CNC 급속 조형: 정밀 주얼리 디자인의 혁신

작성일: 2019년 6월 21일 | 작성자: Kenzi, WayKen 프로젝트 매니저

주얼리 제조는 세계에서 가장 오래된 산업 중 하나지만, 주얼리 제조에 유용한 모든 것이 이미 발명되었다고 말하기는 이릅니다. 발전은 계속되고 있으며, CNC 급속 조형은 금속 급속 조형 서비스뿐만 아니라 레이저 및 워터젯 절단으로도 주얼리 제조를 개선할 수 있습니다. 이 글을 읽으면 어떻게 가능한지 알 수 있습니다.

전통적인 주얼리 제조 공정

주얼리는 전통적으로 주조(Casting) 방식으로 제조되어 왔습니다. 귀금속은 주조 특성이 좋고 금형을 매우 낮은 표면 조도로 만들 수 있기 때문입니다. 주조 공정은 빠르고 반복성이 좋습니다. 하지만 마스터 모델이 필요합니다. 금형과 주조 부품의 전반적인 품질은 마스터 모델의 품질에 크게 의존합니다. 그렇다면 마스터 모델은 어떻게 제작되었을까요?

마스터 모델은 전통적으로 왁스(Wax)로 만듭니다. 보통 보석 세공사가 왁스 조각을 깎아 만듭니다. 이 공정은 시간이 많이 걸리고 제조사의 높은 숙련도를 요구합니다.

마스터 모델이 완성되면 콘크리트와 유사한 특수 물질로 감쌉니다. 물질이 굳으면 가열하여 왁스를 증발시킵니다. 그런 다음 용융 금속을 붓고 콘크리트 금형을 깨서 주얼리를 꺼냅니다. 따라서 각 제품마다 마스터 모델을 처음부터 만들어야 합니다. 현대 산업과 소비자는 이런 방식으로 상업적으로 주얼리를 제조할 만큼 충분한 시간을 주지 않습니다. 마스터 모델을 수작업으로 각각 만들면 필요한 속도로 충분한 제품을 생산할 수 없고 경쟁업체에 뒤처지게 됩니다. 이 지점에서 CNC 급속 조형이 빛을 발합니다.

CNC 가공 서비스로 주얼리 비즈니스 가속화하기

CNC 가공 서비스

CNC 프로토타이핑이 주얼리 비즈니스 경쟁력을 높이는 데 제공할 수 있는 좋은 옵션이 여러 가지 있습니다. WayKen에서는 CNC 금속 가공뿐만 아니라 왁스 가공, 레이저 및 워터젯 절단도 주얼리 비즈니스에 성공적으로 추가될 수 있습니다.

CNC 주얼리 마스터 모델

가장 먼저 떠오르는 것은 CNC 가공을 이용해 왁스 마스터 모델을 제조하는 것입니다. 이는 많은 현대 공장에서 구현되는 매우 효율적인 방법입니다. 하지만 왁스는 쉽게 휘고 고온에서 녹기 때문에 단순 CNC 장비와 절삭 파라미터를 사용할 수 없습니다. 또한 매우 부드러워 매우 높은 스핀들 속도(최대 70,000 rpm)가 필요합니다. 전반적으로 왁스 마스터 모델을 엄청난 속도로 제작할 수 있습니다. 또한 레이저와 워터젯 절단 기술도 이 작업에 매우 유용합니다. 열 발생이 적고 특수 냉각제로 추가 냉각이 가능합니다.

금속 금형 제조

주조 반지나 팔찌를 제조하는 또 다른 효율적인 방법은 금속 가공을 통해 재사용 가능한 금형을 만드는 것입니다. 그러면 마스터 모델조차 필요하지 않습니다. 주얼리의 3D 모델을 만들고, 모든 CAD 시스템에 있는 특정 불리언 연산을 사용하여 캐비티를 만듭니다. 그런 다음 금형 반쪽을 결합하는 데 필요한 요소를 추가하면 제조할 수 있습니다. 결과적으로 수만 개의 주얼리 제품에 사용할 수 있는 내구성 있는 금형이 탄생합니다. 다만, 금형 반쪽이 최대한 가깝게 일치하도록 제조하는 것이 중요합니다. 그렇지 않으면 단차(Stepover)가 발생하여 나중에 많은 후처리가 필요합니다.

주얼리 CNC 가공

주얼리 자체는 보통 꽤 작고 그 장식과 특징은 더 작지만, 공작기계와 커터가 충분히 작다면 CNC 기계에서 직접 주얼리를 제작하는 것이 항상 가능합니다. 은과 금 가공은 드문 일이 아니지만 꽤 부드러워 클램핑 장치도 비슷한 경도와 더 넓은 접촉 면적이 필요합니다. 스핀들 속도도 매우 높아야 하며, 그렇지 않으면 금속이 공구에 달라붙어 절삭되는 것이 아니라 밀리게 되어 원치 않는 변형이 발생합니다. 또한 CNC 가공에는 몇 가지 한계가 있습니다. 기본적으로 공구가 작동할 공간이 없는 곳은 절삭할 수 없습니다. 하지만 복잡한 패턴을 만들 수 있고 매우 좋은 표면 조도를 제공하여 연마 시간을 크게 단축할 수 있습니다.

CNC 가공으로 주얼리 조각하기

새로운 급속 조형 주얼리 제작 방식을 불필요하다고 여기고 전통 방식을 선호하더라도 괜찮습니다. 수작업으로 각 주얼리를 제작하는 전통 방식도 훌륭합니다. 하지만 기존 방식을 선호하더라도 CNC 급속 조형을 주얼리에 활용할 수 있습니다. 어떻게? 많은 팔찌, 펜던트, 반지에는 수작업으로 제작하기 어려운 복잡한 패턴이 새겨져 있습니다. CNC 가공 센터에 조각 공구를 장착하면 0.05mm 미만의 공차로 완벽한 패턴을 만들 수 있습니다.

CNC로 다이아몬드 커팅하기

마지막으로, 연마 공구가 장착된 CNC 금속 프로토타이핑 장비를 사용하여 원석에서 다면체의 아름다운 다이아몬드를 제작하는 것입니다. 아시다시피 원석 다이아몬드는 반지에서 보는 화려한 결정이 아닙니다. 실제로는 꽤 평범합니다. 장인들이 깎아 빛나게 만듭니다. 면을 하나씩 깎아 돌의 아름다움을 끌어내는 긴장되고 시간 많이 걸리는 작업입니다. 하지만 CNC 연마를 구현하면 상당히 빠른 속도로 이 작업을 수행할 수 있습니다. 휠이 프로그래밍되어 면을 하나씩 정밀하게 연마하는데, 이는 최고의 장인조차 도달할 수 없는 정밀도입니다.

결론

주얼리용 CNC 급속 조형의 주요 용도를 분석해 보면 몇 가지 결론을 내릴 수 있습니다. 첫째, CNC 프로토타이핑 시간당 비용이 인건비보다 높음에도 불구하고, 시간적 이점이 워낙 커서 CNC 가공을 사용해 만든 주얼리의 전체 가격은 훨씬 더 오랜 시간 일하는 장인에게 지불하는 비용보다 저렴합니다. 둘째, 최신 CNC 공작기계의 품질은 매우 뛰어나 어떤 장인도 그만큼 달성할 수 없습니다. 셋째, CNC 급속 조형은 주얼리 제조 공정의 거의 모든 단계에 구현할 수 있습니다.