정밀 주조용 필드 왁스 vs 언필드 왁스 공정 선택 가이드

정밀 주조(인베스트먼트 캐스팅)는 가장 오래되고 정교한 주조 공정 중 하나로, 높은 치수 정밀도와 표면 품질을 유지하면서 복잡한 형상을 제작할 수 있습니다. 거의 모든 금속 주조가 가능해 다양한 최종 시장의 요구를 충족합니다.

정밀 주조의 금속 성형 공정은 공작물 형상의 왁스 패턴을 만들고, 이를 세라믹 셸로 둘러싸는 방식으로 진행됩니다. 세라믹 셸이 건조되면 왁스를 녹여 제거(탈왁스)하여 세라믹 몰드를 얻습니다. 왁스 몰드가 녹아 사라지기 때문에 '로스트 왁스 공정'이라고도 합니다.

왁스 제거 후 용융 금속을 세라믹 몰드에 부어 주조 부품을 성형합니다. 금속이 냉각되면 세라믹 몰드를 제거하여 주조품을 얻으며, 일부는 2차 가공이 필요합니다. 본 글에서는 왁스 패턴 제작에 사용되는 왁스 유형을 다룹니다.

정밀 주조에 사용되는 왁스 유형

일반적으로 셸 제작은 액상 왁스 혼합물을 다이에 주입해 시작합니다. 냉각 후 다에서 분리한 왁스 패턴이 세라믹 셸용 패턴이 됩니다. 초창기에는 밀랍(비즈왁스)을 사용했으나, 현대에는 다양한 왁스가 사용됩니다. 여기서는 필드 왁스(Filled Wax)와 언필드 왁스(Unfilled Wax) 두 가지에 집중합니다.

• 필드 왁스(Filled Wax): 정밀 주조용 왁스에 필러를 첨가한 것입니다. 필러는 주조품의 강도, 치수 안정성, 열팽창 계수 저감, 수축 최소화 등의 물성을 부여합니다. 필러 종류는 공급사마다 다르며, 비스페놀-A(BPA), 유기 필러, 테레프탈산, 가교 폴리스티렌, 심지어 물이 포함되기도 합니다. 필러 첨가로 인해 탈왁스 공정에서 왁스 연소에 더 많은 시간이 소요되어 세라믹 셸에 왁스 잔류물이 남을 수 있습니다. 필러 밀도에 따라 왁스 회수 및 재활용이 더 어려울 수도 있습니다.
• 언필드 왁스(Unfilled Wax): 필드 왁스와 달리 필러 함량이 적습니다. 일관된 기계적, 열적 성능을 제공하며, 주로 소형~중형 왁스 패턴이나 복잡한 형상, 정교한 패턴이 필요한 주조에 사용됩니다. 유동성이 뛰어나고 세라믹 셸에서 완전히 탈왁스되어 회수 및 재활용이 용이합니다.

정밀 주조 부품에 필드 왁스 또는 언필드 왁스 선택 방법

왁스는 각기 다른 물성을 보이므로, 필드/언필드 왁스 선택은 패턴 거동과 최종 주조품 품질에 영향을 미칩니다. 선택 기준은 유동성, 왁스 회수/재활용 여부, 치수 안정성, 표면 조도, 용도 요구사항 등입니다.

• 필드 왁스 선택 시: 소형 및 대형 왁스 패턴 모두 제작 가능합니다. 최대 장점은 열팽창이 낮고 수축이 최소화되어, 왁스 응고 시 수축 방지를 위한 왁스 칠(wax chill)을 패턴 공동에 삽입할 필요가 없다는 점입니다. 주조품의 치수 제어가 더 중요하거나, 넓은 범위의 주입 온도를 사용할 때 적합합니다.
• 언필드 왁스 선택 시: 최대 장점은 높은 표면 품질로, 세라믹 몰드의 크랙과 결함을 줄여줍니다. 다만 응고 속도가 느려 패턴 표면 침하(sinking)가 발생할 수 있고, 왁스 온도에 따라 패턴 단면에서 수축이 발생할 수 있습니다. 주조 형상에 따라 수축 방지를 위해 왁스 칠이 필요할 수 있습니다.

필드/언필드 왁스 더 알아보기

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