3월 3, 2022

금속 주조란?

금속 주조는 제조업과 미술 분야에서 모두 사용되는 7,000년 역사의 공정입니다. 금속 주조는 금속을 녹이는 용기인 도가니에서 녹은 금속을 금형에 부어 금속 주조물을 만듭니다. 금형은 속이 비어 있는 블록으로, 그 안에 금속이 채워져 금형 내부에서 굳어져 모양이 만들어집니다. 금속 물체 또는 주물은 금속과 금형이 냉각된 후 제거되어 완성됩니다.

전통적인 금속 주조 기술에는 손실 왁스 주조, 석고 몰드 주조, 다이 주조, 모래 주조 등이 있습니다.

금속 주조 공정은 조각품, 장신구, 운송 수단, 무기 및 도구를 만드는 데 널리 사용되어 왔습니다. 최초로 알려진 주조물은 기원전 3200년경에 만들어진 구리 개구리로, 오늘날 이라크에서 발견되었습니다. 기원전 1000년경, 인도는 은화와 구리 동전을 주조하여 화폐로 사용한 최초의 고대 문명 중 하나였습니다. 그 후 기원전 500년경에는 주나라가 철 주조를 도입했습니다. 금속 주조 기술은 20세기에 번성했고, 결국 대부분의 현대식 주조 공법이 그 기반이 되었습니다.

기본적인 금속 주조 공정은 패턴과 금형을 만든 다음 용융 금속을 금형에 붓는 과정으로 이루어집니다. 그런 다음 고체 금속 주물을 추출하여 완성합니다. 이 공정은 다양한 유형의 금속 또는 합금, 모양 및 크기에 맞게 맞춤화할 수 있습니다. 주물 제작에는 다음 단계가 포함됩니다.

1단계: 패턴 만들기

금형을 만들기 전에 금형의 모양을 결정할 패턴을 먼저 만들어야 합니다. 패턴은 최종 주형의 3차원 모델일 수 있으며 왁스, 모래, 석고, 세라믹 또는 나무로 만들 수 있습니다. 패턴은 금속이 냉각될 때 예상되는 수축을 고려해야 합니다. 

2단계: 몰드 만들기

패턴이 만들어지면 틀이 만들어집니다. 몰드는 재사용 가능한 금속 몰드 또는 모래, 석고 또는 세라믹 쉘로 만든 일회용 몰드일 수 있습니다. 몰드 제작 방법은 다양한 주조 금속과 다양한 수준의 패턴 복잡성에 맞게 최적화할 수 있습니다. 왁스나 플라스틱 패턴을 사용하는 경우 가마에서 몰드를 구워 패턴을 태울 수 있습니다.

3단계: 금속 또는 합금 선택

모든 금속 주물은 철 또는 비철 금속 및 합금으로 생산됩니다. 주로 철로 구성된 금속을 철 금속이라고 합니다. 비철금속은 철 또는 철 성분이 없는 금속을 말합니다. 합금은 주조 용도에 가장 적합한 기계적 특성을 제공하는 원소의 혼합물입니다. 철 합금에는 강철, 연철 및 회주철이 포함됩니다. 가장 많이 사용되는 비철 합금은 알루미늄, 청동, 구리입니다. 귀금속으로는 은, 구리, 금, 백금 등이 사용됩니다.

4단계: 금속 녹이기

금속/합금마다 용융 온도가 다르기 때문에 용융 공정은 금속/합금마다 다릅니다. 기본적으로 용융은 고체 금속을 도가니에 넣고 화염이나 용광로 내부에서 가열하여 녹이는 과정으로 이루어집니다.

5단계: 금형에 금속 붓기

용융 금속을 금형 캐비티에 붓습니다. 작은 주물의 경우 금속을 가열한 도가니에서 금형에 직접 부어 넣으면 됩니다. 대형 주조의 경우, 소규모 팀이 용광로 내부에서 금속을 가열하고 금형에 금속을 붓기 전에 금속을 더 큰 도가니나 국자로 옮기는 작업을 지원해야 할 수 있습니다.

용융 금속을 부을 때는 권장되는 모든 안전 지침을 따르는 것이 중요합니다. 보호복, 절연 장갑, 보안경을 반드시 착용하세요. 작업 공간은 위험한 연기로 인한 위험을 피하기 위해 환기가 잘 되어야 하며, 용광로와 금형 사이의 통로는 깨끗하게 유지되어야 합니다. 다음 단계로 넘어가기 전에 몰드가 굳을 때까지 기다리세요.

6단계: 몰드에서 주물 제거하기

금속이 식고 굳으면 금형에서 제거할 수 있습니다. 일회용 금형에 주조한 경우 금형을 주물에서 분리할 수 있습니다. 재사용 가능한 금형의 경우 이젝터 핀을 사용하여 주물을 추출할 수 있습니다. 이젝터 핀의 주요 목적은 힘을 가하여 금형에서 부품을 제거하는 것입니다.

7단계: 캐스팅 완료

단단한 주물을 갈고 닦습니다. 여기에는 여분의 금형 재료를 물로 문지르거나 작은 물체의 경우 클리퍼로, 큰 물체의 경우 앵글 그라인더로 주조 게이트를 떼어내는 등 주조물을 청소하는 작업이 포함될 수 있습니다. 게이트는 단순히 러너와 부품 캐비티 사이의 개구부로, 용융 금속을 캐비티로 안내하고 주물이 굳어질 때 공급하는 역할을 합니다. 러너는 용융 금속을 부품으로 보내는 작은 채널입니다.

금속 주조의 장점:

• 금속 주조는 복잡한 모양과 다양한 크기의 부품을 생산할 수 있습니다. 대형 부품을 일체형 주조로 생산할 수 있습니다.
• 내부 캐비티 또는 중공 섹션과 같은 기능을 쉽게 구현할 수 있습니다.
• 다른 제조 공정으로 제조하기 어렵거나 비용이 많이 드는 금속 및 합금을 주조할 수 있습니다.
• 대량 생산의 요구 사항에 매우 적합한 공정으로, 주조 엔진 블록 및 변속기 케이스의 경우처럼 많은 주물을 신속하게 생산할 수 있습니다.

금속 주조의 단점:

• 표면 마감이 비교적 거칠고 주조 결함이 발생하기 쉽습니다.
• 쉘 몰딩과 같은 금속 주조는 크기와 패턴 측면에서 한계가 있습니다.
• 패턴을 만드는 데는 시간과 비용이 많이 듭니다.
• 부품 크기와 재료 선택은 선택한 주조 공정에 따라 달라집니다. 예를 들어 영구 금형 주조에는 비철금속만 사용할 수 있습니다.
• 대량 생산에 비경제적

이러한 한계 중 일부는 3D 프린팅과 같은 적층 기술을 통해 해결할 수 있습니다.

3D 프린팅이란 무엇인가요?

3D 프린팅은 부품을 제조하는 데 사용되는 적층 기술입니다. 3D 프린팅은 물리적 물체를 제조하는 데 재료 블록이나 금형이 필요하지 않고 단순히 재료 층을 쌓고 융합한다는 점에서 '적층'입니다. 일반적으로 빠르고 간단하며 낮은 고정 설치 비용으로 저렴한 사내 제조가 가능하고, 계속 확장되는 재료 목록으로 금속 주조보다 더 복잡한 형상을 만들 수 있습니다.

호주 회사인 SPEE3D는 초음속 3D 증착 기술을 사용하여 세계 최초로 금속 3D 프린터를 개발하여 생산 속도에 맞는 제조 등급 프린팅을 제공합니다. 이 회사의 첨단 기술은 해양, 방위, 항공우주 등 여러 산업 분야에 적용될 수 있습니다.

SPEE3D의 금속 3D 프린팅 프로세스는 몇 가지 주요한 점에서 기존 금속 3D 프린팅과 다릅니다. 이 공정은 열을 사용하는 대신 로켓 엔진이 금속 분말을 첨가한 압축 공기를 가속하는 방식을 사용합니다. 이 기술은 바로 사용할 수 있는 부품을 제작하므로 녹아서 다시 응고될 때까지 기다릴 필요가 없습니다. 세계 최초의 금속 3D 프린팅 생산 셀은 금속 3D 프린터와 열처리 오븐 및 CNC 3축 밀링 머신이 통합된 금속 3D 프린팅 생산 셀로, SPEE3D의 금속 적층 제조 전문가가 지원합니다.

저희가 도와드릴 수 있는 방법

SPEE3D의 제품에 대해 알아보거나 금속 3D 프린팅에 대해 자세히 알아보려면 이메일(contact@spee3d.com) 또는 전화(+61 (03) 8759 1464)로 문의하시기 바랍니다.