본질적으로 진공 주조(Vacuum Casting)는 마스터 부품의 고정밀 복제품을 만드는 다단계 공정입니다. 여기에는 마스터 패턴 주위에 유연한 실리콘 몰드를 만들고, 진공 챔버를 사용하여 액체 폴리우레탄 수지를 몰드 안으로 끌어들여 완벽하고 기포 없는 복제품을 만드는 과정이 포함됩니다. 이 방법은 사출 성형에 필적하는 품질의 부품을 소량 생산할 수 있는 능력으로 유명합니다.
핵심은 "진공"이 단지 이름이 아니라 완벽한 결과를 보장하는 중요한 요소라는 것입니다. 이는 두 번 적용됩니다. 첫 번째는 액체 실리콘에서 공기를 제거하여 완벽한 몰드를 만드는 것이고, 두 번째는 주조 수지를 몰드 안으로 끌어들일 때 공기가 갇히지 않도록 하여 보이드(빈 공간) 없는 최종 부품을 만드는 것입니다.
진공 주조의 세 가지 핵심 단계
전체 공정은 체계적인 복제 기술이며 세 가지 뚜렷한 단계로 나뉩니다. 한 단계의 출력 품질은 다음 단계의 잠재적 품질을 직접적으로 결정합니다.
1단계: 마스터 패턴 제작
최종 주조 부품의 품질은 마스터 패턴이라고 불리는 초기 모델만큼만 좋을 수 있습니다.
이 패턴은 최종 제품의 정확한 복제품입니다. 표면 마감이 고품질이어야 합니다. 왜냐하면 모든 결함, 레이어 라인 또는 얼룩이 실리콘 몰드에 충실하게 전달되고, 그 다음 모든 주조 부품에 전달되기 때문입니다.
마스터 패턴을 만드는 일반적인 방법으로는 고해상도와 매끄러운 표면으로 인해 선택되는 SLA(광조형) 3D 프린팅 또는 CNC 가공이 있습니다.
2단계: 실리콘 몰드 엔지니어링
이 단계에서는 최종 부품이 주조될 음각 캐비티를 만듭니다.
마스터 패턴은 주조 상자 안에 고정됩니다. 그런 다음 액체 실리콘을 패턴 위로 부어 완전히 잠기게 합니다.
결정적으로, 이 전체 상자는 탈기(degas)를 위해 진공 챔버 안에 놓입니다. 이 단계는 액체 실리콘에 갇힌 모든 공기 방울을 제거하여 몰드 캐비티의 결함을 방지합니다.
탈기 후, 실리콘은 오븐에서 경화될 때까지 가열됩니다. 단단해진 몰드는 계획된 파팅 라인을 따라 조심스럽게 잘라내고, 마스터 패턴을 제거하면 깨끗하고 세부적인 캐비티가 남습니다.
3단계: 폴리우레탄 복제품 주조
이 단계에서 완성된 실리콘 몰드를 사용하여 최종 부품이 만들어집니다.
실리콘 몰드의 두 부분은 단단히 재조립됩니다. 그런 다음 2액형 폴리우레탄(PU) 수지를 혼합하며, 종종 디자인 사양에 맞게 색상 안료를 추가합니다.
혼합 및 붓는 과정은 진공 챔버 내에서 이루어집니다. 수지가 몰드에 부어지고, 진공은 액체 재료가 공기를 가두지 않고 캐비티의 모든 미세한 디테일까지 채워지도록 보장합니다. 이것이 보이드 없는(void-free) 부품을 생성하는 이유입니다.
채워진 후, 몰드는 챔버에서 꺼내져 경화 오븐에 넣어 수지를 고형화시킵니다. 경화 후, 부품은 몰드에서 꺼내지고, 세척되며, 마감 처리를 위해 준비됩니다.
"진공"이 결정적인 구성 요소인 이유
두 가지 별개의 진공 단계를 이해하는 것이 이 공정이 왜 그토록 고품질의 결과를 제공하는지 이해하는 열쇠입니다. 각 단계는 서로 다른 문제를 해결합니다.
몰드 내 기포 제거
첫 번째 진공 단계는 실리콘 몰드를 만들 때 발생합니다. 액체 실리콘에 공기 방울이 남아 있으면 몰드 캐비티 표면에 작은 돌기나 구멍이 생길 수 있습니다.
이러한 몰드 불완전성은 몰드에서 주조되는 모든 부품에 전달되어 미학과 기능 모두를 손상시킵니다. 실리콘을 탈기하는 것은 몰드 자체가 완벽하도록 보장합니다.
보이드 없는 최종 부품 보장
두 번째 진공 단계는 폴리우레탄 수지를 주조할 때 발생합니다. 액체를 복잡한 모양에 부으면 작은 모서리나 특징부에 공기 주머니가 자연스럽게 갇히게 됩니다.
이 단계를 진공 상태에서 수행하면 몰드 캐비티에서 공기가 먼저 배출됩니다. 그런 다음 액체 수지가 방해받지 않고 흘러 들어가 모든 틈새를 채워 내부 보이드나 표면 기포가 없는 조밀하고 단단한 부품을 만듭니다. 이는 미적 품질과 기계적 강도 모두에 필수적입니다.
상충 관계 및 한계 이해
진공 주조는 강력하지만 모든 시나리오에 적합한 솔루션은 아닙니다. 정보에 입각한 결정을 내리려면 그 한계를 이해하는 것이 중요합니다.
몰드 수명
단일 실리콘 몰드는 수명이 제한적입니다. 일반적으로 몰드는 열 순환 및 화학적 노출로 인해 열화되기 전에 20회에서 50회 복제를 생산할 수 있습니다.
이러한 마모는 나중에 주조되는 부품의 미세한 디테일이나 표면 질감 손실로 이어질 수 있습니다. 50개 이상의 생산품을 위해서는 새 몰드를 만들거나 다른 제조 공정을 고려해야 합니다.
재료 선택
진공 주조는 주로 ABS, PC 또는 고무와 같은 엘라스토머와 같은 일반적인 생산 플라스틱의 특성을 모방하는 폴리우레탄 수지를 사용합니다.
사용 가능한 재료 범위가 다재다능하지만(단단한 재료, 유연한 재료, 투명한 옵션 제공), 사출 성형에 사용 가능한 방대한 열가소성 수지 라이브러리만큼 광범위하지는 않습니다.
형상 제약
실리콘 몰드의 유연성은 복잡한 형상과 약간의 언더컷(undercuts)이 있는 부품에 탁월합니다.
그러나 너무 깊거나 심한 언더컷은 탈형을 어렵게 만들어 부품이나 몰드 자체를 찢을 수 있습니다. 이는 몰드의 수명을 크게 단축시킬 수 있습니다.
프로젝트에 적합한 선택하기
이러한 지침을 사용하여 진공 주조가 특정 목표와 일치하는지 확인하십시오.
- 고정밀 프로토타이핑에 중점을 두는 경우: 진공 주조는 형태, 맞춤 및 기능을 테스트하기 위해 소량의 생산 품질 프로토타입을 만드는 데 이상적인 선택입니다.
- 소량 또는 브리지 제조에 중점을 두는 경우: 이 공정은 비싼 사출 금형 공구를 기다리는 동안 또는 틈새 시장을 지원하기 위해 20~100개의 최종 사용 부품을 생산하는 데 적합합니다.
- 신속한 시장 테스트에 중점을 두는 경우: 진공 주조를 사용하여 대량 생산에 투입하기 전에 시각적으로 완벽한 소량의 제품을 고객에게 신속하게 제공하여 피드백을 받을 수 있습니다.
- 수천 개의 동일한 부품 생산에 중점을 두는 경우: 진공 주조는 비용 효율적이지 않습니다. 단위 비용과 도구 제한으로 인해 이 규모에는 사출 성형이 올바른 공정입니다.
궁극적으로 진공 주조는 값비싼 하드 툴링 없이도 최종 제품과 같은 모양과 느낌을 가진 부품을 만들 수 있도록 지원합니다.
요약표:
| 단계 | 주요 목표 | 핵심 단계 |
|---|---|---|
| 1. 마스터 패턴 | 고정밀 모델 제작 | SLA 3D 프린팅 또는 CNC 가공 사용 |
| 2. 실리콘 몰드 | 흠집 없는 몰드 캐비티 엔지니어링 | 진공 챔버에서 액체 실리콘 탈기 |
| 3. PU 주조 | 보이드 없는 복제품 생산 | 진공 상태에서 폴리우레탄 수지 주조 |
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