Sebenta · Executar peças de vidro por Casting (UC02389)

Introdução

O Casting é a técnica de vidro artístico em que o vidro não é soprado nem trabalhado a quente à mão: é colocado, em pedaços sólidos, dentro de um molde, e é o forno que o funde lentamente até ele preencher a cavidade. É a técnica certa para peças com formas complexas, esculturas, relevos e objetos que seria impossível soprar.

Esta sebenta segue o percurso real de uma peça, do primeiro esboço ao acabamento final: planear o projeto, organizar o posto de trabalho, criar o modelo, construir o molde (aberto ou com contramolde), escolher e calcular o vidro, regular a curva de temperatura, cozer no forno, desmoldar depois do arrefecimento e fazer o acabamento. Ao longo do caminho, o rigor e o respeito pelas normas de segurança são tão avaliados como o resultado final: o gesso e a sílica dos moldes produzem um pó fino que exige cuidado sério, e o forno trabalha a centenas de graus.

Objetivos de aprendizagem (referencial): executar um molde para a técnica de Casting, preparar os vidros e aplicar no molde, cozer as peças e desmoldar após o arrefecimento, e executar o acabamento, respeitando sempre as normas de segurança, saúde no trabalho e qualidade.

1. Conceção e execução do projeto

Uma peça de Casting nasce sempre de um projeto, não de uma improvisação junto ao forno. Planear evita desperdiçar vidro, gesso e, sobretudo, horas de forno.

Planeamento

O planeamento de uma peça em Casting responde a quatro perguntas, por esta ordem:

1. Que forma e função tem a peça (decorativa, funcional, escultórica)?
2. Que tipo de molde é necessário: aberto (forma simples) ou molde e contramolde (forma com relevo ou fechada)?
3. Que vidro (cor, tipo, forma de apresentação) e em que quantidade?
4. Que curva de temperatura o vidro e o molde exigem?

O planeamento regista-se num desenho técnico à escala, com as medidas da peça, e serve de referência a todas as fases seguintes.

Fases da execução

A execução de um projeto de Casting segue sempre a mesma sequência, e saltar uma fase é a causa mais comum de peças perdidas:

Cada fase depende do resultado da anterior: um molde mal cheio de bolhas de ar arruína a cozedura, e uma curva de temperatura errada pode partir a peça na desmoldagem.

2. Organização do posto de trabalho

O posto de trabalho de Casting muda ao longo das fases, e organizá-lo bem é um dos critérios de desempenho da UC: adequar o posto de trabalho em função das etapas e fases do projeto.

• Fase do modelo e do molde: bancada de trabalho, barro, gesso, sílica, teques, água e recipientes de mistura, à mão. Esta fase é suja, gera pó e salpicos: a bancada deve ter uma superfície lavável e proteção do chão.
• Fase de preparação do vidro: bancada limpa e seca, sem pó de gesso (o pó de gesso contamina o vidro e provoca defeitos na peça), com balança, taças e ferramentas de corte.
• Fase de forno: zona junto ao forno, com espaço de circulação livre e luvas de alta temperatura à mão.
• Fase de acabamento: bancada com água corrente, máquinas de esmerilar e lixas, com boa ventilação e extração de pó.

Regra de ouro: nunca misturar as zonas. O pó de gesso na zona do vidro estraga a peça; o pó de gesso na zona de acabamento (a seco) é o maior risco respiratório da UC.

3. O modelo

O modelo é a peça original, à escala final, a partir da qual se constrói o molde. É necessário sempre que a forma final não pode ser obtida diretamente com um molde aberto.

Materiais do modelo

• Barro (argila): fácil de modelar e reutilizar, mas seca e fissura se não for mantido húmido.
• Cera: permite detalhe fino e superfícies muito lisas; é o material da técnica de cera perdida, em que o modelo de cera é depois eliminado do interior do molde (por fusão e queima no forno, antes de se colocar o vidro), deixando a cavidade exata da peça.
• Outros materiais: gesso já endurecido (para modelos que servem de matriz permanente), madeira ou espuma para formas geométricas simples.

A escolha do material do modelo depende do detalhe exigido e de se o modelo vai ser recuperável (barro pode ser reutilizado) ou consumido no processo (cera perdida).

Cera perdida: cuidados

Quando o modelo é de cera, o molde é aquecido antes da cozedura do vidro para eliminar a cera (que derrete e, em parte, evapora). Este passo:

• Produz vapores de cera que exigem ventilação da zona do forno.
• Deve ser feito devagar, para a cera sair sem rachar o gesso ainda pouco resistente ao calor.
• É um passo distinto da cozedura do vidro, feito antes, a temperatura mais baixa.

4. Moldes abertos e molde com contramolde

Há dois tipos de molde na técnica de Casting, e escolher o errado obriga a recomeçar.

Molde aberto

Um molde aberto é uma cavidade única, sem tampa, esculpida ou moldada diretamente (sem modelo intermédio): serve para peças com uma só face de relevo, como um prato, uma tigela ou uma placa com um desenho gravado no fundo. O vidro é colocado na cavidade e a face superior fica lisa (a face que ficou virada para cima, ao ar).

Molde e contramolde

Quando a peça tem forma em ambas as faces, ou é fechada (uma escultura tridimensional, por exemplo), o molde tem duas metades:

• O molde propriamente dito, que envolve o modelo.
• O contramolde, a segunda metade, que fecha a cavidade do lado oposto.

O modelo é assente numa base, o gesso e sílica são aplicados numa metade de cada vez, com um plano de partição e chaves de encaixe entre as duas metades, para que o molde e o contramolde se separem sem estragar a peça na desmoldagem.

5. Materiais para moldes

O molde de Casting é feito de uma mistura refratária, capaz de suportar as temperaturas do forno sem se desfazer nem contaminar o vidro.

A mistura de gesso e sílica

A proporção de gesso e sílica é definida pela ficha técnica do fornecedor e pelo tamanho da peça (moldes maiores pedem mais espessura de parede, para resistir ao choque térmico). Regra geral do posto de trabalho:

1. Medir a água primeiro, no recipiente de mistura.
2. Polvilhar a mistura de gesso e sílica sobre a água, sem mexer, até ela deixar de absorver (satura à superfície).
3. Deixar hidratar cerca de 2 minutos.
4. Misturar bem, à mão ou com misturadora lenta, evitando incorporar ar (bolhas de ar no molde tornam-se defeitos na peça).
5. Verter sobre o modelo, dentro dos teques, batendo ligeiramente para libertar bolhas.

Cuidado com o pó de sílica. A sílica em pó contém sílica cristalina respirável: ao pesar e polvilhar o pó seco, usa-se sempre proteção respiratória adequada e trabalha-se com boa ventilação. Depois de endurecido, o gesso e sílica são seguros de manusear; o risco está no pó seco e, mais tarde, ao esmerilar ou remover o molde.

6. Técnicas de execução do molde e ferramentas

Sequência de execução

1. Preparar o modelo (limpo, sem rebarbas) e a base de trabalho.
2. Montar os teques à volta do modelo, com uma folga uniforme (a futura espessura da parede do molde).
3. Vedar as juntas dos teques com barro, para a mistura líquida não verter.
4. Misturar e verter o gesso e sílica.
5. Deixar curar (endurecer e perder a maior parte da água) antes de retirar os teques.
6. Retirar o modelo (barro escava-se, cera derrete-se no forno).
7. Limpar e secar a cavidade do molde antes de aplicar o vidro.

Ferramentas

• Espátulas e taças para medir e misturar o gesso e sílica.
• Facas e alicates para talhar o modelo e ajustar o molde.
• Martelo, para desmoldar peças com um molde perdido (que se parte para libertar a peça).
• Réguas e esquadros, para verificar a geometria do modelo e da peça.
• Máquinas de esmerilar e lixas, na fase de acabamento.

7. Tipos de vidro e formas de apresentação

O vidro para Casting não é uma chapa lisa: chega ao posto de trabalho em formas sólidas, prontas a fundir dentro do molde.

A escolha da forma de apresentação depende do volume a preencher (blocos para volumes grandes reduzem o número de bolhas de ar entre peças) e do efeito estético pretendido (o granulado dá texturas e transparências diferentes dos blocos).

8. Compatibilidade de vidros

Vidros diferentes contraem de forma diferente ao arrefecer, uma propriedade medida pelo coeficiente de expansão térmica (COE). Só se pode misturar, no mesmo molde, vidros com o mesmo COE (ou COEs certificados como compatíveis pelo fabricante).

• Misturar vidros incompatíveis produz tensões internas que racham a peça, por vezes só dias ou semanas depois de sair do forno.
• Antes de um projeto novo com um vidro desconhecido, faz-se um teste de compatibilidade: funde-se uma amostra dos dois vidros lado a lado e observa-se ao polariscópio (luz polarizada que revela tensões).
• Boa prática: manter os stocks de vidro separados e identificados por família de COE, para nunca misturar por engano.

9. Calcular e preparar o vidro para o molde

Antes de colocar o vidro no molde, calcula-se quanto vidro é preciso, para não faltar a meio da cozedura nem sobrar vidro fundido fora da cavidade.

Passo 1: medir o volume da cavidade

O método mais fiável é o deslocamento de água: enche-se a cavidade do molde com água, medida com um recipiente graduado, e o volume de água gasto é o volume da cavidade.

Passo 2: calcular a massa de vidro

A massa de vidro necessária calcula-se a partir do volume e da densidade do vidro, que para vidro sódico-cálcico (o mais usado em Casting) é de aproximadamente 2,5 g/cm³:

massa = volume × densidade

Passo 3: aplicar a margem de segurança

Ao fundir, o vidro assenta e pode deixar pequenas faltas junto às arestas do molde. Regra do posto de trabalho: acrescentar uma margem de segurança de 8% à massa calculada.

Preparar o vidro

• Selecionar peças limpas, sem sujidade nem gordura (contaminam a fusão).
• Cortar ou combinar formas de apresentação para preencher bem a cavidade, sem deixar grandes espaços de ar entre pedaços.
• Pesar na balança, até à massa calculada com a margem de segurança.
• Colocar no molde por camadas, dos pedaços maiores no fundo aos mais finos por cima, para o vidro assentar de forma mais uniforme ao fundir.

10. Fornos e a curva de temperatura

O forno de Casting é normalmente elétrico, com resistências no topo e/ou nas paredes, e um controlador programável que executa a curva de temperatura (a sequência de subidas, patamares e descidas de temperatura ao longo do tempo).

Porque a curva importa

O vidro é um material que não gosta de choques térmicos: aquecido ou arrefecido depressa de mais, acumula tensões internas e racha. A curva de temperatura existe para:

1. Aquecer devagar o suficiente para o molde e o vidro não racharem.
2. Manter a temperatura de fusão o tempo necessário para o vidro preencher toda a cavidade.
3. Arrefecer devagar através da zona de recozimento, onde as tensões internas se libertam.

Partes de uma curva de temperatura

11. Cozedura: ciclos, fusão e controlo do processo

A curva de temperatura completa, passo a passo

Seguindo o exemplo da peça de V = 400 cm³, massa 1080 g, com 4 cm de espessura na parte mais grossa:

Tempo total controlado (etapas 1 a 6): 1,6 + 2 + 1,03 + 1 + 4 + 3 ≈ 12h40, sem contar o arrefecimento natural final.

A regra do patamar de recozimento ("1 hora por centímetro de espessura da parte mais grossa da peça") é a regra prática do posto de trabalho desta UC. Peças mais espessas retêm o calor no interior por mais tempo e precisam de um patamar mais longo para libertar as tensões internas antes de arrefecer mais depressa.

Parâmetros de controlo do processo

Três parâmetros têm de ser controlados em conjunto, e falhar um invalida os outros:

• Compatibilidade dos vidros usados (ver capítulo 8).
• Quantidade de vidro face ao volume do molde (ver capítulo 9).
• Curva térmica ajustada à massa e à espessura da peça (ver tabela acima).

Fusão do vidro

Durante o patamar de fusão, o vidro passa de sólido a um líquido viscoso que flui e preenche a cavidade por ação da gravidade. Não ferve nem "derrama": assenta lentamente, como mel muito frio a escorrer. É por isso que a fusão em Casting demora, tipicamente, muito mais tempo do que uma fusão de chapa (fusing) de superfície plana: o vidro tem de descer e preencher todo o volume da cavidade, não só espalhar-se numa superfície.

12. Arrefecimento, desmoldagem e acabamentos

Arrefecer antes de desmoldar

A peça só se desmolda depois de completar toda a curva de arrefecimento, incluindo o arrefecimento natural até perto da temperatura ambiente. Abrir o forno ou o molde a quente sujeita a peça a um choque térmico que a pode partir, e sujeita quem trabalha a queimaduras.

Desmoldagem

1. Confirmar que a peça está fria ao toque (ou muito próxima da temperatura ambiente).
2. Retirar os teques ou partir o molde perdido com martelo, com cuidado, começando pelas zonas mais afastadas da peça.
3. Libertar a peça, verificando que não fica presa em nenhuma reentrância.
4. Retirar todos os resíduos de gesso e sílica agarrados à superfície.

O passo de maior exposição da UC

Desmoldar e limpar o molde é o momento de maior exposição a pó de sílica e gesso desta UC: o material está seco, frágil, e parte-se em fragmentos finos exatamente à mão do formando. Este passo exige sempre, sem exceção:

• Proteção respiratória adequada a partículas finas.
• Óculos de proteção, para aparas e pó.
• Luvas, contra arestas de gesso partido e resíduos ainda quentes.
• Trabalhar com remoção húmida sempre que possível (molhar ligeiramente o molde antes de partir reduz o pó em suspensão) e com ventilação ou extração de pó na bancada.
• Limpar a bancada e o chão no fim, sempre por via húmida ou aspiração, nunca varrendo a seco.

13. Controlo do produto final, normas de qualidade e segurança

Defeitos comuns e a sua causa

Controlo do produto final

Antes de dar a peça por concluída, verifica-se:

• Conformidade com o projeto: medidas, forma e cor batem com o desenho inicial.
• Ausência de defeitos da tabela acima.
• Acabamento completo (ver abaixo) nas zonas previstas.

Acabamentos

• Esmerilar, com máquinas de esmerilar e água corrente (o esmerilar a seco produz pó de vidro fino, também perigoso para os pulmões): remove rebarbas e nivela a base.
• Lixar, com lixas de grão progressivamente mais fino, para uniformizar a superfície.
• Polir, na fase final, para devolver o brilho às zonas trabalhadas.

Normas de segurança e de qualidade

• Cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho em todas as fases, com destaque para o pó de sílica e o calor do forno.
• Cumprir as normas da qualidade da oficina: registo do projeto, das quantidades usadas e da curva aplicada, para se poder repetir ou corrigir o processo numa peça seguinte.
• Usar sempre os equipamentos de proteção individual adequados a cada fase: luvas e óculos como mínimo, e proteção respiratória sempre que há pó de gesso, sílica ou vidro em suspensão.

Erros comuns

• Saltar o cálculo do volume e da massa e "adivinhar" a quantidade de vidro, o que dá peças incompletas ou vidro fundido a transbordar do molde.
• Misturar vidros de COE diferente sem testar a compatibilidade, produzindo peças que racham dias depois.
• Abrir o forno ou desmoldar a quente, arriscando um choque térmico na peça e uma queimadura em quem trabalha.
• Desmoldar e limpar o molde sem proteção respiratória, expondo-se ao pó de sílica no momento de maior risco da UC.
• Encurtar o patamar de recozimento numa peça grossa para poupar tempo de forno, o que deixa tensões internas por libertar.
• Esmerilar a seco, gerando pó de vidro fino que devia ser controlado com água corrente.

Glossário

• Casting · técnica de vidro em que o vidro sólido é fundido dentro de um molde refratário, no forno.
• Molde aberto · cavidade única, sem contramolde, para peças com relevo numa só face.
• Molde e contramolde · molde em duas metades, para peças com forma em ambas as faces ou fechadas.
• Modelo · a peça original, à escala final, a partir da qual se constrói o molde.
• Cera perdida · técnica em que o modelo de cera é eliminado do molde por calor, antes da cozedura do vidro.
• Teques · placas que formam a caixa à volta do modelo, contendo a mistura de gesso e sílica até endurecer.
• Sílica cristalina respirável · pó fino de sílica que exige proteção respiratória, presente na mistura do molde seca e nos resíduos da desmoldagem.
• COE (coeficiente de expansão térmica) · medida de como um vidro contrai ao arrefecer; só se misturam vidros com o mesmo COE.
• Nuggets, frit, billets · formas de apresentação do vidro sólido usado no Casting.
• Curva de temperatura · sequência programada de subidas, patamares e descidas de temperatura no forno.
• Recozimento · fase da curva em que a temperatura se mantém estável para libertar as tensões internas do vidro.
• Devitrificação · perda de transparência do vidro por cristalização, geralmente por excesso de tempo ou temperatura na fusão.
• Esmerilar · desbastar e nivelar o vidro com uma máquina abrasiva, sempre com água corrente.

Síntese

Uma peça de Casting percorre sempre o mesmo caminho: planear o projeto e organizar o posto de trabalho para cada fase, criar o modelo quando necessário, construir o molde (aberto, ou molde e contramolde) em gesso e sílica dentro dos teques, calcular o volume (por deslocamento de água) e a massa de vidro (volume × 2,5 g/cm³, mais margem de segurança), escolher vidros compatíveis em COE, aplicar a curva de temperatura correta no forno, deixar arrefecer por completo antes de desmoldar (o passo de maior exposição a pó, sempre com proteção respiratória), fazer o acabamento com água corrente, e verificar a conformidade final com o projeto. Rigor nos cálculos e respeito pelas normas de segurança percorrem todas as fases.

Exercícios resolvidos

1. Uma cavidade de molde é enchida com água a partir de um recipiente graduado com 800 ml. No fim, sobram 250 ml no recipiente. Qual é o volume da cavidade, e qual a massa de vidro necessária (densidade 2,5 g/cm³), sem margem de segurança?

Resolução: volume = 800 − 250 = 550 cm³. Massa = 550 × 2,5 = 1375 g.

2. Para a peça do exercício anterior, aplica a margem de segurança de 8%. Quantos gramas de vidro se pesam?

Resolução: 1375 g × 1,08 = 1485 g.

3. Uma peça tem 6 cm de espessura na parte mais grossa. Pela regra do posto de trabalho, quanto tempo dura o patamar de recozimento?

Resolução: 1 hora por centímetro × 6 cm = 6 horas.

4. Um formando quer mudar a temperatura de subida de 500 °C para 800 °C, a uma taxa de 100 °C/h. Quanto tempo demora essa etapa?

Resolução: (800 − 500) ÷ 100 = 3 horas.

5. Uma peça sai do forno com uma superfície leitosa e opaca em vez de transparente. Que defeito é este, e qual a causa mais provável?

Resolução: é devitrificação, causada por um patamar de fusão longo de mais ou por uma temperatura mantida a mais tempo do que o necessário na zona de fusão.

6. Porque é que a desmoldagem e a limpeza do molde exigem sempre proteção respiratória, mesmo que a peça já tenha arrefecido?

Resolução: porque o gesso e a sílica secos partem-se em fragmentos e pó fino nesse momento, libertando sílica cristalina respirável exatamente junto de quem trabalha; é o passo de maior exposição a este risco em toda a UC.