정밀 주조(인베스트먼트 캐스팅) 공정 원리 단계별 해설

오늘은 정밀 주조(인베스트먼트 캐스팅) 공정의 작동 원리를 단계별로 설명합니다. 앞서 증발 패턴 주조 글을 참고하세요.

정밀 주조 공정 단계

1단계: 왁스 패턴 제작

금속 툴/다이에 왁스를 주입해 왁스 패턴을 만듭니다. 적층 제조 기술 발전으로 3D 프린팅도 가능합니다. 예술 분야에서는 왁스 블록에서 직접 조각하기도 합니다. 다량 주조가 필요하면 예술가의 조각에서 실리콘 툴을 만들고 거기에 왁스를 부어 주입합니다.

2단계: 왁스 트리 조립

소형 부품을 개별 생산하는 건 비효율적입니다. 왁스 패턴을 '왁스 스프루(sprue)'라는 부품에 부착해 트리 형태로 조립합니다. 스프루는 패턴을 단일 금형에 조립하는 장착면이자, 용융 합금이 왁스 패턴이 만든 공동으로 흐르는 유로가 됩니다. 패턴과 스프루 사이 왁스를 '게이트(gate)'라 부르며, 합금이 공동으로 흐르는 방향과 유량을 제어합니다.

3단계: 세라믹 쉘(금형) 형성

왁스 트리를 세라믹 슬러리(ceramic slurry)에 담근 뒤 미세 모래나 스투코(stucco)를 젖은 표면에 뿌립니다. 이 과정을 2회 이상 반복하거나 세라믹 금형 층이 왁스 패턴에 충분히 형성될 때까지 반복합니다. 이 층은 주조 공정의 응력을 견딜 수 있어야 합니다. 금형 건조 후 다음 단계로 진행합니다.

4단계: 탈왁스(Dewaxing) / 소성(Burnout)

용융 금속 주입 전 왁스 패턴을 제거해 세라믹 쉘 내에 공동을 남기는 공정입니다. 보통 증기 탈왁스 오토클레이브(autoclave)로 왁스를 녹여냅니다. 오토클레이브는 대형 산업용 고압 증기솥입니다. 다른 방식은 플래시 파이어 오븐으로 왁스를 녹여 태우는 것입니다. 두 방식 모두 주조소에서 쓰이며, 오토클레이브는 왁스 대부분을 회수해 재사용 가능하고, 플래시 파이어는 잔여 왁스 제거와 쉘 경화를 동시에 합니다.

정밀 주조 작동 영상 보기:

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5단계: 용융 금속 주입

세라믹 금형/쉘을 특정 온도로 예열한 뒤 진행합니다. 합금이 금형 완충 전 조기 응고되는 걸 방지합니다. 금속은 크루시블(crucible)에서 유도 용해(induction melting)됩니다. 고주파 전류로 합금 주위에 자기장을 만들고 금속 내부에 와전류(eddy current)를 유도해 전기 저항으로 가열합니다. 합금이 목표 온도에 도달하면 세라믹 금형에 붓고 냉각시킵니다.

이상으로 정밀 주조 공정 원리를 마칩니다. 즐거운 독서 되시길. 질문 환영, 공유 감사합니다!