Utensile con caramelle di pece

Quando nella lavorazione di uno specchio si giunge ad aver affinato perfettamente la superficie con gli abrasivi di grana 800 oppure oltre, ci si deve apprestare a preparare l’utensile con copertura di patina di pece, per procedere nelle due seguenti importanti tappe finali della lavorazione, che sono il trasformare la superficie satinata ma opaca, in una superficie riflettente e lucidissima; e la successiva precisa parabolizzazione della calotta sferoide fin quì ottenuta.

Per capire esattamente quel che SBRIGATIVAMENTE fanno in molti, ma specie ai principianti NON CONVIENE fare, (a meno che non si abbia la medesima grande esperienza, consapevolezza e professionalità di Gordon Waite), occorre vedere le immagini dei due seguenti filmati….

Leggendo poi questo testo, se ne capiranno i perché.

Gli abrasivi, pure se di grana finissima utilizzati fino a questo momento, sono stati semplicemente interposti fra i due vetri, utensile e specchio, e quindi hanno agito solo per azione meccanica di frattura reciproca del grano abrasivo e del vetro. Non sono stati cioè in grado di migliorare ulteriormente la struttura superficiale al livello ultra-microscopico, com’è invece necessario che avvenga per l’ottica di un telescopio.

D’altronde si capisce che sia necessaria una estrema precisione, perchè se per esempio, si pensa che il potere risolutivo (cioè il minimo oggetto visibile) di un telescopio con obiettivo diametro 36cm e rapporto focale F5 è ampio 0.38 secondi d’arco; e un oggetto sotteso da quei 0.38 secondi d’arco si presenta al fuoco di quello strumento con un diametro di 3.3 micron (vedi seguente Nota*), diventa chiaro che quella immagine debba essere ingrandita con un oculare 300 o 400 volte  per poter essere osservata.
Ma quell’ingrandimento lo subirebbe anche qualsiasi imperfezione ancora presente sulla superficie riflettente.
Quindi il grado di lucido della superficie riflettente deve essere almeno di qualche ordine di grandezza migliore del minimo oggetto osservabile.

Nota *:

Potere risolvente di un telescopio = 1.22 *Lambda[mm] /  Ø specchio [mm] = (1.22*0.00055) / 360 = 0.000001863 radianti. 

Quindi 0.000001863 * 206265 arco-secondi in un radiante = 0.38″[ arco-secondi]

La dimensione apparente di un oggetto al fuoco del telescopio è calcolata dagli astro-fotografi con la seguente formula semplificata:

Dimensioni oggetto al fuoco = Focale telescopio[mm] * Ø oggetto[arco-secondi]  / 206265 

= (360*5*0.38) / 206265 = 0.00337 mm (= 3.37 micron)

Fine nota

La regola base è che la superficie ottica di uno specchio per telescopio non deve contenere difetti di forma maggiori di un ottavo della lunghezza d’onda di 550 milionesimi di millimetro della luce verde, cui l’occhio è più sensibile, cioè 68.75 milionesimi di mm.

Per ottenere sicuramente un tale grado di “liscio”, occorre affidarsi all’azione congiunta, da un lato: Dell’abrasivo finissimo (ossido di cerio oppure di zirconio) incrostato nella pece, il quale “lucida”, non permettendo il suo rotolamento sulla superficie del vetro; e dall’altro: all’azione fisica fornita dalla pece a contatto col vetro. Sembra infatti impossibile, ma è vero che la pece, durante la lavorazione, è in grado di SPALMARE letteralmente delle infinitesime quantità di vetro reso localmente plastico dall’attrito pece-vetro, andando a “tappare” via via crateri e rigature lasciate dall’azione meccanica dell’abrasivo rotolante usato precedentemente all’uso della pece.  (Ciò accade essendo il vetro privo di cristallizzazione e di fatto viene considerato un liquido con viscosità infinita a temperatura ambiente)

Questa strana azione è visibile al microscopio, quando si osservano i bordi di certi crateri originariamente ben scheggiati, che si presentano col progredire della lucidatura, via via con bordi arrotondati, fino a sparire completamente senza lasciare alcuna traccia.

Il vetro superlucidato in quel modo, è talmente liscio a livello molecolare, che può essere trapassato dalla luce solare senza emettere alcun riflesso disperso. Come avviene per un raggio di Sole che entra nel pelo libero dell’acqua.

La pece è quindi ancora oggi un elemento indispensabile per la qualità delle ottiche, ma è una resina estremamente fragile a temperatura ambiente (salta e si sbriciola facilmente), ed a 30° (per esempio durante la lavorazione per attrito) inizia a rammollirsi LEGGERMENTE, adeguandosi continuamente alla superficie da lavorare, caratteristica utile all’ottico, ma che però la rende appiccicosa, sporchevole in modo spesso indelebile, su qualsiasi oggetto che si trovi a temperatura “corporea” umana.

Detto ciò: Ogni accorgimento per limitare il suo sbriciolamento /adesione/proliferazione, è da considerarsi buono “per la pace in famiglia”.

La PECE NERA è la migliore, ma la più nota marca, pur essendo di produzione Svizzera, ormai ai nostri tempi è difficilmente e sporadicamente acquistabile in Europa, ed è solo sicuramente disponibile presso siti commerciali d’oltre oceano. La sua scarsa rintracciabilità fa si che ci si possa orientare alternativamente sulla più facilmente reperibile Pece Greca, o Colofonia (anche detta ROSIN).

Ma per un neofità è una notevole complicazione in più poichè si tratta di doverne trovare sperimentalmente la giusta tempra:

La PECE NERA (Gugolz) E’ LA MIGLIORE PERCHE’ REPERIBILE IN QUATTRO GRADAZIONI CON TEMPERATURE DI RAMMOLLIMENTO GARANTITE in quattro diverse gradazioni, i cui due estremi sono la grado #55 (che fonde a circa 50°) e la grado #91 (che fonde a circa 70°).

La Colofonia invece fonde ad una elevata temperatura attorno ai 130° (molto pericolosa per la rottura del vetro…nel caso la si volesse colare direttamente sopra l’utensile in vetro, che in quel caso andrebbe assolutamente preriscaldato).

Ma il peggio è che la temperatura di rammollimento (softening) che DEVE raggiungere la pece per attrito durante la lavorazione, affinchè possa svolgere la sua importante funzione lucidante, risulta troppo elevata per la Colofonia, rispetto alla somma della temperatura ambiente del luogo dove si lavora, più quella provocata dall’attrito di lavorazione.

Per ridurre la elevata temperatura di rammollimento della Colofonia occorre variare la sua “tempra” aggiungendo a caldo e in modo del tutto sperimentale, cera d’api e/o trementina e/o olio di lino, purtroppo senza la guida di una ricetta precisa; raffreddandone un cucchiaino alla volta per testare con l’unghia o con altri metodi più o meno empirici la sua cedevolezza, ma sempre badando di non far raggiungere alla miscela la temperatura di ebollizione, che determinerebbe la perdita di solventi, rendendo la pece ulteriormente più dura vanificando il lavoro.

Una pece troppo dura o troppo molle non va bene, perchè invece di cedere solo gradualmente mantenendo un certo equilibrio fra la forma della sua superficie e quella dello specchio, se è troppo dura non cede e “scava” sullo specchio dei difetti zonali indesiderati, oppure, se è troppo soffice non corregge i difetti per troppa cedevolezza, rendendo ingovernabile il delicato processo di parabolizzazione.

E’ importante sapere che i VAPORI solventi della pece sono altamente infiammabili, come lo sono quelli della trementina, che ne è un componente naturale.

Questo per dire che Se, malauguratamente la sostanza si accendesse, le fiamme che scaturirebbero dal padellino sarebbero persistenti e pericolosamente alte più di un metro.

Una regola base di sicurezza è quindi quella di NON usare mai fiamme libere per scaldare e fondere la pece. Ma utilizzare una piastra elettrica con la resistenza blindata inaccessibile, molto meglio se termostatata (siccome il tempo di fusione a “bassa temperatura” non è mai breve) per evitare l’ebollizione e formatura di “soffiature” con grosse bolle d’aria, ma soprattutto la perdita per evaporazione dei preziosi solventi responsabili della sua morbidezza a freddo.

La tecnica di preparazione dell’utensile prevede di rivestirlo non tanto con una “patina” (il cui termine dà l’idea di uno spessore assai sottile in antitesi con la n cessità pratica); ma di rivestirlo con uno STRATO più duraturo, di pece dello spessore di circa 10 mm,.

Va detto che uno strato di pece di spessore 10 mm ad inizio lucidatura, è in genere ottimale perchè durante la lavorazione si assottiglierà fino a raggiungere un altrettanto ottimale spessore residuo a fine parabolizzazione di soli circa 2 o 3 mm.

Spessore residuo sottile che è desiderabile perchè meno elastico dei 10mm iniziali, e che pertanto favorisce la migliore garanzia di qualità della superficie dello specchio assecondando il lavoro dell’operatore, che ha il compito di ridurre l’errore picco/valle della superfice dello specchio, via via fino a renderlo uguale o minore dei piccolissimi 68.75 nanometri di tolleranza del famoso Lambda/4.

Lo strato di pece iniziale va quindi suddiviso in superfici di contatto delimitate da scanalature larghe una diecina di mm, atte a permettere una espansione delle singole aree di contatto (espansione dovuta al rammollimento/schiacciamento per seguire la forma dello specchio).

Senza tali scanalature, al contatto fra quadretti adiacenti corrisponderebbe un sollevamento o un rilievo locale della pece, che in poco tempo produrrebbe errori zonali su tutto lo specchio in costruzione.

Per evitare alcuni fra i peggiori errori zonali, è inoltre richiesto che le superfici delle singole aree di lavoro della quadrettatura della pece, siano assolutamente asimmetriche rispetto all’area dell’utensile da ricoprire. Per questo motivo, il rivestimento dell’utensile con lo strato di pece, prevede due tecniche alternative di realizzazione:

  1. Copertura dello specchio preriscaldato con foglio di alluminio e sua bordatura con cartone fissato da nastro da carrozziere (Gordon non ha bordato il suo specchio nel filmato, perchè il suo utensile era di diametro inferiore a quello dello specchio), colata di uno strato di pece su tutta la superficie e posizionamento dell’utensile sopra la pece (vedi filmato).
    In questo caso, dopo la solidificazione della pece, occorre “segare” o scavare col calore di una punta di saldatore a stagno, un reticolo di scanalature asimmetriche (nel senso che il centro utensile non deve cadere nè in una scanalatura nè in centro a un’area di pece) che devono essere sufficientemente larghe, in modo tale da non risultare velocemente occluse dalla lavorazione, determinando necessità di continuo di ripristino dei canali. Operazione che comporta la facilità estrema di disseminare schegge di pece ovunque…Oppure:
  2. Costruzione di uno stampo in silicone per la colata in esso di “caramelle” di pece che verranno poi installate sull’utensile a formare una quadrettatura disegnata in modo asimmetrico (Pure quì nel senso che il centro utensile non deve cadere nè in una scanalatura nè in centro a un quadretto di pece), e incollate al loro posto semplicemente scaldandone il dorso con la fiamma di una candela e appoggiandole al loro posto sull’utensile esercitando una leggera pressione.
  • La seconda ipotesi semplifica notevolmente tutto il lavoro di costruzione dell’utensile, che diventa operazione facile, tranquilla e soprattutto assolutamente “pulita”. Ma prevede la spesa di una trentina di euro per l’acquisto di un vasetto da 1 kg di resina siliconica da colata PROCHIMA GLS-50. dall’utilizzo della quale ne guadagnerà anche la “tranquilla” convivenza domestica.
  • La superficie delle caramelle di pece sarà già automaticamente rigata copiando le nervature del legno dello stampo impresse fedelmente nella colata di silicone, quindi non necessita di polverose rigature ulteriori da eseguire a mano.
  • Le dimensioni delle “caramelle”, che nel mio caso sono di lato 20x20mm x10mm di spessore, non sono critiche, e possono essere anche maggiori, aumentando il solo lato di solito in proporzione al diametro dello specchio da realizzare.
  • L’aumento non deve interessare lo spessore, che è meglio non superi i 10mm per non incorrere in possibile flessione.
  • Personalmente ho sperimentato che uno  spessore INIZIALE di 10mm, si riduce man mano che si procede nel lavoro, fino a termine lucidatura e seguente parabolizzazione, con uno spessore residuo ridotto a circa 2 o 3 mm, che in finitura dell’ottica è noto sia assai desiderabile per la migliore qualità ottenibile.
  •  Dopo l’incollaggio delle caramelle sull’utensile, (ottenuto semplicemente scaldando il retro di ogni quadretto alla fiamma di una candela, e premendolo al suo posto sullo specchio), segue la solita indispensabile pressione dell’utensile contro lo specchio con interposto foglio di cellophane, allo scopo di ottenere un indispensabile e perfetto adattamento reciproco delle due superfici.
  • Il foglio di cellophane, oltre a non permettere alla pece di aderire allo specchio, mostrerà in trasparenza più scuri i quadretti adattati uniformemente al contatto con lo specchio, e quelli con zone più chiare che richiedono ulteriore pressione.
  •  Man mano che l’utensile lavora, la sua colorazione nera cede il posto a quella marrone dell’inglobamento del bianco ossido di cerio o di zirconio.
  •  I canali originariamente larghi 10 mm, si assottiglieranno fino a tendere di scomparire riempiti dal’appiattimento delle caramelle, e dovranno essere sempre mantenuti aperti.

Io uso rifare i canali facendo saltare la pece con un coltello o una lama da pialla, quando l’utensile si trova immerso in una bacinella d’acqua quasi tiepida. L’immersione in acqua evita la immancabile proiezione di schegge dappertutto; mentre la temperatura dell’acqua riduce la fragilità della pece e contrasta la formazione di larghe schegge che rovinerebbero le superfici di contatto dell’utensile, alla luce del fatto tecnico che un quadretto rovinato e non più a contatto, NON deve comunque essere sostituito se non rifacendo l’utensile completo).

Naturalmente le briciole di pece derivate dalla operazione di rifacimento dei canali, vengono conservate per essere nuovamente fuse in prossimi lavori, anche se risultano incrostate di agente lucidante.

Allego qualche foto per mostrare in sequenza quanto oggetto del presente testo:

 Cliccando sulle immagini compariranno ingrandite

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