es mir nicht zur Gänze möglich sie zu entfernen. Das Ergebnis konnte man nun an dem Gussstück nur allzu gut erkennen. Sämtliche Stufen des 3D-Drucks waren voll und Ganz zu sehen, sodass ich anfing die Oberfläche zu feilen und mit unterschiedlichen Körnungen zu Schleifen. Da dies ein eher mühseliges Unterfangen war, griff ich zu meinem Varioschleifer, GVS 350 AE, mit dem die Oberfläche relativ schnell grob geschliffen war. Der Rest war reine Handarbeit. Mit unterschiedlichen Körnungen (P80), (P100), (P150), (P320), (P400), (P1000, nass) und anschließend mit der Polierscheibe wurde die Oberfläche auf Hochglanz geschliffen/poliert.

Ursprünglich wollte ich den Griffbereich sandstrahlen und dunkel patinieren. Das Ganze sollte in die polierte Klinge übergehen. Da ich aber Zweifel hatte, ob sich die raue Oberfläche und die Patinierung mit Nahrungsmitteln verträgt und wie sich das Wiegemesser letztendlich reinigen lässt, ließ mich das Werkstück komplett schleifen und polieren.

Fazit
Der sehr hohe Preis, der mich das Gussstück gekostet hat, war so nicht eingeplant. Es resultiert aber aus den hohen Materialkosten und der lohnintensiven Herstellung der Keramikform. Bei dem Preis habe ich durchaus schlucken müssen, aber um dieses Projekt, das schon länger bei mir in der „Pipeline“ war, nun zu Ende zu bringen, ließ mich die Sache durchziehen. Die weitere Anwendung des 3D-Druckers hatte zusätzlich ihren Charme und war für mich sozusagen ein Experiment.


Rechtlicher Hinweis

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