Pro získání odlitku musíme splnit tři základní požadavky: mít voskový model protézy, získat podle něj přesnou licí formu a tu v licím přístroji vyplnit vhodnou roztavenou slitinou.
Při lití jakékoliv konstrukce usilujeme o získání co nejpřesnějšího odlitku. Za optimální přesnost považujeme odchylku 0,1-0,2 %, přičemž nečiníme rozdíl mezi fixními a snímatelnými konstrukcemi. Při lití je tedy hlavní snahou kompenzovat smrštění kontrahujících materiálů a zajistit dokonalou strukturu odlitku - získat odlitek pevný a homogenní bez vnitřních a povrchových defektů.
Na rozměrové přesnosti odlitků se podílejí všechny použité materiály svými objemovými změnami, které většinou známe a musíme je respektovat. Víme, že kontrakce jedněch (vosků a kovových slitin) je obvykle vyvážena expanzí druhých (formovacích hmot), celý pracovní postup však ve všech fázích ordinačních i laboratorních musíme vést tak, abychom zabránili i nebezpečným deformačním změnám. Ty se týkají opět všech materiálů, ale největší péči ze všech si vyžaduje manipulace s voskovým modelem protézy.
Schéma korunkové licí formy
Licí forma
Licí formu je třeba upravit tak, abychom dovolili formovací hmotě expandovat od středu formy k periferii, a vhodnou úpravou formy zajistili i požadovanou strukturu odlitku.
Licí forma se skládá ze základních částí, jimiž jsou licí prohlubeň, licí kanálky (vtoky) a případný zásobník. To vše je připojeno k modelu protézy a vloženo do formovací hmoty v licí kyvetě (obroučce). Pro tvar, rozměry a umístění každého dílu licí formy platí přesná pravidla, která jsou nejnázornější u forem k odlévání malých odlitků fixních protéz.
Schéma licí formy s rozdělovacím kanálkem
Licí prohlubeň je nálevka, která zavádí slitinu po roztavení v tavicím kelímku do formy (tzv. tavení mimo licí prohlubeň), a musí proto mít tvar kužele. K vytvoření prohlubně vždy bezpodmínečně použijeme předtvar.
Při tavení v licí prohlubni měla prohlubeň obvykle tvar polokulovité misky. V licí prohlubni se tavilo při užívání ručního licího praku, dnes už zastaralého, protože odlitek z něj nebyl dostatečně hutný. Tavení v prohlubni se ale užívá stále při lití ve vakuových přístrojích.
Licí kanálky spojují licí prohlubeň s dutinou pro odlitek a vedou roztavenou litinu do vlastní formy. Vytvářejí se pomocí prefabrikátů z kovu, z plastů nebo z vosku a před vypalováním formy se musí vytáhnout nebo vytavit.
Tenký licí čep se zásobníkem, silný licí čep, silný licí čep se zúžením pro vakuové lití,
Licí forma se správným umístěním zásobníku v teplotním centru formy a modelu náhrady mimo něho,
Schéma plnění formy při lití,
Správně zahnutý licí čep ulehčí nabrání tavené slitiny,
Detailní průběh řízeného tuhnutí odlitku od periferie po vtok
Při přípravě formy mají kanálky čtyři hlavní úkoly:
- Fixují voskový model v prostoru tak, aby mohla být zhotovena licí forma.
- Tvoří kanálek k eliminaci vosku během vypalování formy.
- Představují kanálek, vedoucí roztavenou litinu do formy během vlastního lití.
- Jsou zásobníkem pro kompenzaci smrštění odlitku během tuhnutí.
Průměr kanálků nelze určit libovolně, příliš úzký kanálek omezuje dynamiku vtoku. Při tavení mimo licí prohlubeň má mít průměr 3-4 mm. Délka licího kanálku má být 15-20 mm a má být bez výrazných ohybů, aby protékající litina nemusela prudce měnit směr. Při vakuovém lití se doporučuje široký kanálek před vstupem do formy zúžit na polovinu do tvaru trysky. Široký licí kanálek působí současně i jako dosycovací zásobník, z něhož se do formy nasává roztavená litina ke kompenzaci kontrakčního úbytku slitiny.
Při zastaralém způsobu tavení v licí prohlubni směl mít kanálek průměr 1,7 mm (u širšího hrozilo nebezpečí ucpání zapadnutím částice neroztavené slitiny). Protože jeho šířka nestačila k dosycování odlitku, musel být vždy opatřen zásobníkem ve tvaru koule, umístěným na licím čepu. I když dnes už v licí prohlubni prakticky netavíme, budeme každý licí kanálek užší než 3 mm opatřovat vždy zásobníkem.
Roztavená slitina po naplnění vlastní dutiny odlitku začíná tuhnout – krystalizovat a přitom zmenšuje svůj objem.
Zásobníky ve formě silnějšího licího čepu nebo koule musí umožnit, aby se kontrakční úbytek tuhnoucí slitiny doplňoval nasáváním další, dosud neztuhlé slitiny.
Dosycování je účinné jen tehdy, jestliže tuhnutí ve formě probíhá v pořadí odlitek - vtoková soustava - licí prohlubeň. Mluvíme o tzv. řízeném tuhnutí. K jeho zajištění je třeba umístit model protézy ve formě mimo její tzv. teplotní centrum a licí soustavu naopak do teplotního centra.
Při takové úpravě může nejdříve tuhnoucí odlitek dobře nasávat z dosud neztuhlých částí licí soustavy.
Licí forma se plní tak, že kov narazí na dno formy proti vtoku a postupně formu zaplňuje od spodu nahoru. Vzduch formy tedy uniká více v protisměru tekoucího kovu a méně do ochlazovacích (odvzdušňovacích) kanálků, které, jsou-li umístěny proti vtokům, jsou zaplněny nejdříve.
Při rotačním lití žene odstředivá síla kov jednak na dno formy ležící proti vtoku a jednak do „rohu“ formy, protilehlému směru rotace – dalo by se říci do zadního taženého rohu formy. To je ve formě prostor, který se vyplní nejlépe – kamkoliv jinam musí ve formě téci tavenina proti směru rotace a odstředivé síly.
Máme-li podle těchto poznatků upravit licí formu, je třeba postupovat podle určitých zásad. Licí kanálek i s případným zásobníkem musí být umístěn co nejpřesněji v tepelném centru formy, model odlévaného objektu naopak excentricky na periferii tak, že bude situován k zadnímu (podle směru rotace) okraji licí formy. Licí kanálky tedy nebudou směřovat přímo v prodloužení osy licí prohlubně, ale budou zahnuty k tomuto zadnímu okraji. Znamená to označit si na povrchu formy (na okraji kovové licí obroučky) umístění voskového modelu. Jen tak se dutina odlitku spolehlivě naplní a kontrahující slitina se spolehlivě dosytí z širokého licího kanálku nebo ze zásobníku a dojde k řízenému tuhnutí, při němž tuhnutí ve formě probíhá opravdu v uvedeném pořadí: objekt - kanálek - prohlubeň.
K voskovým modelům fixních protéz se navíc připojují tzv. ochlazovací kanálky. Jsou-li správně umístěny, napomáhají odvodem tepla řízenému tuhnutí a zlepšují strukturu odlitku. Jejich průměr je 1 mm a jsou obráceny proti směru vtoku roztavené slitiny. U vakuového lití jsou jen asi 10 mm dlouhé, u odstředivého lití se mohou vyvést až na okraj licí prohlubně. U velice neprodyšných formovacích hmot s fosfátovým pojivem působí ochlazovací kanálky současně jako odvzdušňovací kanálky, které odvedou z formy část vzduchu před vniknutím roztavené litiny. U prodyšnějších sádrových hmot k tomu stačí porozita formy.
Ochlazovací kanálky
Roztavená litina má při odstředivém lití téci z prohlubně přímo do odlitku a zásadně nemá měnit směr. Nedoporučují se tedy při užívání rotačních licích přístrojů komplikované licí soustavy s rozdělovacími kanálky umístěnými napříč odstředivé síle. Použít je lze snad jen u vakuového lití.
Na licích kanálcích užších než 3 mm musí být umístěn zásobník. Má kulový tvar, je symetricky umístěný na licím čepu a jeho průměr je alespoň třikrát větší než průměr čepu . Vzdálenost zásobníku od modelu musí být co nejmenší, maximálně 1 mm, a spojka k němu širší než licí kanálek. Při větší vzdálenosti a užší spojce ztuhne spojka dřív než odlitek, který tak zůstane nedosycen a s defekty.
Závazná pravidla jsou i pro připojení a umístění licího čepu k modelu protézy. Platí, že k dosažení husté, homogenní struktury odlitku má být na jednu jednotku, tj. na jednu korunku nebo mezičlen, jeden čep. Čep se doporučuje nezapichovat přímo do voskového modelu, ale do malé voskové kapičky nanesené na povrch modelu. Přechody mezi prohlubní, zásobníkem, modelem a čepem musí být zaobleny. K voskovému modelu má být čep připojen v nejhmotnějším místě, nikdy proti ostrým výběžkům ve formě, které by se mohly nárazem roztaveného kovu odlomit. K větším plochým částem voskového modelu (např. žvýkacím plochám) nemá čep směřovat kolmo, ale pod úhlem asi 45°. Rozhodující je i délka čepu, která má být zvolena s přihlédnutím ke všem již uvedeným zásadám tak, aby periferní části voskového modelu byly 8-10 mm ode dna a stěn formy.
Je-li čep z korodujícího materiálu, musí být na povrchu pokryt vrstvičkou vosku, jinak ve styku s vlhkou formovací hmotou zkoroduje a rez, která zbude ve formě po jeho vytažení, poškodí odlitek.
Podle uvedených pravidel připravenou licí soustavu zatmelíme do formovací hmoty v licí obroučce (kyvetě). Velikost obroučky vybíráme tak, aby od okrajů modelu ke stěnám a ke dnu formy nebylo více než uvedených 8-10 mm. I když víme, že značná část vzduchu z formy unikne proti proudu vlévaného kovu nebo u hustých formovacích hmot i odvzdušňovacími kanálky, spoléháme i na prodyšnost formovací hmoty, jejíž příliš silná vrstva by únik vzduchu ztížila.
Obroučku vyložíme stlačitelnou vrstvou žáruvzdorného materiálu tlustou asi 1 mm, který umožní expanzi formovací hmoty. Používají se vložky nebo papír ze skelných nebo keramických vláken. Filtrační papír je nevhodný, protože nauhličí formu. Okraje kroužku se ponechají volné. Uvedené materiály lehce navlhčíme, aby neodsávaly vodu z formovací hmoty. Opomineme-li vyložit licí kroužek, znemožníme expanzi formovací hmoty.
Vlastní zatmelení provedeme formovací hmotou vybranou podle slitiny a připravenou přesně podle návodu. Zatmelujeme ihned po sejmutí voskového modelu z pracovního modelu a po řádném odmaštění. K zajištění co nejkvalitnějšího povrchu odlitku a nejpříhodnějších objemových změn musíme formovací hmotu kolem modelu protézy co nejvíce zkondenzovat. Zajistíme to nejlépe použitím vakuového mísicího přístroje k přípravě směsi formovací hmoty a k vyplnění formy pomocí vibrátoru. Na zvlášť tvarově složitá místa voskového modelu můžeme nanést připravenou formovací hmotu štětcem, nikdy však nepoužíváme starou metodu zatmelení na jádro a vrstvu nanesené hmoty nezaprašujeme práškem. Během 40-60 minut formovací hmota ztuhne a proběhne expanze při tuhnutí.
Vyhřátí formy a odlití
Po ztuhnutí formovací hmoty odstraníme předtvar licí prohlubně. Použité kovové licí čepy lehce nahřejeme a vytáhneme. Formu vložíme licí prohlubní mírně šikmo dolů a pomalu zahříváme na 200 °C. vosk zvolna vytéká, vypuzován párou z formovací hmoty. Nemáme-li zvláštní pec nebo možnost přesné regulace teploty, začínáme formu vyhřívat na okraji vypalovací pece při otevřených dvířkách. Forma je vysušená po 30-60 minutách podle velikosti. Pak pokračujeme ve vyhřívání do 700 °C u sádrových a do 900-1 000 °C u fosfátových formovacích hmot. Nejpřesnější je používat pece s možností regulace a kontroly teploty – teplota formy příliš ovlivňuje výsledek odlití, a proto nelze tak důležité údaje jen odhadovat. Překročením vypalovací teploty ohrožujeme strukturu odlitku porozitou a rozměry odlitku klesající tepelnou expanzí. Vypalování nikdy nepřerušujeme, protože tím ohrožujeme i pevnost formy.
Tuhnutí, sušení a vypalování licí formy je závislé na její velikosti. Prodloužení doby u velkých forem je nutné proto, že jejich homogenní prohřátí trvá přiměřeně déle. Vzestup teploty během vysoušení má probíhat asi rychlostí 5 °C za minutu, během vypalování rychlostí 10 °C za minutu.
Po dosažení požadované teploty bez prodlení co nejrychleji vložíme formu do licího přístroje. Forma chladne velice rychle a za bezpečnou dobu pro manipulaci se považuje doba jedné minuty. Formu vkládáme podle označení, které jsme si vytvořili na okraji její horní plochy, aby se při odlévání vskutku využilo odstředivé síly a rotace.
Správně zahnutý licí čep ulehčí nabrání tavené slitiny
Zlaté slitiny tavíme pod tavidly, slitiny obecných kovů bez tavidel, někdy pod ochrannou atmosférou např. argonovou. V zásadě platí, že dodržíme návod výrobce slitiny určující, kdy a jaké tavidlo použít. Odléváme ihned po dosažení licí teploty, kterou poznáme podle typických známek – zaoblení povrchu a případného zrcadlení u zlatých slitin. Přesnější je opět dodržet pokyny výrobce, který určuje, jak dlouho je třeba zahřívat litinu od likvidu k dosažení licí teploty. Hodnoty se liší podle slitin a použitých tepelných zdrojů. Vlastní odlití, tedy vyplnění dutiny ve formě, proběhne velice rychle během 0,1-0,5 s podle velikosti odlitku.
Po odlití dochází rychle k ztuhnutí, tj. krystalizaci odlitku při poklesu teploty z likvidu na solidus. Tato první fáze chladnutí je rozhodující pro strukturu odlitku. Proběhne-li rychle, vykrystalizuje celý odlitek téměř současně a struktura bude homogenní a jemnozrnná. Je to zaručeno malým teplotním intervalem mezi likvidem a solidem, který zajišťuje výrobce slitiny.
Druhá fáze chladnutí je rozhodující pro vytvrzení odlitku. Dochází k němu u současných slitin spontánně pomalým ochlazováním od solidu na laboratorní teplotu. Rychlost chladnutí bývá obvykle 0,5 °C za sekundu; ochlazení velkých kyvet vyžaduje patřičně delší dobu.
Při prudkém ochlazení na laboratorní teplotu, např. ponořením formy do vody, získáme změkčený odlitek. Vychladlou formu šetrně vytlačíme pomocí lisu z licí obroučky, nejlépe v lisu. Zbytky formovací hmoty odstraníme pomocí kleští na sádru, nikdy údery kladiva na nálitek.
Odlévání velkých odlitků konstrukcí snímatelných protéz
Odléváme-li konstrukce částečných snímatelných protéz, postupujeme tak, že se model konstrukce vytváří na licím modelu z formovací hmoty a s ním se také zatmeluje, podle toho musíme modifikovat i vtokovou soustavu. Používáme válcové nebo oválné vtoky o průměru alespoň 4 mm, které vycházejí ze společného licího kanálku, jenž je veden středem patrové klenby horního nebo středem báze dolního licího modelu. Je to výhodné uspořádání, protože licí model je potom ve formě při lití obrácen podstavcem nahoru a vtoky jsou k modelu konstrukce připojeny tak, že je model pod jejich ústím a roztavený kov se nemusí vracet proti směru odstředivé síly.
Schéma velké formy k lití
Otvor bází modelu se nikdy nesmí vrtat vzhledem k nebezpečí zanesení zrnek formovací hmoty do odlitku. Preformujeme jej i s kuželovitou licí prohlubní již při dublování pomocí vhodných předtvarů.
Vyhřívání velké licí formy trvá podle návodu výrobců až dvě hodiny. Formu nevytváříme v ocelové obroučce. Při zatmelování se používají manžety z různých plastů, které se před vložením do pece sejmou. Postupujeme tak proto, že tím neomezíme průběh expanze, což by se u velké formy v kovové obroučce mohlo stát. Fosfátová formovací hmota je dostatečně pevná, aby vypalování a odlití vydržela bez kovového pouzdra.
Opakované tavení zlatých slitin
Při odlévání jakéhokoliv typu kovové konstrukce zůstává v laboratoři jako zbytek oddělená vtoková soustava. Při dalším lití ji samozřejmě použijeme a přidáváme k nové litině. Nemá-li dojít ke změně vlastností, smí být zlatá slitina přetavována maximálně třikrát, jinak se snižuje obsah zinku (bod varu je 906 °C)který chrání slitinu před oxidací. Snažíme se proto co nejlépe odhadnout použité množství slitiny, aby bylo nálitků co nejméně (např. vážením voskového modelu). K nové slitině jich přidáváme jen část a nikdy neodléváme jen ze samých zbytků. Poměr nové a použité litiny pro každý druh slitiny přesně uvádí výrobce. Pro metalokeramiku to bývá 1 : 1, u ostatních slitin 1 : 3.
Defekty odlitků
Během celého technologického postupu při lití se můžeme dopustit celé řady chyb, které se negativně projeví na hotovém odlitku. Chyby mohou začít pochopitelně už v ordinaci při otiskování, budeme se jimi však zabývat až od pracovní fáze, v níž dokončíme voskový model protézy. Defekty vzniklé od tohoto okamžiku můžeme rozdělit na čtyři hlavní skupiny: neúplnost odlitku, porozita, porušení hladkého povrchu odlitku a poruchy tvaru a velikosti.
1. Neúplnost odlitku
- a) nedostatečné odvzdušnění málo průlinčité formy (příliš velká forma na malý odlitek),
- b) krátké působení odstředivé síly, např. při ručním lití,
- c) špatná eliminace vosku, kterému neumožníme odtéci, a spoléháme na jeho spálení,
- d) lití do málo vyhřáté formy,
- e) lití při nižší teplotě taveniny,
- f) zanesení nečistot z formy, popř. oxidů při opakovaném tavení.
Opatření:
- a) použít podle předpisu připravenou formovací hmotu a formu odpovídající velikosti,
- b) odlévat pouze v licích přístrojích,
- c) většinu vosku eliminovat z formy při vysoušení a teprve zbytek nechat shořet; nikdy nepoužít předtvary plastových licích čepů, které nelze vytáhnout,
- d) dodržet vypalovací teplotu formy,
- e) dodržet licí teplotu a zkrátit manipulaci od vynětí formy z pece do odlití,
- f) neupravovat mechanicky licí prohlubeň (nálevku) a použít čistou litinu.
2. Porozita odlitku
Může se projevit jak na povrchu, tak uvnitř. Zevní je patrná zrakem, vnitřní zjistí lékař v ordinaci, až konstrukce praskne nebo až se prokouše korunka. Příčinou porézního odlitku může být buď kontrakce při tuhnutí slitiny, nebo plynové inkluze různého původu.
Příčinou kontrakčních závad mohou být tzv. kontrakční defekty (lunkry) vyskytující se jako větší, cípaté dutinky v místě připojení licích čepů, mikroporozita, kdy celý odlitek je prostoupen drobnými kontrakčními dutinkami, nebo podpovrchová porozita tvořená souvislou vrstvou dutinek pod povrchem odlitku.
Opatření:
- a) použít dostatečně dimenzované licí kanálky s případnými zásobníky,
- b) použít kratší licí kanálky,
- c) dodržet pravidla o tepelném centru formy,
- d) dodržet pravidla o zahnutí licích kanálků proti směru rotace při lití,
- e) přesně dodržet teplotu vypálení formy,
- f) přesně dodržet licí teplotu,
- g) použít dostatečné množství litiny.
Plynové dutiny jsou od předchozích defektů stěží okem rozlišitelné, závisí většinou na zahřívání při tavení a jeho zbytečném prodlužování, při němž je litina dlouho ve styku se vzduchem.
Opatření:
- a) omezit co nejvíce tavení plamenem, zejména s nadbytkem vzduchu,
- b) tavení na vzduchu (tedy i při tavení indukcí) zkrátit na nejnutnější dobu, abychom zabránili zbytečnému pohlcování plynů,
- c) tavení nálitků omezit na nejnutnější doporučenou míru,
- d) nikdy při tavení neužívat borax obsahující krystalovou vodu.
3. Porušení hladkého povrchu odlitku
Souvisí nejčastěji se zatmelovací technikou. Na povrchu se mohou odlít bublinky vzduchu, hřebínky z přebytku vody, prasklinky z řídké, neztuhlé a prudce zahřáté formovací hmoty.
Opatření:
- a) bezpečně odmastit voskový model,
- b) připravit formovací hmotu podle předpisu (příliš řídká je hrubá, příliš hustá nepřilne dobře k modelu),
- c) použít mísicí přístroj s odsáváním vzduchu a vibrátor,
- d) nepřehřát formu ani taveninu, tj. dodržet předepsané teploty a rychlost zahřívání,
- e) nikdy nepřipojit licí kanálek proti ostré hraně ve formě,
- f) vyvarovat se jakýchkoliv úprav formy nožem,
- g) vyhnout se prudkému zahřívání dosud neztuhlé formovací hmoty.
4. Poruchy tvaru a velikosti odlitku
Mohou být nejčastěji spojeny se změnou tvaru voskového modelu protézy. Pokud vyloučíme možnost poškození modelu při manipulaci, způsobí poruchu tvaru deformace modelu vyvolaná vnitřním pnutím. Hotový odlitek se však může lišit i velikostí – může být zvětšen nebo zmenšen. Zvětšená korunka je při adaptaci na pracovní model volná, inlej nelze do kavity nasadit. Při zmenšení tvaru dojde k opačné situaci: nasadit nelze korunku a volná je inlej. Je-li odlitek zmenšen, musíme příště:
- a) zabránit použití příliš řídké formovací hmoty,
- b) zvýšit vypalovací teplotu, protože jsme zřejmě nedosáhli teploty předepsané.
Je-li odlitek zvětšen, může být příčinou příliš velká expanze velmi husté formovací hmoty.