진공 주조는 제품 개발 주기 내에서 광범위하게 활용되는 복제 기술로, 특히 설계 검증, 기능 테스트 및 제한된 생산 실행에 필요한 고충실도 부품을 생산하는 데 사용됩니다. 이 방법론은 적층 제조에서 파생된 단일 단위 프로토타입과 대량 생산 툴링의 대량 생산 기능 간의 격차를 해소합니다.
이 공정은 기본적으로 액체 실리콘 고무로 만든 금형인 '소프트 툴링'을 사용하여 마스터 패턴을 정밀하게 복제하는 것이 특징입니다. 다음과 같은 경우에 이상적입니다. 프로토타입 제작 그리고 소량 생산 여기서 필요한 수량은 일반적으로 다음과 같습니다. 10 에 100 단위 금형당. 최종 생산 플라스틱과 매우 유사한 우수한 표면 마감 및 재료 특성을 갖춘 부품을 제공하므로 사전 시리즈 평가 및 검증 빌드에 사용되는 복제 방법을 이해하는 데 중요한 단계입니다.
이 가이드는 치수 정확도와 원하는 기계적 성능을 달성하는 데 필요한 기술 파라미터, 재료 과학 및 품질 관리 체크포인트에 초점을 맞춘 진공 주조 공정에 대한 엔지니어링 정보 개요를 제공합니다.
진공 주조란?
우레탄 주조 또는 폴리우레탄 주조라고도 하는 진공 주조는 음압을 사용하여 액체 주조 재료를 연성 주조 재료로 끌어들이는 원리를 기반으로 하는 제조 공정입니다. 실리콘 몰드. 이 기술은 완벽한 금형 충진을 보장하여 대기압 주조의 일반적인 문제인 공기 혼입 및 기포 형성을 방지합니다.
핵심 기술은 소프트 툴링과 주조 수지의 두 부분으로 구성된 시스템에 의존합니다. 소프트 툴링은 실리콘 몰드 는 마스터 모델을 액체 실리콘으로 둘러싸고 경화시켜 만든 탄성체 도구입니다. 이 툴링은 고해상도 디테일 전송을 제공하며 소량 생산에 경제적입니다. 주조 재료는 주로 폴리우레탄 수지 (PU 수지)는 ABS, PC, PP, 엘라스토머 등 다양한 엔지니어링 플라스틱을 시뮬레이션할 수 있는 폴리머 제품군으로 선택되었습니다. 이 공정은 파라미터가 제어된 진공 조건에서 진행되는 복제 주조 방식입니다.
진공 주조 공정의 작동 원리
전체 진공 주조 워크플로우는 반복 가능한 결과와 부품 품질을 보장하기 위해 4가지 중요한 단계로 체계적으로 실행됩니다.
1. 마스터 모델 생성
최종 주조 부품의 품질은 치수 정확도와 표면 마감에 직접적으로 좌우됩니다. 마스터 모델. 마스터 모델은 일반적으로 고해상도 적층 제조 방법(예: SLA, PolyJet) 또는 정밀 CNC 가공을 사용하여 제작됩니다.
- 치수 정확도: 마스터 모델은 최종 부품의 임계 허용 오차를 준수해야 합니다.
- 표면 준비: 매우 매끄러운 표면 마감, 종종 Ra 0.8-1.6 µm실리콘 몰드가 결함을 포함한 모든 표면 디테일을 복제하기 때문에 필요합니다.
2. 실리콘 툴링
마스터 모델은 주조 상자 안에 장착되고 액체 실리콘 고무가 그 주위에 부어집니다. 전체 어셈블리는 진공 챔버에 배치됩니다(≈ 1kPa(절대))를 사용하여 액체 실리콘 내에 갇힌 기포를 배출합니다.
- 치료: 실리콘은 종종 다음에서 경화됩니다. ≈ 40 °C를 사용하여 중합을 가속화합니다.
- 도구 준비: 경화되면 미리 정해진 파팅 라인을 따라 금형을 조심스럽게 절단하고 마스터 모델을 제거하여 주조할 수 있는 캐비티를 남깁니다. 일반적인 몰드의 수명은 다음과 같습니다. 20-25개 캐스팅 차원 저하가 중요한 요소가 되기 전에.
3. 레진 준비 및 진공 주입
이 단계는 진공 주조기 내부에서 실행됩니다. 두 가지 구성 요소로 이루어진 폴리우레탄 수지 를 정밀하게 계량하고 진공 상태에서 혼합한 후 가스를 제거합니다.
- 온도 제어: 금형과 수지 구성 요소는 일반적으로 다음과 같이 사전 컨디셔닝됩니다. ≈ 25-35 °C를 사용하여 점도와 냄비 수명을 조절할 수 있습니다.
- 진공 붓기: 혼합 수지가 실리콘 몰드 캐비티에 주입됩니다. 전체 주입 과정은 다음과 같이 진행됩니다. 1~5kPa(절대) 를 사용하여 공기 혼입 없이 완벽하게 채울 수 있습니다.
4. 경화 및 마무리
주입 후 채워진 몰드는 진공 챔버에서 제거되어 경화 오븐으로 옮겨집니다.
- 치료 후: 열 후 경화, 일반적으로 60-80 °C 에 대한 2-4시간를 적용하여 PU 수지의 최종 기계적 특성과 화학적 안정성을 달성합니다.
- 마무리: 경화되면 부품을 추출하고 러너, 게이트 및 플래시를 제거합니다. 표준 마감 작업에는 지정된 표면 마감 요구 사항을 충족하기 위한 샌딩, 페인팅 또는 텍스처 적용이 포함됩니다.
프로세스 제어 및 품질 매개변수
진공 주조에서 공정 안정성과 부품 일관성은 엄격한 파라미터 제어 실행에 달려 있습니다. 다음 표에는 주요 엔지니어링 체크포인트가 요약되어 있습니다.
| 매개변수 체크포인트 | 대상 범위 / 사양 | 중요 제어 메커니즘 |
| 진공 압력(붓기) | 1-5 kPa | 고해상도 진공 게이지, 자동 사이클 제어 |
| 금형 온도(붓기) | 25-35 °C | 온도 제어 챔버 또는 예열판 |
| 경화 온도(경화 후) | 60-80 °C | 보정된 컨벡션 오븐, 모니터링된 주기 시간 |
| 치수 정확도 | ± 0.2mm (치수의 경우 ≤ 100mm) | 고정밀 마스터 모델, 최소화된 수축 제어 |
| 표면 마감 | Ra 0.8-3.2 µm | 마스터 모델 표면 품질, 실리콘 몰드 무결성 |
| 재료 혼합 비율 | 수지 TDS에 의해 결정됩니다(± 1% 질량) | 보정된 질량 스케일, 검증 가능한 프로세스 로그 |
진공 주조에 사용되는 재료
마스터 모델 머티리얼
선호되는 소재는 포토폴리머(SLA/DLP) 또는 고급 엔지니어링 플라스틱(예: ABS, POM)(CNC 가공의 경우)입니다. 소재는 실리콘 경화의 열 스트레스를 견딜 수 있어야 합니다(≈ 40 °C), 툴링 공정 중 치수 안정성을 유지할 수 있는 충분한 강성을 갖추고 있습니다.
실리콘 몰드 특성
실리콘 소재는 주로 찢어짐 방지, 유연성 및 내열성 때문에 선택된 2성분 RTV(상온 가황) 고무입니다. 고품질 실리콘을 사용하면 다음과 같은 작은 기능도 복제할 수 있습니다. 0.1 mm. 실리콘 경화 중 수축은 중요한 요소로, 일반적으로 다음과 같이 제어됩니다. 0.1-0.3%.
폴리우레탄(PU) 수지
진공 주조의 강점은 다음과 같은 다목적성에 있습니다. 폴리우레탄 수지. 이러한 자료는 다음과 같은 엔지니어링 속성을 시뮬레이션하도록 만들어졌습니다:
- 경질 플라스틱: ABS 시뮬레이션(높은 충격 강도, D75-D85 쇼어 경도), PC(투명, 고인성).
- 엘라스토머: 고무 또는 TPE 시뮬레이션, 경도는 다음과 같습니다. A30 에 A90 Shore.
- 특수 수지: 난연성(UL94-V0), 생체 적합성(USP 클래스 VI) 또는 고온 제형.
재료 선택의 어려움
주요 과제는 생산 등급 열가소성 플라스틱의 정확한 기계적 및 열적 특성을 달성하는 것입니다. PU 수지는 성능 프로파일을 면밀히 시뮬레이션할 수 있지만 실제 동등성을 달성하기는 어렵습니다. 엔지니어는 다음과 같은 기능 테스트를 통해 소재 성능을 검증해야 합니다. 확인 배치.
장점과 한계
| 장점(엔지니어링 매개변수) | 제한 사항(프로세스 제약) |
| 표면 충실도: 마스터 모델 표면 마감을 다음과 같이 정밀하게 복제합니다. Ra 0.8 µm. | 치수 정확도: 본질적으로 재료 수축에 의해 제한되며, 일반적으로 다음과 같습니다. 0.2-0.5%. |
| 소재 유연성: 방대한 범위의 폴리우레탄 수지 옵션을 사용하여 생산 플라스틱을 모방할 수 있습니다. | 도구 수명: 소프트 툴링은 생산량을 다음과 같이 제한합니다. ≈ 20-25개 주물 몰드당. |
| 기하학적 복잡성: 드래프트 요구 사항을 줄이면서 깊은 언더컷과 복잡한 피처를 구현할 수 있습니다. | 부품 크기: 일반적으로 진공 기계의 부피, 표준 부품에 의해 제한됩니다. ≤ 1000mm (장비에 따라 다름). |
| 타임투파트: 유효성 검사 규모를 위한 짧은 리드 타임을 위해 사이클 시간이 최적화되어 있습니다. | 벽 두께: 얇은 벽(1mm 미만)과 지나치게 두꺼운 섹션(10mm 이상)은 주조에 어려움이 있습니다. |
진공 주조의 산업 응용 분야
진공 주조는 충실도가 높은 프로토타입과 소량 생산 부품을 필요로 하는 여러 산업 분야에서 자원 효율적인 솔루션을 제공합니다.
- 자동차: 인테리어 부품 목업(대시보드, 환기 부품), 미적 및 촉각적 특성 검증, 스트레스가 적은 외부 트림 부품의 사전 시리즈 평가에 사용됩니다.
- 소비자 가전: 미적 검토와 적합성 및 기능 검증을 위해 우수한 표면 마감이 필요한 인클로저 프로토타입을 제작할 때 종종 시뮬레이션 텍스처를 사용합니다.
- 의료 기기: 고가의 하드 툴링 투자에 앞서 수술 계획 모델을 위한 세부적인 생체 적합성 프로토타입(특수 레진 사용)을 제작하고 핸드헬드 기기의 인체공학적 테스트를 진행합니다.
- 디자인 검증: 설계 검증의 마지막 단계에 필수적이며, 엔지니어가 대량 생산 툴링에 본격적으로 투입하기 전에 기능 어셈블리, 색상, 마감 및 텍스처(CF&T) 요소를 테스트할 수 있습니다.
다른 캐스팅 방법과의 비교
사출 성형과의 비교
사출 성형은 높은 초기 툴링 비용(경강 또는 알루미늄)과 빠른 사이클 타임이 특징인 대량 제조의 기준입니다. 진공 주조는 저비용 실리콘 툴링을 활용하며 다음과 같은 이점을 제공합니다. 제어 주기 다음에 최적화 소량 생산. 사출 성형의 우수한 치수 공차(± 0.05 mm)는 검증 배치를 위한 진공 주조의 유연성과 낮은 초기 투자 비용으로 거래됩니다. 요약: 진공 주조는 툴링 비용이 주요 제약 조건인 사전 시리즈 평가에 선호되는 방식입니다.
3D 프린팅(적층 제조)과의 비교
적층 제조 방법(예: FDM, SLA)은 단일 단위 맞춤형 부품이나 디자인 반복에 더 적합합니다. 하지만 폴리우레탄 수지 진공 주조에 사용되는 재료는 일반적으로 실제 생산 재료와 더 유사한 열적, 기계적 및 표면 특성을 제공합니다. 진공 주조는 본질적으로 복제 공정이므로 다음과 같은 제품을 생산하는 데 탁월합니다. 확인 배치 일관된 재료 특성을 가진 동일한 부품으로 구성됩니다. 요약: 진공 주조는 다음과 같은 배치에 대해 향상된 재료 충실도와 반복성을 제공합니다. 10개 이상 단위 대부분의 적층 공정과 비교했을 때
원심 주조와 비교
원심 주조는 주로 금속 또는 특정 기하학적 문제에 사용됩니다. 원심 주조는 회전력에 의존하여 재료를 금형 안으로 밀어 넣습니다. 진공 주조는 음압에 의존하므로 저점도를 사용하여 복잡한 형상을 보이드 없이 채우는 데 매우 효과적입니다. PU 수지. 원심 주조는 엔지니어링 플라스틱 시뮬레이션에 덜 활용됩니다. 요약: 진공 주조는 운동력에 의존하는 원심 주조와 달리 파라미터로 제어되는 진공 조건에서 폴리우레탄 수지를 사용하는 복잡한 형상에 최적화되어 있습니다.
엔지니어링 결론
진공 주조 공정은 사전 시리즈 평가를 위한 고충실도의 기능성 부품을 생산할 수 있는 강력하고 자원 효율적인 방법을 제공합니다. 소량 생산. 일관된 품질을 달성하려면 진공 압력을 비롯한 공정 파라미터를 엄격하게 제어해야 합니다(1-5 kPa), 열 조절(25-35 °C) 및 치료 후 주기(60-80 °C). 제어된 애플리케이션 폴리우레탄 수지 내에서 실리콘 몰드 시스템은 부품 일관성과 치수 정확도를 보장합니다. ± 0.2mm 성공에 중요한 허용 오차 범위 확인 배치.
진공 주조는 설계 의도와 제조 가능성을 연결하는 가장 가치 있는 복제 방법 중 하나입니다.
프로토타입 검증 또는 소프트 툴링 기술을 연구하는 엔지니어는 이 프로세스를 주조 파라미터가 치수 정확도, 표면 품질 및 반복성에 미치는 영향을 이해하기 위한 벤치마크로 사용할 수 있습니다.
