진공주형(Vacuum Casting)이란?-시작품 소량생산 제작

오늘은 시작품 소량생산에 적합한 방식인 진공주형이란 무엇인지에 대해 알아보도록 하겠습니다.

제품개발 시 목업, 시제품 생산을 위해서는 여러 가지 방법이 있지만 100개 미만을 생산할 경우에는 진공주형을 100개 이상일 경우에는 QDM을 활용해서 제작하는데요, 수백 개만 필요한 상황에 금형을 제작하기에는 비용이 많이 들기 때문에 수량에 따라 방법을 선택하곤 합니다.

1. 진공주형이란

액상의 제품 재질과 경화재를 혼합한 유동성 재질을 진공상태로 만들어서 실리콘 재질의 형틀에 주입해 굳혀 고체화 시켜 제품을 제작하는 방식으로 사용하는 형틀의 재질명을 따라 실리콘주형법이라고도 하는데요, 이때 사용하는 액상의 제품 재질은 대량생산에서 사용하는 열가소성수지가 아니라 열경화성 수지를 사용합니다.

진공주형은 사출성형 방식 중에서도 간이금형에 속하며 몰드가 실리콘으로 되어 있고, 기압의 차를 이용하는 방식입니다.

사출에 비해 금형 제작속도가 최소 10배 이상 빠르고 금액 또한 저렴해서 디자인 수정이나 재질의 변동에 빠르게 대응할 수 있다는 장점이 있지만 섬세함을 요구하는 제품에는 맞지 않는 방법일수도 있습니다.

2. 특징

① 신속하고, 정밀도 있는 시제품을 제작할 수 있다.

② 시제품제작 비용과 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있다.

③ 다양한 활용 분야의 적합한 재료를 공급함으로 시작품 제작에 매우 유용하여 제품개발 경쟁력을 향상시킬 수 있는 시스템이다.

④ 사출성형보다 두께가 얇은 제품을 만들 수 있다.

⑤ 거푸집이 수형 또는 암형만으로 충분함으로 값싸고 쉽게 만들 수 있다.

3. 필요성

시제품 제작 시 많은 경우 단품 제작을 하는 경우가 대부분이지만 소량 제작을 요구하는 경우가 빈번하기 때문에 단품제작과 동일한 방법을 이용해 소량의 시제품을 제작하게 되면 제작 비용과 제작 시간이 많이 소요됩니다.

이와 같이 제작 비용 및 시간을 줄이고, 또한 제품의 성질과 유사한 기계적 성질을 갖는 재료를 사용할 수 있는 방법으로 진공주형을 많이 활용합니다.

3. 장단점

① 실리콘 특성상 변형 및 수축이 매우 적어 원형 모델과 동일한 형상의 제품 정밀도를 얻을 수 있다.

② 마스터모델로 얻어진 실리콘 몰드로 단시간 소량의 제품을 얻을 수 있다.

③ 몰드를 구성하는 실리콘의 탄성이 매우 커 언더컷 및 복잡한 형상의 제품도 슬라이드 몰드가 필요치 않고 몰드를 단순화 할 수 있다.

④ 일체형 제품의 생산이 가능하고, 견고한 강도의 제품을 제작할 수 있다.

⑤ 진공상태에서 주형하기 때문에 액상수지내에 있을 수도 있는 기포를 최소화할 수 있다.

⑥ 주형 시 나사 같은 기타 구조물의 인서트가 매우 용이하다.

⑦ 요구 생상에 대한 제품 제작이 가능하다.

⑧ 주형 제작 후 착색, 도장 및 인쇄 등의 후공정 처리가 용이하다.

4. 제작 방법

① 3D데이터를 활용해 실물의 마스터를 제작한다.

② 마스터 모델의 표면을 깨끗하게 세척하고, 필요 시 몰드와의 원활한 분리를 위해 이형재를 도포한다.

③ 차후 실리콘 몰드의 원활한 분리를 위해 파팅라인에 테이프를 부착한다.

④ 마스터 모델에 캐스팅 게이트 및 에어밴트를 부착하고, 실리콘 형클 크기의 프레임을 제작해 마스터 모델을 놓는다.

⑤ 주재와 경화재를 혼합한 실리콘 재질을 탈포하고 준비된 프레임에 천천히 붓는다.

⑥ 진공주형기 내에서 추가로 탈포한 후, 오븐기에서 실리콘 몰드를 경화시킨다.

⑦ 경화가 끝나면 프레임을 제거한 후 마스터의 피팅라인을 따라 실리콘 몰드를 절개한다.

⑧ 절개한 실리콘몰드에서 마스터를 조심스럽게 제거한다.

⑨ 절개한 실리콘 몰드를 다시 형합한 후 캐스팅 시 재질이 새지 않도록 절개면을 포함해 테이프 작업을 한다.

⑩ 주재와 경화재를 탈포한 후, 정확한 비율로 혼합한다.

⑪ 혼합한 재질을 진공상태에 있는 실리콘 몰드의 게이트에 주입하고, 진공을 해제시킨 뒤 실리콘 몰드를 오븐기에 넣어 일정시간 건조시킨다.

⑫ 건조가 끝나면 몰드를 오븐기에서 꺼내 상형, 하형으로 분리 후 주형품을 꺼낸다.

⑬ 분리된 주형품에서 게이트 및 그 외 필요없는 부분을 절단, 제거하고 샌딩처리 후 후처리하면 완성!

5. 제작 시 유의사항

① 제품은 제품과 형틀로 나눠진다.

② 제품의 캐비티(cavity)와 코어(core) 부위를 지탱할 공간과 제품이 변형되지 않도록 구상하여 금형을 제작한다.

③ 주형작업 시 레진이 원활하게 흘러서 기포나 미성형이 이루어지지 않도록 게이트를 구상한다.

④ 금형 재질이 열에 민감한 실리콘 소재이기 때문에 열팽창에 의한 계수를 계량하여 적절한 온도로 오븐 경화한다.

⑤ 몰드 제작 시 형틀부의 역할은 형합 유지를 위해 필수임으로 소재의 절감에 중점을 두지 않는다.

⑥ 몰드의 표면에 백화나 과다 경화되었을 때는 제품 주형 시 취출되지 않고, 금형에 붙어서 작업이 불가하기 때문에 몰드를 폐기한다.

 

 

지금까지 진공주형이란 무엇인지 알아보았는데요, 1, 2개의 시제품이 필요하면 3D프린터가 적합하지만 수십개의 경우 진공주형이 빠르게 제작가능하고, 저렴해서 활용하기 좋을 것 같습니다.