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天工開物:秦軍箭頭工藝堪比當代的秘密!

咱們一直號稱文明古國,這個真不算吹牛,不論是從文明傳承,還是從技術上說,咱們的老祖宗絕對算是:牛!而且還是牛到穿越感的那種牛


今天,我們說的是失蠟法,失蠟法從三千年前發明,到今天仍舊大放異彩,幾千年前,世界還是蠻荒的時候,老祖宗都滿身神裝了!


失蠟法的源頭還得從焚失法談起!

(1):焚失法



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有專家考證,早在商代,長江流域的越人就已經流行模的可失性工藝,即失繩法也稱(焚失法)——譬如鑄造提梁壺的提梁,只須以一繩索為模,再裹以稀泥為范,烘乾范具,同時使內在繩索化為灰燼,吹盡灰燼,遂向范內空腔灌注銅水,迄冷卻,可得一完整的提梁鑄件。

主要原理是: 器物附件或附飾的模型用繩索形成,其外包覆整體範料,烘焙陶范時繩索焚失而得中空的整體陶范,鑄銅後即獲得無范線的繩索狀附件或附飾。



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無范線的繩索狀雙耳

迄今所見最早的焚失法鑄件為北京出土的商早期提梁壺,至東周,焚失法在楚人手上提升為可用於精密鑄造的失蠟法,兩者都是模的可失性工藝,只是所失材料不同。由於設計上的巧智,工藝上的精密,視覺上的瑰麗,楚王敢問鼎,不僅僅是軍事上的強大自信,也是製作業發達的明證。


問天子鼎重幾許,大小何如,咱開心也回家去鑄一個。這感覺熟悉不,和咱現在的3D列印口號是不是有點像,兩千多年過去了,舊時帝王家的燕子也要飛入百姓家了。



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焚失法在楚人手上傳承並真正發揚廣大,並留下了中國人耳熟能詳的瑰寶——曾侯乙尊盤。曾侯乙墓出土鼎2件、升鼎9件、飼鼎9件、簋8件、簠4 件、大尊缶1對、聯座壺1對、冰鑒1對、尊盤1套2件及盥缶4 件等。其中尊盤系用先進的失蠟法鑄造,表現出戰國時期青銅冶鑄業所達到的高水平。

(2):失蠟法


失臘法是用臘製作所要鑄成器物的模子,然後在臘模上塗以泥漿,這就是泥模。泥模晾乾後,在焙燒成陶模。一經焙燒,臘模全部熔化流失,只剩陶模。一般制泥模時就留下了澆注口,再從澆注口灌入銅液,冷卻後,所需的器物就製成了。



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始皇陵中發現三棱箭頭三萬多支,兵馬俑挖掘組長檢驗了其中九百多支,發現箭頭最小誤差0.02mm,如此變態的精度,在兩千多年前的古代那是難以想像的,後世學者分析,可能是由鑄模後流水化所造就的。


而這也非常有可能是雕模後失蠟鑄造的成果!



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明代法海寺銅鐘:鐘體用泥范法,鍾鈕用失臘法,將鍾鈕蒲牢用失蠟法鑄成,然後嵌入鐘體泥范上



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但是,我國在先秦形成的這一尖端技術,到隋採用了泥范法和失蠟法兩種鑄造工藝,唐就失傳了,其基本原理只是在一些鄉間作坊偶爾地簡單運用。令人意外的是,1000多年後,中國的失蠟法竟轉化成洋人的專利。



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抗日戰爭時的事情。駐紮在雲南昆明巫家壩機場的美國空軍機械師奧斯汀,發現當地用一種看來較為特殊的方式鑄造緬寺里的銅鐘,這種方式雖然一次只能鑄造一件,但鑄造的器型規整,且免除了大型圓錐形器物難以合范的麻煩。他進而發現,用這種工藝鑄造飛機螺旋槳因為整體的緣故而異常堅固,於是加以改造利用。這位機械師回到美國便以此申請了專利,專利正名熔模精密鑄造法,別名奧斯汀法,俗名失蠟鑄造法。不久,前蘇聯購買了這個專利,20世紀50年代,新中國從前蘇聯將這個專利買回。


古代的失蠟鑄造是用蜂蠟做一個模型,外面包裹泥土,留一個小孔,晾乾後焙燒,使蠟模氣化揮發,形成陰模(蜂蠟揮發後的模型空腔),再把金屬液體灌進去,冷卻後打破殼體,即獲得所需的金屬鑄坯。



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鑄好的陰模


現代失蠟鑄造技術的基本原理並無二致,只不過更加複雜精密。這主要體現在對蠟模的型位精確的要求更加嚴格。現代工藝中蠟模的獲得不只是對蠟的直接雕刻,還可以通過對金屬原模(版)的硅膠模壓得到陰模,再由硅膠陰模注蠟後得到蠟模。澆鑄材料也不再是黏土,而代以鑄造石膏。這樣的產品比古代的鑄件精細得多。


下面我們看下國外網友如何給自己造了一把拉轟的大寶劍!



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一、手工雕模,這一步要求雕出來的模型必須夠精細



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二、種蠟樹,注意看底部有一個瓶座似的杯底,這裡需要給灌注金屬液體留一個口子。很多做首飾和工藝品的,例如鑄造戒指,會直接用成品倒模,用石膏做成的陰模,進而用陰模批量造出蠟模,對蠟模進行修整後將蠟模按一定排列方式種蠟樹,放入鋼製套筒中灌注高溫石膏漿;石膏經抽真空、自然硬化、按一定升溫時段烘乾後,融化金屬進行澆鑄。



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三、 向鑄好的模型倒入金屬溶液



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四、敲碎石膏後成型的產品


最後大家一起來感受下大寶劍的魅力(有想歪的童鞋自己面壁去)


(3、)雕模製造的奇點


無論是失蠟鑄造還是焚失法,以及現在工藝改進,都沒有脫離一個問題,模型怎麼來?



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失蠟法製造的魅力在於何處,在於一體成型後的精度和整體強度和韌性。2013年,中國在殲20飛機上使用了一體成型的技術,一體成型的理念幾千年來都沒有變!那這種成型是如何來做的呢?失蠟法雕模鑄造?



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在失蠟法應用最典型的首飾加工行業!而今使用的仍是手工雕模成型。



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人類科技的發展呈奇點式增長,工業革命以前,人類的科技發展趨於平緩,進展緩慢。但工業革命之後,幾百年的成就超越了人類以往幾千萬的總和,並不斷爆發似躍升。



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但傳承了幾千年的失蠟法仍然沒有脫離手工雕模的時代,這跟我們說的科技增長奇點似乎不那麼搭邊。那模型製造爆發的奇點在哪裡呢?


奇點大學稱:擔心可不是未來的科技進步不如他們想像的那麼快,只擔心法律的監管跟不上技術的進步。



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3D列印人腦


奇點在於:3D列印,一體化的製造成型備受追捧,這也是如今3D列印技術被看好的原因,但目前3D列印使用逐層堆積的方式並不能保證精度,但脫離了手工雕模的層次,無論多麼繁複的模型,只要你在電腦上建的出來,你就能用3D列印做出模型,進而倒模生產!


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