로스트 왁스 주조: 기술, 프로세스 및 응용 분야

로스트 왁스 주조는 금, 은, 황동, 청동 등 다양한 금속으로 원래의 모델이나 패턴을 주조하여 간단한 것부터 복잡한 것까지 다양한 물체를 만드는 금속 주조 기술입니다.

주조는 6,000년 전으로 거슬러 올라가는 가장 오래된 금속 성형 기술에 속하지만 아직도 보석, 치과, 예술품 생산에 널리 사용되고 있습니다. 산업적인 형태인 인베스트먼트 주조는 엔지니어링 및 제조 분야에서 정밀 금속 파트를 제작하는 데 활용하는 일반적인 방법입니다.

전통적으로는 장인의 수공예와 관련이 있었지만, 이제는 제작자들이 디지털 디자인과 3D 프린팅으로 밀랍 주조 공정을 혁신하여 워크플로를 단순화하고 시간과 비용을 절감하여 공정을 21세기에 맞춰 재구성할 수 있습니다.

디지털 기술이 어떻게 로스트 왁스 주조 방식을 활성화했는지, 주얼리 제작자부터 치과의사, 대량 생산업체에 이르기까지 전문가들에게 어떤 의미가 있는지 알아보세요.

로스트 왁스 주조 공정은 산업과 용도에 따라 다를 수 있지만 일반적으로 다음 단계로 구성됩니다. 캐스트 파트는 직접 방식이라고 하는 왁스 모델 자체로 만들거나 간접 방식이라고 하는 원본 왁스 모델의 복제품으로 만들 수 있습니다. 직접 방법은 1단계에서 바로 4단계로 넘어갑니다.

1. 모델 제작: 아티스트가 밀랍으로 디자인을 조각합니다. 밀랍인형의 크기와 복잡성은 밀랍인형 조각가의 기술과 주조 장비의 용량에 따라 제한됩니다.

2. 주형 제작: 그런 다음 작업자가 이 모델을 주조하고 주물을 연마하여 "마스터" 패턴을 생성합니다. 마스터 모델은 고무로 왁스 몰드를 만드는 데 사용되며, 마스터 주조 주위를 가열하고 "가황"하여 유연한 왁스 몰드를 만듭니다.

3. 왁스 패턴 제작: 녹은 왁스를 고무 몰드에 주입하거나 때로는 부어 넣습니다. 이 작업을 반복하여 원본 디자인의 복사본을 만들 수 있습니다.

4. 왁스 패턴 조립: 스프루를 왁스 복제품에 추가하고 연결하여 나무와 같은 구조를 만들어 녹은 왁스가 흘러나오고 나중에 용융 금속이 구멍을 채울 수 있는 경로를 제공합니다. 

5. 인베스트먼트 재료 도포: 왁스 트리를 실리카 슬러리에 담그거나 플라스크에 넣고 액체 투자 석고로 둘러쌉니다.

6. 번아웃: 인베스트먼트 재료가 마르면 플라스크를 거꾸로 뒤집어 가마에 넣고 왁스를 녹이면 원래 모델 모양의 네거티브 캐비티가 남습니다.

7. 주입: 용융 금속과의 온도 차이를 줄이기 위해 인베스트먼트 주형을 가마에서 추가로 가열합니다. 금속을 녹인 다음 중력 또는 진공 압력을 사용하여 금속을 캐비티 안으로 끌어당겨 부어 넣습니다.

8. 매몰제 제거: 용융 금속이 어느 정도 식으면 인베스트먼트 주형을 물에 담금질하여 내화 석고를 녹이고 거친 주물을 방출합니다. 스프루는 잘라내어 재활용하고, 주조 파트는 주조 공정의 흔적을 제거하기 위해 청소합니다.

9. 마감: 주조 파트는 최종 형상과 표면 마감을 위해 파일링, 연마, 기계 가공 또는 샌드 블라스팅을 거칩니다. 필요한 경우 주조 파트도 열처리하여 재료의 기계적 물성을 향상시킵니다.

로스트 왁스 캐스팅의 오랜 역사에 대한 짧은 요약

밀랍 주조는 문명만큼이나 오래되었다고 해도 과언이 아닙니다. 밀랍 주조로 만든 홀, 조각품, 가구와 같은 유물은 이스라엘, 베트남, 나이지리아, 니카라과, 인더스 계곡 등 멀리 떨어진 곳에서도 발견되었습니다. 인더스 계곡의 한 사회에서 만든 가장 오래된 밀랍 주물인 이 부적은 6,000년이 넘은 것으로 알려져 있습니다.

수 세기 동안 조각 장식품과 직물 부조 제작에 사용되던 밀랍 주조는 18세기 유럽에서 조각 몰딩으로 대체되기 시작했습니다. 19세기 성장하는 산업의 요구를 충족하기 위해 공정의 일부가 인베스트먼트 주조에 맞게 조정되었습니다.

치과에서는 골드 크라운, 인레이, 온레이를 제작할 때 로스트 왁스 방식을 널리 사용합니다. 이처럼 로스트 왁스 캐스팅의 유산은 오늘날에도 잘 남아 있습니다.

디지털 디자인과 3D 프린트를 통한 밀랍 주조의 21세기 전환

오늘날 디지털 소프트웨어 도구와 3D 프린트는 디지털 설계 및 제조 공정의 장점으로 로스트 왁스 주조를 보완합니다.

디지털 워크플로우를 이용하면 CAD 소프트웨어 도구를 통해 디지털 방식으로 디자인을 만들고, 전문 3D 프린터로 패턴을 3D 프린팅한 다음 금형에 넣어 주조할 수 있습니다. 포지티브 패턴을 소환한 후 프로세스는 기존 인베스트먼트 주조와 동일한 경로를 따릅니다.

디지털 기술 덕분에 시간이 많이 들던 수작업의 필요성이 줄어들고 디자인 자체를 쉽게 보존, 수정하고 필요할 때 다시 제작할 수 있습니다.

디지털 기술을 활용한 로스트 왁스 주조 응용 분야

엔지니어부터 주얼리 제작자까지 다양한 전문 분야에서 디지털 기술이 제공하는 새로운 가능성을 활용하여 로스트 왁스 캐스팅을 진행하고 있습니다.

주얼리

로스트 왁스 캐스팅의 첫 번째 사용 사례에는 보석과 고급 장식품을 제작하는 것이 있습니다. 그러나 복잡한 주얼리의 왁스 패턴은 수작업으로 제작하기가 복잡하고, 높은 수요와 패스트 패션이 주도하는 세상에서 수공예품은 그 속도를 따라잡기 어려울 수 있습니다. 

주얼리 디자이너는 주얼리 CAD 소프트웨어 도구를 사용하여 주얼리 조각을 디자인할 수 있으므로 과거에는 왁스로 조각하는 데 몇 시간의 세심한 노동력이 필요했던 복잡한 형상을 더 쉽게 제작하고 끼워맞춤할 수 있습니다.

디지털 디자인, 첨단 소재, 저렴한 인하우스 레진 3D 프린터는 이제 주얼리 제조업체와 디자이너의 컨셉, 프로토타입 제작, 생산 방식을 바꾸고 있습니다.

광경화성 수지 조형 방식 3D 프린팅은 손으로 조각하기 어려운 복잡한 피처를 재현할 수 있습니다.

주얼리 디자이너는 주얼리 CAD 소프트웨어 도구를 사용하여 주얼리 조각을 디자인할 수 있으므로 과거에는 왁스로 조각하는 데 몇 시간의 세심한 노동력이 필요했던 복잡한 형상을 더 쉽게 제작하고 끼워맞춤할 수 있습니다.

경제적인 산업용 3D 프린터는 기존 왁스처럼 빠르게 주조할 수 있는 패턴을 만들 수 있습니다. 3D 프린트는 디자인에서 기하학적 창의력을 발휘할 수 있는 거의 무한한 범위를 제공합니다. 레이저를 미세하게 조정할 수 있는 기능 덕분에 섬세한 선조 세공, 융기된 텍스트, 상세한 파베 스톤 세팅 같은 빼어난 디자인적 디테일을 포착할 수 있으며 경이로운 정확도는 덤입니다.

주얼리 업계에서 디지털 워크플로우를 도입하는 데 있어 가장 큰 장벽은 디지털 디자인 기술과 교육입니다. 그러나 업계에 새로 진입하는 주얼리 디자이너들은 전통적인 디자인의 기초와 함께 주얼리 CAD 소프트웨어 및 3D 프린터에 대한 교육을 받으며 피할 수 없는 전환에 대비합니다.

치과/치기공

로스트 왁스 캐스팅 및 프레싱 수복물은 수십 년 동안 치과에서 인레이, 온레이, 크라운, 세라믹 합금 크라운, 전체 세라믹 크라운, 부분 의치 프레임워크 및 기타 임플란트 수복물을 제작하는 표준 관행으로 자리 잡았습니다.

왁스 패턴은 전통적으로 치아의 작업용 다이 또는 환자의 수동 인상을 기반으로 한 아치 모델에 수작업으로 형성됩니다. 그런 다음 전통적인 로스트 왁스 캐스팅 워크플로우에 따라 패턴을 나무에 뿌리고 태워버립니다.

디지털 기술을 통해 치과의사는 구강 내 스캐너를 사용하여 환자의 해부학적 구조를 디지털 방식으로 수집하거나 연구실에서 데스크톱 스캐너를 사용하여 실제 모델이나 인상을 스캔합니다. 스캔 데이터는 CAD 소프트웨어로 가져와 치과 기공사가 원하는 보철물을 설계합니다. 그런 다음 패턴을 왁스와 같은 재료로 3D 프린트로 제작하고 기존 워크플로우를 사용하여 주조하거나 프레스할 수 있습니다.

그런 다음 치과용 크라운, 인레이, 부분 의치 프레임워크 등의 패턴을 왁스 같은 재료로 3D 프린팅하고 기존 워크플로를 사용하여 주조하거나 프레스할 수 있습니다.

치과에서는 환자의 해부학적 구조가 인상에서 비롯되기 때문에 디지털 디자인도 큰 제약이 없습니다. 치과용 CAD 소프트웨어 도구는 설계 프로세스를 간소화하고, 3D 프린팅은 전통적으로 숙련된 기술자와 많은 수작업 단계가 필요했던 패턴의 제조 프로세스를 자동화합니다.

로스트 왁스 주조와 디지털 기술은 아날로그와 디지털 세계의 장점을 결합하여 치과 기공소에서 일관되고 안정적인 디지털 워크플로와 사용하기 쉬운 기계를 통해 매우 정확한 패턴을 제작할 수 있도록 지원합니다.

높은 수준의 치수 정확도를 갖춘 대량 생산 금속 파트가 필요한 산업에서 주조는 항공 우주, 자동차 및 의료 응용 분야에 중요한 컴포넌트를 생산하는 비용 효율적이고 성능이 뛰어난 제조 공정으로 남아 있습니다.

전통적으로 로스트 왁스 주조의 산업적 형태인 직접 투자 주조의 패턴은 대량 생산이 필요하지 않은 경우 수작업으로 조각하거나 기계로 가공합니다. 엔지니어와 파운드리는 3D 프린트를 통해 패턴을 직접 제작하여 리드 타임을 단축하고 성형 공정의 제조 가능성을 위한 설계(DFM) 제약을 뛰어넘는 기하학적 자유도를 달성할 수 있습니다.

전통의 혁명

디지털 도구를 사용한 밀랍 주조 공정의 진화를 보면 기술을 이용하면 굳이 과거와 단절될 필요가 없다는 점을 확인할 수 있습니다. 이러한 기술을 올바르게 활용하면 맞춤형 주얼리부터 대량 생산되는 자동차 부품에 이르기까지 고품질 파트를 대규모로 생산할 수 있습니다. 그 결과, 생산 효율성과 디자인 상의 자유가 새로운 차원으로 개선되는 것입니다.

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