Sebenta · Fabricar peças pelo processo de fundição por cera perdida (UC05041)

Introdução

Esta sebenta acompanha a unidade curricular Fabricar peças pelo processo de fundição por cera perdida, do curso de Técnico/a de Fundição. A cera perdida, também chamada microfusão, é o processo de fundição que dá o maior detalhe e o melhor acabamento de todos: é assim que se produzem peças de joalharia, escultura, próteses e componentes técnicos de precisão que nenhum outro processo consegue reproduzir com a mesma fidelidade.

O processo desta UC organiza-se em cinco realizações oficiais, sempre na mesma ordem: efetuar moldes em borracha de silicone, efetuar positivos em cera, executar as operações de gitagem dos positivos, efetuar o vazamento do revestimento e o seu cozimento e, por fim, efetuar o vazamento da liga, a desmoldação e o acabamento da peça. É uma cadeia em que cada etapa herda o rigor, ou o erro, da anterior: um molde de silicone mal feito compromete o positivo de cera, um positivo defeituoso compromete a gitagem, e assim sucessivamente até à peça final.

Ao longo dos próximos capítulos vamos organizar o posto de trabalho, definir a linha de apartação do modelo, construir os contramoldes em gesso estuque, preparar e vazar a borracha de silicone, extrair o modelo original, fabricar os positivos de cera, montar a gitagem em árvore ou em cacho, vazar e cozer o revestimento cerâmico refratário, escolher e fundir a liga metálica, desmoldar, acabar e patinar a peça, e por fim controlar a qualidade do resultado. Fecha-se com as normas de segurança, ambiente e qualidade que atravessam todo o processo.

1. O processo de fundição por cera perdida

Fundir por cera perdida é obter uma peça metálica a partir de um modelo em cera, destruído ("perdido") para libertar a cavidade onde o metal líquido é vazado. É um processo de molde perdido: o revestimento cerâmico que envolve a cera é usado uma única vez.

Etapas, aplicações, ferramentas e equipamentos

O processo completo passa por estas grandes fases: modelação e apartação, molde em silicone, positivos em cera, gitagem, revestimento cerâmico e cozimento, fusão e vazamento da liga, desmoldação e acabamento.

• Aplicações: joalharia, ourivesaria, escultura de pequeno e médio porte, próteses dentárias e médicas, componentes técnicos de precisão (por exemplo, pás de turbina).
• Ferramentas e equipamentos: estrados, misturador, balança, espátulas, recipientes, x-ato, forno, mufla.
• Vantagem principal: reproduz pormenores muito finos que outros processos de fundição não conseguem replicar com a mesma exatidão.
• Limitação: processo lento, com muitas etapas manuais, indicado para séries pequenas ou peças de alta precisão.

2. Organização do posto de trabalho e materiais

Organizar o posto de trabalho em função do processo e instrumentos a utilizar é o primeiro critério de desempenho da UC e a base de tudo o resto.

Organização do posto de trabalho

• Separar fisicamente a zona de modelação (plasticina, gesso), a zona de silicone e a zona de forno.
• Manter estrados limpos para apoiar moldes, positivos e peças em cada fase.
• Ter os instrumentos de pesagem e corte sempre identificados: espátulas de gesso e de silicone nunca se misturam.
• Guardar documentação técnica e registos do processo, acessíveis junto ao posto.

Materiais necessários ao processo

3. O modelo original e a linha de apartação

Antes de qualquer mistura, o técnico identifica as etapas do processo que a peça vai percorrer e toma a decisão mais importante de toda a modelação: definir a linha de apartação do molde.

Definir a linha de apartação

• A linha de apartação é a fronteira que separa o molde em duas (ou mais) metades, para permitir a extração do modelo sem o danificar.
• Escolhe-se em função da geometria da peça: procura-se o plano com menos reentrâncias, onde o modelo "solta" com mais facilidade.
• Uma linha mal escolhida obriga a cortes forçados na abertura do molde, destruindo pormenores do modelo ou do positivo.

Preparar o modelo com plasticina

1. Assentar o modelo original numa cama de plasticina, até à linha de apartação definida.
2. Definir a sobre-espessura da plasticina: a camada tem de cobrir o modelo até à linha escolhida, com espessura uniforme em toda a superfície.
3. Alisar bem a plasticina: qualquer irregularidade é copiada para o primeiro contramolde e propaga-se ao molde final.

4. O contramolde em gesso estuque

Com o modelo assente na plasticina, constrói-se o primeiro contramolde, uma "caixa" rígida em gesso estuque que vai conter o silicone.

Preparação do gesso estuque

1. Selecionar a quantidade de gesso necessária, em função do volume a preencher.
2. Preparar a mistura do gesso com água, na proporção indicada, mexendo até ficar homogénea, sem grumos nem bolhas de ar.
3. Vazar o gesso sobre o modelo já apoiado na plasticina, cobrindo-o por completo.
4. Definir os locais dos pinos-guia no contramolde, para o encaixe rigoroso entre as duas metades.

O gesso estuque inicia a presa rapidamente: a mistura e o vazamento fazem-se sem pausas.

Vedação de contramoldes e segunda metade

Depois de endurecido o primeiro contramolde, inverte-se a peça (retirando a plasticina) e prepara-se a segunda metade:

• Vedação de contramoldes: aplica-se desmoldante na face de gesso exposta, para que a segunda metade não cole à primeira.
• Definir o segundo contramolde: repete-se o vazamento de gesso do lado oposto, encaixando nos pinos-guia já definidos.
• No final, retiram-se as duas metades de gesso: ficam prontas para servir de "caixa" ao molde de silicone.

5. A borracha de silicone

Com os contramoldes de gesso prontos, o técnico prepara a borracha de silicone, o material que vai copiar o modelo original com fidelidade e servir de molde reutilizável para os positivos de cera.

Tipos, pesagem e mistura

• Tipos de silicone e reagentes: variam no tempo de presa e na dureza final, consoante o fabricante e a aplicação.
• Definir a quantidade de silicone necessária para preencher a cavidade formada pelos contramoldes de gesso.
• Pesagem do silicone e do catalisador na proporção indicada pelo fabricante, sempre com balança, nunca a olho.
• Preparar a mistura do silicone: juntar o catalisador ao silicone na proporção pesada, misturar bem, sem incorporar bolhas de ar.

Vazamento do silicone

1. Preparar o vazamento do silicone: montar os contramoldes de gesso à volta do modelo, formando a caixa de vazamento.
2. Verter o silicone devagar, por um único ponto, deixando-o subir e envolver o modelo de forma contínua.
3. Deixar em repouso, sem mexer, até ao tempo de polimerização indicado.

6. Polimerização, abertura do molde e extração do modelo

Polimerização

A polimerização é a reação química que transforma o silicone líquido numa borracha sólida e elástica. O tempo varia com o tipo de silicone e com a temperatura ambiente, e não se deve interromper: mexer o molde antes do tempo compromete a elasticidade final do silicone.

Abertura de moldes pós-polimerização

Depois de polimerizado, prepara-se o molde para vazamento: confirmam-se as duas metades, a linha de apartação e os pinos-guia, antes de se avançar para a abertura.

1. Efetuar a abertura do molde: separar as metades de gesso e silicone pela linha de apartação.
2. Definir o local da extração do modelo original, geralmente onde há mais folga entre o modelo e o silicone.
3. Aplicar os procedimentos de extração do modelo, através de corte com x-ato, com incisões precisas que fecham depois por elasticidade do silicone.
4. Verificar o interior do molde de silicone: sem rasgões e sem restos do modelo presos.

7. Os positivos de cera

Efetuar positivos em cera é a segunda grande realização da UC: reproduzir o modelo em cera, tantas vezes quantas as peças que se pretende fundir.

Fabrico dos positivos

• Aplicar os procedimentos de fabrico de positivos de cera: injetar ou vazar cera líquida (ou semilíquida) dentro do molde de silicone já extraído.
• Positivos maciços: preenchem toda a cavidade; usados em peças pequenas ou que exigem robustez.
• Positivos ocos: apenas uma casca de cera, mais espessa junto às zonas críticas; usados em peças maiores, poupam material e reduzem o risco de defeitos por contração excessiva durante o arrefecimento.
• Desenformar com cuidado, sem deformar a cera ainda quente e maleável.

Controlo de qualidade do positivo

Antes de seguir para a gitagem, cada positivo é inspecionado:

• Sem bolhas de ar visíveis na superfície.
• Sem rebarbas nas linhas de junção do molde de silicone.
• Dimensões coerentes com o modelo original.

Pequenas imperfeições retocam-se com ferramenta aquecida própria, antes de avançar. Um defeito não corrigido aqui transmite-se, de forma irreversível, à peça metálica final.

8. A gitagem

Executar as operações de gitagem dos positivos é a terceira realização da UC: montar o sistema de canais que vai conduzir o metal líquido até cada positivo, durante o vazamento da liga.

O que é a gitagem

A gitagem liga cada positivo de cera a um canal principal, formando um único conjunto a revestir. Sem uma gitagem bem dimensionada, o metal não chega a todos os cantos da cavidade a tempo de a preencher, antes de começar a solidificar.

Construir as gitagens exige planear a posição de cada positivo e o ângulo de cada canal de alimentação, de forma a que o metal líquido percorra o caminho mais curto e sem obstáculos.

Gitagem em árvore ou em cacho

Em ambas as configurações, os positivos são colados por cera fundida ao canal principal, formando uma peça só, pronta a ser revestida.

9. O revestimento cerâmico refratário

Efetuar o vazamento do revestimento e o seu cozimento é a quarta realização da UC: cobrir a árvore ou o cacho de cera com um material refratário que vai aguentar o calor do cozimento e do vazamento da liga.

Materiais e técnica de revestimento

• Revestimentos refratários: materiais à base de gesso refratário ou sílica, capazes de suportar temperaturas elevadas sem se desfazer.
• Operar os equipamentos de mistura de revestimentos, respeitando a proporção entre pó e água indicada pelo fabricante.
• Vazar o revestimento dentro de um cilindro metálico, envolvendo por completo a árvore ou o cacho de cera, sem deixar bolhas de ar junto à superfície.

Secagem, endurecimento e ciclos de cozimento

Depois de vazado, o revestimento passa por duas fases distintas:

1. Secagem e endurecimento à temperatura ambiente, antes de ir ao forno.
2. Ciclos de cozimento na mufla, com subida de temperatura por patamares e rampas controladas.

O cozimento cumpre dois objetivos ao mesmo tempo: derreter e escoar a cera (que sai, "perdida", dando nome ao processo) e endurecer o cilindro até ficar rígido como cerâmica. Respeitar os patamares de temperatura evita fissuras por choque térmico; no final, o cilindro fica quente e vazio por dentro, pronto a receber a liga de imediato.

10. Ligas metálicas e vazamento

Efetuar o vazamento da liga dá início à quinta e última realização da UC.

Ligas metálicas e fusão

• Ligas metálicas: a escolha depende da peça e da sua função, entre prata, bronze, latão e ligas de ouro, cada uma com a sua temperatura de fusão própria.
• Operar fornos de fusão: aquecer a liga até ao estado líquido, respeitando a temperatura de fusão de cada metal.
• Calcular a quantidade de liga necessária em função do volume total da árvore ou do cacho de positivos.

Vazamento das moldações

1. Retirar o cilindro de revestimento, ainda quente, do forno de cozimento.
2. Vazar as moldações: verter a liga líquida para dentro do cilindro, de forma contínua e sem interrupções.
3. A gravidade, ou, em equipamentos próprios, a força centrífuga, empurra o metal por toda a gitagem, até preencher cada positivo.
4. Deixar arrefecer de forma controlada, sem choques térmicos bruscos.

O vazamento é rápido e não admite correção: toda a preparação anterior, desde a pesagem da liga até à temperatura do cilindro, faz-se antes de este momento único.

11. Desmoldação, acabamento e patines

Desmoldação

Depois de arrefecida, a peça é separada do revestimento cerâmico:

• Proceder à desmoldação: partir e remover o revestimento refratário, já sem função, e descartá-lo corretamente.
• Separar cada peça do sistema de gitagem, cortando os canais que a ligavam à árvore ou ao cacho.
• Limpar os resíduos de revestimento agarrados à superfície metálica.

O revestimento cerâmico é um molde perdido, usado uma só vez, ao contrário do molde de silicone, que serve para vários lotes de positivos de cera.

Acabamento e patines

• Aplicar os procedimentos de acabamento das peças fundidas: cortar os restos de gitagem, limar e polir.
• Preparar e aplicar patines: tratamentos químicos ou térmicos que dão cor e textura final à superfície metálica, e que também podem proteger da oxidação.

12. Controlo de qualidade

Verificar a conformidade das peças com as especificações e identificar defeitos é um critério de desempenho central da UC, e fecha o ciclo de todo o processo.

Inspeção final

• Inspecionar a peça final, comparando-a com o modelo original e com as especificações técnicas exigidas.
• Identificar defeitos: bolhas, rebarbas, falta de enchimento, fissuras, deformações.
• Verificar os critérios de qualidade da peça fundida final, antes de a dar por concluída.

Defeitos típicos e a sua origem

Rastrear um defeito até à etapa de origem é o que permite corrigir o processo, não apenas disfarçar a peça.

13. Segurança, ambiente e qualidade

Estas normas não são um capítulo isolado: acompanham cada etapa anterior, da modelação ao vazamento.

Riscos e equipamento de proteção individual

• Riscos e prevenção de acidentes: queimaduras junto ao forno e no vazamento, cortes com o x-ato, inalação de poeiras do revestimento.
• Utilizar os equipamentos de proteção individual: luvas resistentes ao calor, óculos, avental e proteção respiratória na zona do revestimento.
• Cumprir as normas de segurança e saúde no trabalho em todas as fases, sem exceção.

Resíduos, ambiente e qualidade

• Aplicar as normas de gestão de resíduos: separar corretamente pó de revestimento, restos de gesso e de cera.
• Aplicar as normas de proteção ambiental: nunca despejar resíduos químicos no esgoto comum.
• Aplicar as normas da qualidade: registar cada lote, cada liga e cada defeito encontrado, garantindo rastreabilidade.

Erros comuns

• Definir a linha de apartação depois de modelar, em vez de antes, obrigando a cortes forçados na abertura do molde.
• Pesar o silicone e o catalisador a olho, sem balança, confiando na experiência.
• Vazar o silicone de vários pontos ao mesmo tempo, prendendo bolhas de ar junto ao modelo.
• Abrir o molde de silicone antes do fim da polimerização, comprometendo a elasticidade e a precisão do molde.
• Aceitar um positivo de cera com pequenas bolhas "porque não se vê muito", transmitindo o defeito à peça final.
• Sobrecarregar uma árvore de gitagem com demasiados positivos, dificultando o revestimento e o cozimento.
• Subir a temperatura da mufla depressa demais, provocando fissuras no revestimento por choque térmico.
• Vazar a liga devagar ou com interrupções, dando falta de enchimento em zonas finas da gitagem.
• Forçar a desmoldação com a peça ainda quente, deformando-a.
• Tratar os resíduos de revestimento como lixo comum, ignorando as normas de gestão de resíduos.

Glossário

• Cera perdida (microfusão): processo de fundição em que um modelo de cera é destruído para libertar a cavidade onde o metal é vazado.
• Linha de apartação: fronteira que separa o molde em duas metades, definida antes da modelação.
• Contramolde: metade rígida em gesso estuque que serve de caixa ao molde de silicone.
• Vedação de contramoldes: aplicação de desmoldante entre metades de gesso, para evitar que colem.
• Polimerização: reação química que transforma o silicone líquido numa borracha sólida.
• Positivo de cera: reprodução do modelo original em cera, vazada dentro do molde de silicone.
• Positivo maciço: preenche toda a cavidade do molde.
• Positivo oco: apenas uma casca de cera, mais leve e económica.
• Gitagem: sistema de canais que liga os positivos de cera ao canal de alimentação principal.
• Gitagem em árvore: canal central vertical com ramos a cada positivo.
• Gitagem em cacho: positivos agrupados à volta de um núcleo curto.
• Revestimento refratário: material cerâmico que reveste a gitagem e aguenta o calor do cozimento e do vazamento.
• Patamar / rampa: etapa de temperatura constante e etapa de subida de temperatura, no ciclo de cozimento.
• Liga metálica: mistura de metais usada no vazamento (prata, bronze, latão, ouro, entre outras).
• Desmoldação: remoção do revestimento cerâmico depois de arrefecida a peça.
• Patine: tratamento químico ou térmico que dá cor e textura final à superfície metálica.
• EPI: equipamento de proteção individual.

Síntese

O processo de fundição por cera perdida segue sempre a mesma sequência: organizar o posto de trabalho e definir a linha de apartação, construir os contramoldes em gesso estuque, preparar e vazar a borracha de silicone, abrir o molde e extrair o modelo, fabricar os positivos de cera (maciços ou ocos), montar a gitagem (em árvore ou em cacho), vazar e cozer o revestimento cerâmico refratário por patamares, fundir e vazar a liga metálica, desmoldar, dar acabamento e patine, e por fim controlar a qualidade da peça final, identificando defeitos e a sua origem. Transversalmente a todas as fases, cumprem-se as normas de segurança e saúde no trabalho, o uso de EPI, a gestão de resíduos, a proteção ambiental e as normas da qualidade. Dominar este ciclo completo, do modelo à peça acabada, é o que distingue um técnico de fundição por cera perdida competente.

Exercícios resolvidos

1. Uma peça tem uma face lisa e outra com um relevo detalhado. Onde deves definir a linha de apartação e porquê?

Resolução: a linha de apartação deve passar pela face lisa, deixando todo o relevo detalhado numa única metade do molde. Assim evita-se cortar o molde a meio de um pormenor fino, o que deixaria uma marca visível em todos os positivos de cera reproduzidos a partir desse molde.

2. Ao pesar o silicone e o catalisador, um colega decide "ir a olho" para poupar tempo. Que consequência mais provável tem essa decisão?

Resolução: uma proporção incorreta entre silicone e catalisador atrasa ou impede a polimerização correta: o silicone pode ficar demasiado mole, demasiado quebradiço, ou nunca chegar a curar totalmente. Como a balança está disponível para isso mesmo, pesar corretamente não custa tempo a mais que compense o risco de ter de repetir todo o molde.

3. Depois de vazar o silicone por dois pontos diferentes ao mesmo tempo, aparece uma bolha de ar exatamente onde as duas frentes de líquido se encontraram. Explica a causa e como evitar.

Resolução: vazar por vários pontos cria frentes de silicone que avançam uma contra a outra e prendem ar entre elas quando se encontram. A técnica correta é verter devagar e por um único ponto, deixando o silicone subir e envolver o modelo de forma contínua, sem criar frentes que se cruzem.

4. Que diferença há entre um positivo de cera maciço e um oco, e quando escolher cada um?

Resolução: o maciço preenche toda a cavidade do molde e usa-se em peças pequenas ou que precisam de robustez estrutural. O oco é apenas uma casca de cera e usa-se em peças maiores, porque poupa material e reduz o risco de defeitos causados pela contração do metal ao arrefecer numa massa demasiado grande.

5. Um lote de 30 alianças vai ser fundido de uma vez. Que configuração de gitagem escolherias, em árvore ou em cacho, e porquê?

Resolução: em árvore. Um canal central vertical com ramos curtos até cada aliança aproveita bem o espaço dentro do cilindro de revestimento, permitindo colocar muitas peças pequenas de forma organizada. A gitagem em cacho é mais indicada para poucas peças de maior dimensão.

6. O cilindro de revestimento rachou durante o cozimento na mufla. Qual é a causa mais provável e como se evita?

Resolução: a causa mais provável é ter subido a temperatura depressa demais, saltando patamares do ciclo de cozimento, o que provoca choque térmico no revestimento cerâmico. Evita-se seguindo rigorosamente os patamares e as rampas indicados para o material refratário usado, dando tempo a que cada zona do cilindro se estabilize antes de subir mais.

7. Porque é que o vazamento da liga tem de ser feito com o cilindro de revestimento ainda quente e de forma contínua?

Resolução: um cilindro ainda quente mantém a liga líquida tempo suficiente para percorrer toda a gitagem antes de começar a solidificar; se estivesse frio, o metal solidificaria a meio do percurso. O vazamento contínuo evita interrupções que, tal como no silicone, dão falta de enchimento em zonas finas da gitagem, porque o metal já em arrefecimento não retoma o fluxo com a mesma facilidade.

8. Uma peça fundida sai com falta de enchimento numa zona fina. Em que etapas anteriores deves procurar a causa?

Resolução: o mais provável é uma gitagem mal dimensionada (canais demasiado finos ou mal posicionados para aquela zona) ou um vazamento da liga demasiado lento ou interrompido, que deixou o metal solidificar antes de preencher toda a cavidade. Corrige-se redesenhando a gitagem para essa zona ou ajustando a técnica e a velocidade do vazamento seguinte, não apenas reparando a peça já fundida.