Forsøg med bronze støbning
Fik ved et tilfælde en lille ovn der kan smelte metaller som bronze, sølv og guld. Som ingeniør har jeg altid været fascineret af metalstøbning og tænkte bronze kunne være sjovt.
Bronze støbning
”Cire Perdue” eller tabt voks er en støbeteknik hvor der simpelt laves ret avancerede bronze emner med god finish og er den eneste teknik der gennemgås her. Beskriver i det følgende er erfaringer opnået gennem hjemme støbning og essensen af et støbe kursus ved Galleri Galshiøt på Fyn Februar 2023.
Generelt består teknikken i at der laves en model af emnet der skal støbes. Modellen kan være i voks, printet plast eller organiske materialer. Modellen støbes ind i gips og eneste krav er at formen skal kunne smeltes eller brændes væk så der dannes en kavitet i gipsen der kan støbes i.
Jeg arbejder med to metoder som er traditionel støbning og vakuum støbning hvor den sidste er klart bedst men også mest kompliceret.
Vakuum støbningen er ret udstyrs krævende og følgende liste er udstyr krævet for processen (så kan man jo overveje om det er investeringen værd):
- Temperatur reguleret loddekolbe
- Modellerings sæt for voks/ler
- Voks stænger, hård voks
- Vakuum pumpe ca. 12CFM
- Vakuum spand (Til gips forme)
- Vibrator (ikke supernødvendig)
- Voks damper
- Vakuum udstyr for støbning)
- El ovn for udbrænding af voks (termostat styret)
- Gasovn for smeltning af bronze
- Digle
- Tænger for håndtering af digle
- Forklæde, handsker, sikkerhedssko, hjelm med visir
Det følgende vil være en gennemgang af form fremstilling, støbning med Bronze, af-formning og efterbehandling støbte emner.
Model fremstilling
Ved ”Cire Perdue” er der nærmest ingen grænser for hvordan modellen til emnet kan laves. Begrænsninger ligger i modellens detaljering samt hvordan modellen kan fødes med bronze under støbningen.
- Store grove emner kan tørres i en almindelig ovn og støbes med relativt kolde form temperatur (300°C)
- Detaljerede emner med tynde geometrier og komplekse flydeveje kræver vakuum støbning og meget høj form temperatur (>650°C)
Materialer
Modeller laves fordelagtigt i voks, træ, skind eller organiske materialer. Nogle organiske materialer er tynde og indeholder syre som skader gipsformen og må som udgangspunkt vokses før brug.
- Voks (Galshiøts er bedst)
- Træ
- Bark
- Stof (Vokses før brug til tynde geometrier som vinger)
- Kogler
- Fjer
- Garn (Vokses før brug)
- Blomster
Model forstærkning
Modeller laves i primært voks og tynde geometrier kan være skrøbelige, bøjer og knækker let. Detaljer som Arme og ben forstærkes med fordel ved at stille f.eks. tændstikker eller grillspyd ind som stive kerner der forstærker og afstiver. Kravet er bare at forstærkningen skal kunne brændes væk.
- Tændstikker/tandstikker
- Bambus Grillspyd
Tynde og Lange geometrier
Tynde geometrier skal kunne fødes med smelte. Problematikken er at holde smelten varm så lang tid at hele geometrien kan fyldes med metal. En tynd insektvinge kan laves ved at ind føde bronzen i mange små punkter. En mere simpel strategi er at lave vingen tynd langs kanten og tykkere ind mod midten. Bare vingen er skarp og tynd på kanten der står frem mod beskueren, ser vingen tynd ud uden at være det.
Et godt trick er at lave vingens geometri i stof eller papir der er dyppet i varm voks og størknet. Vingen modelleres op så forkanten fremstår helt skarp og tynd mens vingens krop bliver tykkere og simpelt kan fødes med en enkelt eller to indløb.
Lange geometrier
- Diameter > ø3mm Støbes relativt let i længder op til 60mm – kravet er indløb føder fra begge sider
- 1,5mm< Diameter < ø3mm Lidt mere kompliceret – Fødes med indløb med samme diameter som geometri og med maksimal afstand mellem indløbspunkter på 20 – 25mm. (se Indløbs design)
Hule forme/kerner
Argumentet for hule geometrier er følgende:
- Svært at føde tykke geometrier som med fordel kan udhules for at undgå sugninger.
- Bronze er dyrt og tungt. Ved at udhule spares materiale og vægt.
Voks modellen udhules med modellerings værktøjer eller ved flaske metoden, se nedenfor. Modellens tykkelse skal være 2 – 3mm. Ved at udhule modellen dannes en løs eller delvis løs kerne som er problematisk når voksen smeltes ud.
Kobbertråde stikkes gennem voksmodellen med jævne mellemrum og minimum 10mm ind i kaviteten. Ved gipsning af modellen indstøbes kobbertråde som efterfølgende vil holde kernen på plads under støbning
Flaske metoden – en grundform til figuren laves i voks støbt i en flaske. Brug en gammel shampooflaske eller tilsvarende plast flaske. Støb en tynd voks model i flasken og fjern plasten efterfølgende. Byg modellen over den hule voks “flaske”.
Silicone indstøbning
Et emne f.eks et æbleskrog indstøbes i silicone. Når siliconen er hærdet fjernes æblet og formen fyldes med voks som derefter bruges i en gips form. Lidt omstændligt men gode resultater.
Processen
- Æbleskroget monteres i et plast krus og holdes på plads af tynde ståltråde (ellers flyder æbleskroget op mod toppen af kruset.
- Silicone SF45 RTV2 blandes og der suges vakuum på blandingen til det ikke bobler længere.
- Siliconen hældes i kruset og der suges grundigt vakuum til der ikke stiger mere luft op til overfladen.
- Silicone formen.
- Den hærdede silicone fjernes bedst fra kruset ved at blæse det ud med trykluft.
- skæres op og æbleskroget fjernes. Tænk nøje over hvor formen bedst skæres op så æblet beskadiges mindst muligt.
- Silicone afstøbningen kommes tilbage i kruset som fyldes med varm voks. Voksen suges ind i formen ved at suge vakuum. Da voksen krymper en del ved afkølning kan der med fordel efterfødes med voks så formen er helt fyldt.
- Køl formen ned og fjern voksen fra formen.
- Støb emnet på normal vis i gips form.
Printede Form
Da en del af mit arbejde består i 3D design, fremstilling af prototype modeller i 3D plast print var det oplagt til en start at udforske denne metode.
3D modeller kan frit downloades på nettet af alverdens ting eller modellen kan tegnes i SolidWorks etc.
Modifikation af STL model med Blender 3D.
Downloades 3D modellen vil det ofte forekomme at features er uhensigtsmæssige, for tynde, umulige at udlufte etc. På nettet kan frit downloades diverse programmer til at modificerer 3D modeller. Fik anbefalet ”Blender” for forbedring af modeller.
Modeller printes i f.eks. PLA som brænder fint væk i gips formen.
Indløb og forberedelse af gipsform
Jeg støber kun med Kuvetter med gummi bund.
Grund reglen er at emnet ikke må være større end at der er minimum 1cm gips mod alle overflader
Gummiproppen smørers først på bundfladen op i Kuvetten med et tyndt lag smeltet varm voks for at skabe god vedhæftning for modellen før og under gipsningen. Indløb og model bygges på gummiproppen.
Indløb opbygges af hårde voks pinde der smeltes sammen med en loddekolbe.
Indløbs designet er baseret på erfaring men jeg har noteret et par gode huskeregler.
- Tænk over flydevejen
- Design indløb så tynde geometrier fødes med varmest mulig smelte.
- Indløbets diameter skal være minimum samme diameter eller større for tynde geometrier
- En tyk søjle kan føde flere side indløb med varm smelte
- Hvis muligt kan en del af modellen selv være indløb og bund konus kan bruges til fod.
- Flere modeller sammenbygges hvis der er plads i kuvetten.
Ovenstående billed er eksempel på fødning af meget tynde geometrier og figuren er ikke lavet af mig men super flot!
Gipsning
Det er meget vigtigt at tætne Kuvette grundigt før gipsning. For at op nå en tæt og porrefri gips trækkes luftbobler ud af gipsen med vakuum og vibrationer. Hvis kuvetten ikke er tæt trækkes ikke kun luftbobler ud men også gipsen og støbningen mislykkes.
Tætning af kuvette
- Kuvetten bindes først ind i et lag folie viklet tæt og stramt. Folien vikles nedefra toppen af flangen og opefter til ca 2cm over kant. Derefter vikles det ned mod flangen igen så der er to lag folie der overlapper hinanden med ca. 2cm.
- Derefter tapes kuvetten med brun pakke tape. Igen først nedefra fra flangen og op til top og ned igen. Overlap på min. 2cm.
- Gummi proppen sikres med et lag tap i hjørnet.
- Et lag tape midt
- Et lag tap i bund
Blandings forhold og luftbobler
For gipsning bruges en special gips ved navn ”Gold Star XXX” som meget velegnet til vakuum og udbrænding ved høj temperatur.
Blandings forholdet er for en 100x90mm kuvette:
- 1000g Gips og 400g Vand
Gipsen blandes hurtigt, der suges vakuum for at fjerne de værste luftbobler, gipsen hældes i form og vakuummernes endnu en gang samtidig med formen vibreres for at løsrive bobler på overfladen. Efterfølgende hærdes formen min. 20min før folie, tape og gummiprop fjernes.
Udsmeltning af voks
Voks udsmeltes bedst af formen med damp. Som biavler har man en dampsmelter som i bund og grund er en vandkoger med slange som er ret velegnet til formålet. Formene sættes på en gitterrist og der kommes vand i bunden af gryden. Forme dampes par timer til det værste voks er smeltet ud. Voksen drypper ned i vandet, køles af og genbruges.
Udbrænding af form før støbning
Før støbning brændes gipsformen i el-ovnen. Formen brændes til en maks. temperatur på 740°C og køles lidt før støbning til mellem 500 – 650°C. Temperaturen har indflydelse på formfyldning og detaljering af det færdige emne. Kurven viser den anbefalede proces fra gips leverandøren. Den varme form tages direkte fra ovnen og sættes i vakuum støbe udstyret.
Design vakuum støbe udstyr
Udstyret er meget enkelt og består af en 24liter vakuum tank en rørføring med ventil til en beholder hvor kuvetten kan monteres.
I mit tilfælde er udstyret lavet af en gamle kompressor (500kr/stk.) en ventil og lidt ½” rør fittings. Holderen til kuvetten er lavet af 4” rørfittings der er drejet huller i. Der er plads til to kuvetter i min ovn så systemet er dubleret. Vakuumsug er lavet med afspærrings ventiler så der ikke suges når der trækkes varm luft ind, tænker det øger systemets holdbarhed.
Vakuumstøbning
Støbe processen er simpel. Der suges maksimalt vakuum på bufferbeholderen. Overgangen mellem kuvetten og vakuum udstyret skal være rimeligt tæt når kuvetten sættes i. En simpel måde er en silikone pakning lavet af et silikonebagstykke eller endnu mere enkelt en pølse af våd ler langs med kanten af beholderen.
Når smelten er klar tages den varme kuvette og sættes i vakuum udstyret. Diglen med smeltet Bronze tages med en tang og lige før smelten hældes i formen brydes vakuum fra buffertanken således at bronzen suges ned i formen når der hældes.
Det samlede system består at elovn for udbrænding af forme, Gasfyrret ovn, vakuum pumpe og fordelings system med ventiler for de to vakuum tanke hvor kuvetter monteres.Diverse tænger, handsker og beskyttelses skærme.
Detalierings graden ved vakuum støbning er rigtigt god og alle delalier fra voks formen fremstår tydeligt i det færdige emne
Bogen er et forsøg på hvad der kan gengives. Omslager er 0.5mm tykt og ridser der iluderer sider er ganske tynde, så fin afstøbning, kun lidt tendenser til sugninger men det må der arbejdes på.
Smeltning af bronze
Bronzen kan smeltes i el-ovn med termostat styrring eller i en gasfyrret spand.
El-ovnen er dyr, langsom men til gengæld meget præsis i temperaturen
Smeltning i gasfyrret spand er simpelt og billigt. Kan købes på nettet til en pris af små 2000kr.
Smeltningen tager ca. 45min for 1,5kg bronze.
Ovnen bruger en del gas og en smeltning tager ca. 5.5kg gas.
Der bruges ikke temperaturmåling men smelten vurderes på forskellige parametre
Flammen der står op af hullet i spandens top viser hvor smeltningen er!
- Orange flamme – bronzen er ikke varm nok
- Grøn flamme – Bronzen er klar
- Blå flamme – bronzen er for varm
Visuelt vurderes smelten ved at se ned i spanden.
- Er smelten urolig/koger er temperaturen for lav eller for høj
Når grøn flamme er temperaturen nået.
Se ned i smelten og den skal nu have en rolig og spejlblank overflade – det ligner et spejl.
Tag nu diglen op og stil den på ildfast sten på et stykke pap så den ikke brænder fast. Smelten er nu klar og der støbes hurtigst muligt!
Efterbehandling
Lad bronze og form afkøle ved stuetemperatur, det tager et par timer. Brat køling er ikke hensigtsmæssigt for bronze
- Fjern gips med en skruetrækker.
- Skær indløb af med vinkelsliber, sav etc.
- Sandblæs emner
- Slib indløb med hurtigsliber, båndsliber, dremel etc.
- Poler hvor det er ønsket
Patinering
Der findes virkeligt mange mere eller mindre giftige metoder som alle omfatter syre, svovl.
Svovllever
Bronze emnet kommes i kogende vand til det dækker. Når emnet er varmt kommse 1/2 tsk. Svovl Lever i vandet og der omrøres. Efter kort tid sortfarves emnet og vandet hældes fra nør en ensartet farve er opnået. Pas på – for langtid giver en afskallende overflade og emnet må sandblæses igen.
Poler emnet med bomulds skive og polervoks og man får den sejeste patina.
Overfladen kan efterfølgende gnides med bivoks.
Urin/Salmiak
85% urin (hjemmeproduktion)
15% 3 dobbelt salmiak
Væsken blandes og hældes i en tætsluttende beholder. Bronze emnet sættes på en lille forhøjning så der kun er kontakt til dampene. Det skal stå 42 dage før det er færdigt.
Bronze emnet gnides derefter med bivoks.
Saltsyre mættet med zink
Bronze stæbt i en bøtte med kikærter. Slebet og poleret med en blanding at saltsyre mettet med zink.
Emnet dyppet og farves grønt efter et par uger.
Myre projekt (Ant Road)
Tanken er en myrevej af kæmpe myre til min have. Myerne skal patineres forskelligt med polering, svovllever og evt. farvede øjne.
Udgangspunktet er en PLA printet myre Down loaded fra nettet. 3D modellen er tilføjet indløb og afluftninger. Modellen har drejeled og mange tynde detailer.
Et lille studio på papir viser at der skal bruges mellem 28 – 38 myre så lidt af et projekt at støbe.
For at opnå lidt større og tykkere ben samt fylde hulle og ujævnheder, dyppes modellen i varm ostevoks.
Den færdige model har noget bedre tykkelse på ben og følehorn samt en meget fin glat overflade.
Det hele indstøbes i gips med bundpladen liggende øverst i formen.
Formen brændes ud og er klar til støbning. Bronzen opvarmet til 1150°C og med en forvarmet form til 275°C. Den smeltede kobber skal stå en halv time fra ovnen har nået temperaturen til smelten er gennemvarm.
Resultatet ikke helt tilfredsstillende. Formfyldning var et problem og myren er udstyret med træben. Følehorn blev meget tykke da formrensningen med trykluft eroderede gipsformen kraftigt – der skal lige justeres lidt i processen.
Bronze 2022
Bronze 2023
Kunstner skole 2023 Gallari Galsiøt samt fra hjemmestøberiet.
Bronze 2024
Produktion 2024.
Hej Finn, tak for din fine side. Findes der en løsning hvis man har en skulptur i ler, som man gerne vil lave i bronze?
Venlig hilsen Gitte
Hej Gitte. Man støber lerfiguren ind i Silicone og laver en voksmodel i silicone afstøbningen. Jeg ville meget gerne tilbyde at hjælpe dig, men det er et ret stort arbejde og har mange hobbyer ved siden af et fuldtids arbejde, så må desværre sige nej. Tror sagtens du kan finde nogle der kan gøre det for dig.
Jeg har et gipsgaze ansigt og en ostevoksfigur jeg gerne vil have udført i bronze.
Er det noget I kan lave – eller måske kender nogle der kan.
Venlig hilsen Dorte Rathje.
Hej Dorte. Ville rigtigt gerne hjælpe dig, men har desværre selv så mange projekter igang at jeg desværre må sige nej. Hat tidligere på nettet fundet nogle der støber på bestilling, så de findes.