1. 소개
분실된 왁스 주조 (라고도 투자 주조 또는 정밀 주조) 전통적으로 왁스로 만들어진 희생 패턴을 연속 내화층으로 코팅하여 쉘을 형성하는 성숙한 금속 주조 방법입니다..
왁스를 제거한 후 (탈 왁스) 껍질이 연소되고 녹은 금속이 왁스가 남긴 구멍에 부어집니다.. 금속이 응고되면 껍질이 부서져 완성된 부품이 드러납니다..
핵심 원칙은 오래되었지만, 현대 투자 주조는 고급 쉘 시스템을 결합합니다 (실리카-고체, 지르콘 워시), 향상된 바인더, 디지털 패턴 제작 (입체조형술, 재료 분사) 다른 프로세스로는 어렵거나 불가능한 기능을 제공합니다..
2. 장점을 증폭시키는 프로세스 변형
기본 유실 왁스 주조 작업 흐름(패턴 → 다층 세라믹 쉘 → 탈랍 → 연소/소성 → 붓기 → 쉐이크아웃)은 모든 매장에서 동일합니다..
현대 매몰 주조를 차별화하고 그 장점을 확장하는 것은 다음과 같습니다. 프로세스 변형 합금에 맞게 선택된 재료/기술의 조합, 크기, 관용과 경제학.
아래는 집중적으로, 주요 변형에 대한 엔지니어링 수준 조사, 그들이 중요한 이유, 능력을 어떻게 변화시키는가, 각 제품을 언제 사용해야 하는지에 대한 실용적인 지침.
쉘 시스템 변형: 실리카-고체, 물유리, 그리고 하이브리드
실리카-고체 (콜로이드 실리카) 껍질
- 무엇: 콜로이드 SiO2 바인더가 내화 치장벽토를 부유시킵니다..
- 장점을 증폭시키는 이유: 탁월한 표면 충실도 제공, 좋은 열충격 저항, 환기를 위한 높은 투자율, 진공 또는 불활성 대기 타설 및 고온 합금과의 탁월한 호환성 (Ni 초합금, 의).
- 언제 사용하나요?: 중요한 항공우주 부품, 슈퍼 합금, 티탄 (지르콘/알루미나 1차 코팅), 의료용 임플란트.
- 일반적인 포탄 발사: 600–1000 ° C (스투코 믹스 및 합금에 따라 다름).
- 트레이드오프: 더 높은 재료 및 가공 비용; 이온 오염에 민감함 (콜로이드 안정성).
물유리 (나트륨 규산염) 껍질
- 무엇: 알칼리 규산염 바인더 (더 저렴하다, 오래된 기술).
- 도움이 되는 이유: 재료비 절감, 많은 스테인리스강 및 탄소강 주물에 견고함; 더 간단한 식물 취급.
- 언제 사용하나요?: 덜 중요한 스테인리스 또는 강철 부품, 비용이 중요하고 초미세 표면 마감이 필요하지 않은 대형 주물.
- 제한 사항: 열악한 진공 호환성 및 반응성/고온 합금에 대한 낮은 내성; 거친 표면 마감.
하이브리드 쉘 (실리카졸 내부 코팅 + 물유리 외부 코팅)
- 무엇: 표면 마감을 위한 미세한 실리카졸 세척과 벌크 강도를 위한 저렴한 물유리 외부 코팅을 결합합니다..
- 장점을 증폭시키는 이유: 비용/성능 균형 달성 - 중요한 부분에서 표면 충실도가 우수함, 쉘 비용 감소 및 핸들링 개선.
- 언제 사용하나요?: 좋은 마감이 필요하지만 비용에 민감한 중간 가치 부품.
패턴 생산 변형: 밀랍, 인쇄된 왁스, 및 주조 가능한 수지
기존 왁스 패턴 (사출 성형 왁스)
- 왜: 낮은 단가와 뛰어난 표면조도.
- 가장 좋은 때는: 왁스 다이 및 부품에 대한 툴링을 정당화하는 볼륨은 반복 가능합니다..
3D-프린트된 캐스터블 왁스 / 광중합체 패턴 (SLA / DLP / 재료 분사)
- 장점을 증폭시키는 이유: 프로토타입 및 단기 실행을 위한 하드 툴링 제거, 매우 복잡한 내부 형상을 가능하게 합니다., 빠른 반복, 환자 맞춤형 의료 부품.
- 현실적인: 최신 수지는 왁스를 깨끗하게 제거하고 주입 왁스와 비슷한 표면 충실도를 제공하도록 설계되었습니다.; 조각당 패턴 비용은 높지만 툴링 리드 타임은 거의 0에 가깝습니다..
- 언제 사용하나요?: 프로토타입, 소량 생산, 등각 내부 통로, 토폴로지에 최적화된 구성 요소.
패턴 합금 / 다중 재료 패턴
- 무엇: 엔지니어링 왁스 블렌드 또는 다중 구성 요소 패턴 (수용성 코어 지원) 치수 안정성을 개선하거나 코어 제거를 단순화하기 위해.
- 사용 사례: 정밀한 얇은 벽, 보관/취급 중 낮은 열 변형이 필요한 길고 얇은 부분 또는 패턴.
핵심 기술 변형: 수용성 코어, 세라믹 코어, 인쇄 코어
수용성 폴리머 코어 (수용성 또는 왁스 코어)
- 이점: 나중에 분해되는 복잡한 내부 통로 생성 - 조립 없이 냉각 채널 또는 내부 유압장치에 이상적.
- 한정: 프로세스 단계를 추가하고 복잡성을 처리합니다..
세라믹 코어 (엄격한, 바인더 발사)
- 이점: 높은 주입 온도에서 우수한 치수 안정성; 초합금 터빈 통로 및 가혹한 서비스 구성 요소에 사용됩니다..
- 요점: 반응을 피하기 위해 코어 재료와 쉘은 열화학적으로 호환되어야 합니다..
3D 인쇄 코어 (바인더젯 또는 SLA 코어)
- 이것이 장점을 증폭시키는 이유: 기존 코어로는 불가능하거나 비경제적인 내부 형상을 생산합니다.; 복잡한 설계의 리드타임 단축.
탈랍/소진 및 대기 변형
스팀 탈랍 + 통제된 소진 (산화)
- 전형적인: 강철 및 다양한 합금의 표준; 비용 효율적.
- 위험: 반응성 금속의 산화 및 탄소 픽업.
진공/불활성 대기 소진 & 진공 용해/주입
- 장점을 증폭시키는 이유: 반응성 합금에 필수적인 (티탄) 초합금의 산화/개재물을 최소화하기 위한 것입니다.; 금속-쉘 화학 반응을 줄이고 청결도를 향상시킵니다..
- 지정할시기: 티탄, 고합금 니켈 부품, 진공밀폐 부품.
압력 보조 탈랍 / 오토클레이브 탈랍
- 혜택: 복잡한 코어와 더 얇은 형상을 위한 보다 완벽한 왁스 제거; 소진 중 갇힌 왁스 및 가스 발생을 줄입니다..
포탄 발사 & 열 프로파일링 변형
저온 소성 vs 고온 소결
- 왜 중요한가요?: 더 높은 온도에서 소성하면 껍질이 치밀해집니다., 연화온도를 높이고 고온 타설에 대한 내열충격성을 향상시킵니다., 하지만 에너지와 시간이 늘어납니다..
- 일반적인 선택: 600실리카졸 쉘의 경우 –1000°C; 합금 주입 온도 및 필요한 투자율에 따라 맞춤화.
제어 램프 / 거주 전략
- 혜택: 껍질 갈라짐 감소, 유기물을 완전히 제거하다, 쉘 투과성 관리. 얇은 쉘과 크고 복잡한 부품에 중요.
3. 기하학 & 로스트 왁스 주조의 설계 장점
요점: 매몰 주조는 단조가 어렵거나 불가능한 형상과 특징을 가능하게 합니다., 가공, 다이 캐스팅 또는 샌드 캐스팅.
- 복잡한 외부 기하학: 깊은 언더컷, 얇은 지느러미, 내부 공동, 일체형 보스/리브를 일체형으로 주조할 수 있습니다..
- 내부 구절 & 등각 내부 특징: 수용성 코어 포함, 쉘 코어 기술 또는 인쇄된 도망 코어, 복잡한 내부 채널 (냉각, 매끄럽게 하기, 체중 감소) 가능하다.
- 분할선 및 구배 제약으로부터 자유로움: 구배 각도는 여전히 패턴 제거에 도움이 됩니다., 다른 많은 방법에 비해 최소한의 드래프트로 미세한 형상을 생성할 수 있습니다..
- 얇은 부분: 합금 및 쉘 시스템에 따라 다름, 소형 정밀 부품의 경우 벽 두께를 ~0.5~1.0mm까지 낮출 수 있습니다.; 일반적인 엔지니어링 관행에서는 안정적인 성능을 위해 1~3mm를 사용합니다..
디자인적 의미: 여러 부품을 조립해야 하는 부품을 단일 매몰 주조로 통합할 수 있는 경우가 많습니다., 조립 비용 및 잠재적인 누출 경로 감소.
4. 치수 정확도 & 표면 마감의 장점
Lost-wax 주조가 많이 선택되었습니다. 2차 작업 없이 제공되는 것 그것이 가능하게 하는 합금에 관해서는.
가장 명확하게 측정 가능한 두 가지 장점은 다음과 같습니다. 타이트한 치수 제어 그리고 우수한 주조 표면 마감.
일반적인 성능 수치
이것들은 실용적이다, 매장 수준 범위. 정확한 성능은 부품 크기에 따라 다릅니다., 합금, 쉘 시스템 (실리카졸과 물유리), 패턴 품질 및 주조 실습.
치수 공차 (전형적인, 캐스트):
- 공칭 치수의 ±0.1–0.3% 정밀 매몰 주조용 (전형적인 엔지니어링 타겟).
- 예: 한 동안 100 mm 공칭 특징, 예상하다 ± 0.1–0.3 mm 캐스트.
- 더 작은 기능 / 주얼리/정밀부품: 공차는 아래로 ±0.02~0.05mm 미세한 패턴과 실리카졸 쉘로 가능.
- 큰 기능 (>300 mm): 열 질량으로 인해 절대 허용 오차가 완화됩니다. % 범위 또는 더 큰 수당.
반복성 / 실행 간 변형:
- 잘 통제된 파운드리는 보유할 수 있습니다. ±0.05~0.15% 패턴을 적용할 때 로트 전체에 걸쳐 중요한 데이텀에 대한 프로세스 반복성을 확보합니다., 포탄과 용광로 통제는 엄격합니다.
선형 수축 (전형적인 수당):
- 대략. 1.2–1.8% 선형 수축은 일반적으로 강철 및 Ni 기반 합금에 사용됩니다.; 값은 합금 및 패턴 재료에 따라 달라집니다. 주조소에서는 툴링에 대한 정확한 수축을 지정합니다..
표면 거칠기 (그대로 출연한 라):
- 실리카졸 껍질 (미세 세탁):≒ 0.6–1.6 µm Ra (최고의 실용적인 주조 마감재).
- 실리카졸 일반공학:≒ 1.6–3.2 µm Ra 일반 엔지니어링 쉘용.
- 물유리 껍질 / 더 거친 치장용 벽토:≒ 2.5–8 µm Ra.
- 광택 왁스 다이 + 훌륭한 치장 용 벽토 + 조심스럽게 발사: 보석/광학 부품에 서브미크론 마감 처리가 가능합니다..
형태 & 위치 공차 (캐스트):
- 중요한 기능에 대한 일반적인 위치 공차 (구멍, 보스) ~이다 ± 0.2–0.5 mm 가공을 위해 지정되지 않는 한.
분실 왁스 주조가 이러한 수치를 달성하는 이유
- 정밀한 패턴 충실도: 사출 성형 왁스 또는 현대식 캐스터블 레진은 표면 불규칙성이 매우 낮은 툴링 디테일을 재현합니다..
- 파인 워시 코트: 초도 내화물 (아주 미세한 입자, 종종 지르콘 또는 실리카졸의 10μm 미만 용융 실리카) 표면 질감을 기록하고 미세한 특징을 채웁니다..
- 얇은, 균일한 쉘 접촉: 쉘과 패턴의 긴밀한 접촉 (제어된 쉘 강성) 탈랍/소진 및 주입 중 왜곡을 줄입니다..
- 제어된 열 질량: 껍질은 모래 주형에 비해 얇기 때문에 표면의 열 구배가 더 작습니다., 미세한 "냉각" 레이어를 생성하고 작은 형상의 왜곡을 줄입니다..
- 낮은 패턴 처리 왜곡: 현대적인 왁스 제제와 AM 수지로 패턴 크리프와 쉘링 전 수축을 최소화합니다..
5. 재료 & 로스트왁스 주조의 야금학적 장점
로스트왁스 주조는 제어된 야금학적 결과로 광범위한 합금을 지원합니다.:
- 합금 호환성: 스테인리스강, 공구강, 니켈-베이스 슈퍼 합금 (인코넬, 르네), 코발트 합금, 티탄 (적절한 코팅 및 진공/불활성 용융 사용), 구리 합금, 및 특수 스테인리스/이중 합금.
- 응고 제어 & 정제 된 미세 구조: 얇은 껍질 벽과 내화물과의 긴밀한 접촉은 표면의 열 구배를 줄이고 표면에 미세한 수지상 구조를 생성하는 데 도움이 됩니다. (더 좋은 피부) 예측 가능한 내부 미세 구조.
- 더욱 깨끗한 야금: 현대적인 쉘 및 용융 방식을 사용한 매몰 주조는 개재물 포착을 줄입니다.. 모래 주조; 실리카졸 쉘은 특히 세라믹 함유물을 최소화합니다..
- 진공/불활성 타설 호환성: 티타늄 및 일부 초합금과 같은 반응성 합금에 필수적입니다., 산화 및 내포물 감소.
- 국부적인 열처리 호환성: 거의 그물 모양의 부품을 열처리하거나 HIP 처리하여 잔여 다공성을 막고 필요할 때 구조를 균질화할 수 있습니다..
결과: 기계적 성능이 뛰어난 부품, 예측 가능한 피로수명 (다공성을 조절할 때), 그리고 좋은 내식성.
6. 니어넷 형상 및 가공/가공 비용 절감 (경제적 이점)
로스트왁스 주조는 최종 형상을 밀접하게 재현하기 때문에, 이는 종종 2차 처리를 감소시킵니다.:
- 거의 네트 모양: 가공을 위한 최소 재고 - 종종 가공 시간 단축, 공구 마모 및 스크랩 재료.
- 가공 감소: 복잡성에 따라, 가공 작업을 대폭 줄일 수 있습니다.; 많은 부품의 경우 투자 주조로 가공 시간을 단축할 수 있습니다. 50% 또는 완전히 가공된 부품과 비교하여 그 이상 (경우에 따라 다름).
- 재료 절약: 빌렛 재료가 덜 가공됩니다., 재료비 및 폐기물 절감 (인코넬이나 티타늄과 같은 고가의 합금에 특히 중요합니다.).
- 총 소유 비용: 복잡한 형상의 중저용량용, 투자 주조는 종종 가장 낮은 총 비용을 제공합니다. (압형 + 부품별 + 후처리).
경제적 메모: 손익분기점 대. 다이 캐스팅 또는 단조는 볼륨에 따라 다릅니다., 합금, 복잡성과 관용.
투자 주조는 일반적으로 다음과 같은 경우에 가장 매력적입니다.: 복잡한 형상, 중간에서 낮은 생산량, 고가 합금, 또는 거의 순 모양으로 인해 값비싼 가공 비용이 절약되는 경우.
7. 작은 배치, 빠른 반복 & 툴링 유연성 (리드타임 이점)
- 소량의 이점: 압형 (왁스가 죽습니다, 3D 프린트 패턴) 다이캐스팅을 위한 무거운 툴링보다 저렴하고 빠릅니다. 프로토타입 및 소규모 작업에 적합합니다..
- AM 패턴 통합: 3D 인쇄된 주조 가능한 왁스/수지 패턴으로 값비싼 하드 툴링이 전혀 필요하지 않습니다., 빠른 반복 및 일회성 생산 가능.
- 확장 가능한 생산: 동일한 워크플로가 수천 개의 부품을 통해 단일 프로토타입을 제공합니다., 패턴 생산 처리량을 변경하는 것만으로도.
- NPI 시간 감소: 설계자는 형상을 신속하게 반복하고 금속학적으로 생산 부품을 대표하는 주조 프로토타입을 테스트할 수 있습니다. (많은 신속한 프로토타이핑 플라스틱과 달리).
함축: 값비싼 다이 없이 복잡한 부품의 출시 기간 단축 및 소량 제조 가능.
8. 적용 장점 — 분실된 왁스가 빛나는 곳
로스트왁스 주조의 장점은 특히 이러한 분야에서 활용됩니다.:
- 항공우주 & 가스 터빈: 블레이드, VANES, 복잡한 하우징 - 초합금 및 정밀한 표면 마감이 필요한 곳.
- 의료용 임플란트 & 악기: 뛰어난 표면 마감과 생체 적합성을 갖춘 티타늄 및 수술용 스테인리스 부품.
- 기름 & 가스 / 석유화학: 부식 방지 판막 시체, 임펠러, 복잡한 부속품.
- 정밀펌프, 터보기계 & 유압: 엄격한 공차 및 복잡한 흐름 경로.
- 보석류 & 장식용 하드웨어: 최고의 표면과 디테일의 충실도.
- 미술 & 조각품: 표면 충실도가 높은 맞춤형 일회용 제품.
9. 환경 & 지속 가능성의 이점
매몰 주조는 일부 대안에 비해 환경적으로 유리할 수 있습니다.:
- 재료 효율성: 거의 순 모양으로 스크랩 및 가공 폐기물을 줄입니다. 고가 금속에 중요합니다..
- 재활용성: 왁스 및 내화물 폐기물을 관리/재활용할 수 있습니다.; 금속 스프루와 라이저는 재활용 가능.
- 소규모/중간 운영을 위한 에너지 발자국: 대량의 에너지 집약적인 단조 또는 소량 생산을 위한 금형 제조를 방지합니다..
- 조립 감소 가능성 & 관련 수명주기 영향: 단일 부품 주조가 다중 부품 어셈블리를 대체합니다., 패스너 낮추기, 씰 및 관련 유지 관리.
10. 제한 사항 & 투자 주조가 최선이 아닐 수 있는 경우
균형을 이루다: 투자 캐스팅은 만병통치약이 아니다.
- 대량의 단순한 부품: 다이캐스팅이나 스탬핑은 대량 생산 시 부품당 가격이 더 저렴할 수 있습니다..
- 매우 큰 부품: 모래 주조 또는 쉘 성형이 더 경제적일 수 있습니다..
- 매우 얇은 시트형 부품: 스탬핑 또는 시트 성형이 더 좋습니다..
- 절대 최소 단위 비용이 동인인 경우 엄격한 공차/표면 마감이 필요하지 않습니다., 단순한 프로세스가 승리할 수 있음.
11. 결론
잃어버린 왁스 (투자) 캐스팅은 독특한 조합을 제공합니다. 디자인 자유, 정도, 재료의 다양성과 거의 순 형태의 경제.
복잡한 기하학이 있을 때 선택하는 방법입니다., 고가 합금, 미세한 표면 마감과 엄격한 공차가 중요합니다..
현대적인 개선 사항 - 콜로이드 실리카 껍질, 진공 붓기, 적층 패터닝—이 공정의 범위를 더욱 까다로운 응용 분야로 확장했습니다..
주조에 적합한 공정관리 및 설계를 적용할 경우, 투자 주조는 신뢰성을 제공합니다, 전체 시스템 비용과 성능 면에서 다른 제품보다 성능이 뛰어난 무결성 부품.
자주 묻는 질문
인베스트먼트 주조로 기능이 얼마나 정밀할 수 있습니까??
밀리미터 미만의 세부 사항까지 정밀한 기능이 가능합니다.; 실제 최소값은 합금에 따라 다릅니다., 쉘 시스템 및 패턴 소재.
소형 주얼리/정밀 부품 기능용 <0.5 mm를 사용합니다.; 엔지니어링 부품용, 설계자는 일반적으로 견고성을 보장하기 위해 ≥1mm를 목표로 합니다..
어떤 표면 마감을 기대할 수 있나요??
전형적인 주조된 Ra는 다음과 같습니다. ~0.6~3.2μm 워싱과 쉘 마감에 따라; 실리카졸은 최고의 마감을 제공합니다.. 최종 연마 또는 가공을 통해 이를 더욱 향상시킬 수 있습니다..
티타늄 및 니켈 초합금에 매몰 주조가 적합한가요??
예. 실리카졸과 적절한 차단 세척제를 사용하세요. (지르콘) 금속-쉘 반응 및 산화를 방지하기 위해 티타늄 및 초합금에 대한 진공/불활성 용융물.
언제 HIP를 고려해야 합니까??
피로가 중요한 응용 분야 또는 다공성을 제거해야 하는 경우, 잘 알고 있기 (열간 등압 성형) 주조 후 내부 공동을 막고 기계적 특성을 향상시키는 표준 솔루션입니다..
투자 캐스팅이 비싸나요??
부품당 쉘 비용과 인건비가 샌드 캐스팅보다 높을 수 있음, 하지만 총 비용 (가공을 포함하여, 조립과 스크랩) 복잡한 경우에는 종종 더 낮습니다., 중간 용량 또는 고가 부품.
