Wachsausschmelzverfahren (Lost Wax Casting)

Die früheste Anwendung des Wachsausschmelzverfahrens geht auf die Zeit um 3000 v. Chr. zurück und diente zunächst der Herstellung von Bronzewerkzeugen. In der Frühlings- und Herbstzeit und in der Zeit der Streitenden Staaten hatte die Technik einen hohen Reifegrad erreicht. Im modernen Industriezeitalter ist das gleiche Verfahren auch als Feinguss bekannt.

Das Wachsausschmelzverfahren, das heute als Feinguss bekannt ist, ist ein Gießverfahren mit geringer oder ohne Bearbeitung. Es stellt eine herausragende technologische Errungenschaft in der Gießereiindustrie dar und findet breite Anwendung. Es eignet sich für das Gießen verschiedener Gussarten und Legierungen und ermöglicht die Herstellung von Gussstücken mit einer im Vergleich zu anderen Gießverfahren höheren Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität. Selbst komplexe, hochtemperaturbeständige und schwer zu bearbeitende Gussteile, die für andere Verfahren eine Herausforderung darstellen, können mit Feinguss erfolgreich hergestellt werden.
Moderne Feingussverfahren wurden in den 1940er Jahren erstmals in der industriellen Produktion eingesetzt. Die Entwicklung von Flugzeugtriebwerken erforderte damals die Herstellung von Bauteilen aus hitzebeständigen Legierungen mit komplexen Formen, präzisen Abmessungen und glatten Oberflächen, wie z. B. Schaufeln, Impeller und Düsen. Angesichts der Schwierigkeiten bei der Bearbeitung hitzebeständiger Legierungen und der Komplexität der Teilegeometrien erwiesen sich alternative Fertigungsmethoden als unpraktisch oder nicht durchführbar. Dies erforderte die Entwicklung eines neuen Präzisionsumformverfahrens. Inspiriert von der alten Technik des Wachsausschmelzverfahrens hat sich das moderne Feingussverfahren durch Material- und Prozessinnovationen weiterentwickelt und bedeutende Fortschritte gegenüber seinem historischen Vorgänger erzielt. So hat der Fortschritt der Luftfahrtindustrie die Anwendung des Feingusses vorangetrieben, während die kontinuierliche Verfeinerung und Verbesserung des Feingusses auch günstige Bedingungen für die Steigerung der Leistung der Luftfahrtindustrie geschaffen hat.
Beim Feingussverfahren wird, einfach ausgedrückt, ein schmelzbares Modell (auch Schmelzmodell oder einfach nur Modell genannt) aus einem Material mit niedrigem Schmelzpunkt (wie Wachs oder Kunststoff) hergestellt. Dieses Modell wird dann mit mehreren Schichten aus speziell formuliertem Schamott (hochtemperaturbeständiges Sandpulver) überzogen. Nach dem Trocknen und Aushärten bildet dies eine feste Formschale. Das Wachs wird dann mit Dampf oder heißem Wasser aus der Schale herausgeschmolzen, so dass die Sandformschale übrig bleibt. Schließlich wird die Sandformschale in einem Einbrennofen bei hoher Temperatur eingebrannt. Zur Herstellung des Gussteils wird geschmolzenes Metall in die Sandformschale gegossen.
Feingussstücke weisen eine hohe Maßgenauigkeit auf und erreichen in der Regel CT4-6 (im Vergleich zu CT10-13 beim Sandguss). Aufgrund der Komplexität des Feingussverfahrens beeinflussen jedoch zahlreiche Faktoren die Maßgenauigkeit. Dazu gehören die Schrumpfung des Wachsmodells, die Verformung der Form, die thermische Ausdehnung/Kontraktion der Formschale während der Erwärmung/Abkühlung, die Schrumpfungsrate der Legierung und die Verformung des Gussteils während der Erstarrung. Während Standard-Feingussstücke eine hohe Maßgenauigkeit aufweisen, bleibt die Beständigkeit ein verbesserungswürdiger Bereich (Gussstücke, die Wachswerkstoffe mit mittlerer bis hoher Temperatur verwenden, weisen eine deutlich verbesserte Maßbeständigkeit auf).
Die Oberflächengüte von Feingussteilen übertrifft im Allgemeinen die von konventionellen Gussteilen und erreicht in der Regel Ra 1,6-3,2 μm. Der Hauptvorteil des Feingusses liegt in seiner außergewöhnlichen Maßgenauigkeit und Oberflächengüte, die den Bearbeitungsaufwand erheblich reduziert. An kritischen Bauteilbereichen sind nur minimale Bearbeitungszugaben erforderlich, und bestimmte Gussteile können sogar direkt nach dem Schleifen oder Polieren ohne weitere Bearbeitung verwendet werden. So reduziert Feinguss den Bedarf an Werkzeugmaschinen und Bearbeitungsstunden erheblich und schont gleichzeitig die metallischen Rohstoffe.
Ein weiterer Vorteil des Feingusses ist die Möglichkeit, komplexe Gussteile aus verschiedenen Legierungen herzustellen, insbesondere aus Hochtemperaturlegierungen. So sind z. B. Triebwerksschaufeln mit ihren stromlinienförmigen Außenflächen und Kühlungshohlräumen durch herkömmliche Bearbeitung kaum zu erreichen. Das Feingießen ermöglicht nicht nur die Serienfertigung mit gleichbleibender Teilequalität, sondern beseitigt auch Spannungskonzentrationen, die durch Bearbeitungsspuren entstehen.
Zu den im Feingussverfahren hergestellten Legierungen gehören Kohlenstoffstahl, legierter Stahl, hitzebeständige Legierungen, Edelstahl, Präzisionslegierungen, Dauermagnetlegierungen, Lagerlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen und Titanlegierungen.