KR20210082288A - Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법 - Google Patents

Abstract

Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법이 제공된다.
본 발명은, 왁스몰드를 제작하는 공정; 상기 제작된 왁스 몰드를 석고 슬러리에 매몰시켜 석고 몰드를 제작하는 공정; 상기 석고 몰드 내부의 왁스를 제거하는 공정; 및 상기 왁스가 제거된 석고 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 내부의 금속 모형은 유지하고 외부의 석고 몰드는 제거하는 공정;을 포함하는 로스트 왁스 주조방법에 있어서, 상기 왁스를 제거하는 공정은, 상온에서 상기 석고 몰드내 포함된 왁스 몰드에 Microwave를 조사하여 왁스를 선택적으로 용융시키고, 이어, 용융된 왁스를 석고 몰드 밖으로 배출 제거하는 공정; 그리고 상기 왁스가 배출 제거된 석고 몰드를 700~800℃의 온도로 가열함으로써 상기 석고 몰드내 남아 있는 왁스를 기화시켜 배출 제거하는 공정;을 포함한다.

Description

Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법{Lost wax casting method by utilizing Microwave}

본 발명은 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 왁스의 열분해 전에 왁스 몰드를 포함하고 있는 석고 몰드에 Microwave를 조사함으로써 왁스 몰드를 선택적으로 제거할 수 있는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법에 관한 것이다.

일반적인 주얼리 제조는 생산성을 고려하여 로스트 왁스 주조공법을 이용하고 있다. 이러한 로스트 주조 공법은　주얼리 업계에서 가장 많이 사용되는 방법으로 왁스를 통해 성형품의 형태의 왁스모형을 제작하고, 이 왁스 모형을 석고에 매몰시킨 후, 가열하여 매몰된 왁스를 제거한다. 이후, 석고에 용융 금속을 주입하여 금속이 응고되면 석고를 제거함으로써 최종제품을 제조할 수 있는 방법으로서, 정밀한 형상 표현이 가능하고 대량생산에 용이한 장점이 있다.

그런데 상술한 로스트 왁스 주조공법의 왁스 제거공정(de-waxing 공정)에서는 종래 단순 열처리로 왁스를 제거하기 때문에, 왁스가 연소되면서 다량의 악취가 발생하고, 미세먼지 및 유해인자도 발생하는 문제점이 있었다.

따라서 전술한 왁스 제거공정에서의 문제점을 해결하기 위한 방법의 일예로 특허문헌 1에 기재된 발명을 들 수 있다. 상기 특허문헌 1에서는 열분해로 발생하는 유해물질을 스크러버와 필터로 포집하여, 대기로 방출되는 유해물질을 차단하는 방법으로 스크러버를 이용하기 때문에 유해물질의 종류에 상관없이 포집이 가능하며, 대용량 처리가 가능하다는 장점이 있다. 그러나 스크러버를 이용하기 위해서는 배관시설을 설치해야 하고 스크러버를 지속적으로 작동시켜야 하므로 고설치 비용, 고유지 비용이 발생하는 단점이 있다.

또 다른 방법으로 특허문헌 2에 제시된 바와 같은 Auto clave 방법이 있다. Auto clave 방법은 왁스가 포함된 몰드를 용매가 담긴 Auto clave에 넣고 중탕하여 몰드 내부가 고온 고압으로 유지되면서 왁스가 제거되는 방법이다. 본 방법은 다른 공정에 비해 상대적으로 공정이 단순하고 대량처리도 유리한 장점이 있으나, 내부가 수증기 압력으로 인해 몰드 패턴의 손상이 발생할 수 있으며, 이는 주조불량의 발생 원인이 될 수 있다는 문제가 있었다.

또 다른 방법으로 특허문헌 3에 개시된 원심분리 방법을 들 수 있다. 본 방법은 원심분리기를 이용해 가열된 몰드를 빠르게 회전시키면 이때 발생하는 원심력에 의해 액상이나 유리전이 상태에 있는 왁스를 제거하는 기술이다. 일반적으로 왁스가 액화되더라도 높은 점성 때문에 왁스 제거가 어려운 문제가 있으나, 원심력을 이용하면 대부분의 왁스를 제거할 수 있는 장점이 있다. 그러나 이 방법을 사용하기 위해서는 몰드의 강도가 충분해야 하며, 고 중량을 회전시킬 수 있는 고가의 전용장비가 필요한 경제적인 문제가 있다.

또 다르게는 현재 대중적으로 가장 많이 사용되고 있는 저온 액상 제거 방법을 들 수 있다. 본 방법은 몰드를 100-200℃ 정도에서 일정시간 동안 유지하여, 왁스를 액화시켜 제거한 후, 700~800℃의 온도로 가열하는 방법으로 현재 주얼리 산업에서 가장 널리 이용하는 방법이다. 상기 방법은 공정이 매우 단순하며 특별한 설비가 필요 없고, 왁스 열분해까지 연속적으로 처리가 가능한 장점이 있으나, 왁스에 따라 공정온도와 시간이 상이하며, 도 1(a-b)와 같이, 액상이 된 왁스가 몰드 내부로 확산하여 석고 내부에 잔류하고, 잔류한 왁스는 열분해 공정 시 유해물질을 발생시키는 문제가 있다.

대한민국 공개특허 2002-0020347호 대한민국 등록특허 제10-1837419호 대한민국 공개실용신안 1999-0102256호

따라서 본 발명은 기존의 저온 액상 제거법을 개선하여, 왁스 제거공정에서 발생하는 악취 발생, 미세먼지 및 유해인자를 감소시킬 수 있는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정하지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구라도 본 발명 명세서 전반에 걸친 내용으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 어려움이 없을 것이다.

본 발명의 일측면은,

왁스 몰드를 제작하는 공정; 상기 제작된 왁스 몰드를 석고 슬러리에 매몰시켜 석고 몰드를 제작하는 공정; 상기 석고 몰드 내부의 왁스를 제거하는 공정; 및 상기 왁스가 제거된 석고 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 내부의 금속 모형은 유지하고 외부의 석고 몰드는 제거하는 공정;을 포함하는 로스트 왁스 주조방법에 있어서,

상기 왁스를 제거하는 공정은,

상온에서 상기 석고 몰드내 포함된 왁스 몰드에 Microwave를 조사하여 왁스를 선택적으로 용융시키고, 이어, 용융된 왁스를 석고 몰드 밖으로 배출 제거하는 공정; 그리고

상기 왁스가 배출 제거된 석고 몰드를 700~800℃의 온도로 가열함으로써 상기 석고 몰드내 남아 있는 왁스를 기화시켜 배출 제거하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법에 관한 것이다.

상기 석고 몰드는 그 내부 기공을 제거하기 위하여 탈포(진공으로 배기) 공정을 거치도록 함이 바람직하다.

상기 Microwave 조사를 통하여 액상 왁스의 배출 시, 상기 석고 몰드를 틸팅 또는 교반하는 것이 유리할 수 있다.

상기 왁스 몰드는 Microwave에 대한 선택적 조사 반응을 향상시키기 위해 그 내부에 도전성 금속 분말을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은 로스트 왁스 주조공법의 왁스 제거공정에서 발생하는 악취 발생, 미세먼지 및 유해인자를 효과적으로 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 저온 액상 제거 방법으로 왁스를 제거할 때 왁스 제거 전후의 석고 몰드를 나타내는 사진으로서, (a)가 왁스 제거전, (b)가 왁스 제거 후를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 로스트왁스 주조법을 이용한 주얼리 제작과정을 보이는 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 이용된 플라스틱 몰드(a)를 종래 금속 몰드(b)에 대비하여 나타낸 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예에서 석고 몰드에 Microwave를 주사하여 왁스를 제거하는 공정을 보이는 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에서 Microwave 주사 직후 석고 몰드의 단면 사진(a)를, 저온 공정 제거법으로 왁스를 제거한 직후의 석고 몰드의 단면 사진과 대비하여 나타내는 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에서 Microwave를 이용하여 왁스를 제거한 석고 몰드를 고온 열처리하였을 때, 시간에 따른 미세먼지 발생량을 나타낸 그림으로서, 종래 저온 액상 제거 방법으로 왁스를 제거한 경우와 비교하여 나타낸 그림이다.

상술한 바와 같이, 로스트 왁스 주조공법에 있어서 왁스 제거를 위한 여러 방법들이 제시되었지만, 왁스 제거공정에서 발생하는 악취 발생, 미세먼지 및 유해인자를 경제적 및 효과적으로 방지할 수 있는 방안으로서는 한계가 있었다. 따라서 본 발명자들은 로스트 왁스 공정의 왁스 제거 공정에서 경제적이고 효과적인 방법으로 왁스를 제거할 수 있는 방안을 찾고자 연구와 실험을 거듭하였으며, 그 결과, Microwave를 이용하여 왁스를 선택적으로 용융시켜 제거한 후, 고온가열을 통하여 남아있는 왁스를 제거하면 종래 문제되던 악취발생 등을 억제할 수 있음을 확인하고 본 발명을 제안하는 것이다.

따라서 본 발명의 로스트 왁스 주조방법은, 왁스몰드를 제작하는 공정; 상기 제작된 왁스 몰드를 석고 슬러리에 매몰시켜 석고 몰드를 제작하는 공정; 상기 석고 몰드 내부의 왁스를 제거하는 공정; 및 상기 왁스가 제거된 석고 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 내부의 금속 모형은 유지하고 외부의 석고 몰드를 제거하는 공정;을 포함하는 로스트 왁스 주조방법에 있어서, 상기 왁스를 제거하는 공정은, 상온에서 상기 석고 몰드내 포함된 왁스 몰드에 Microwave를 조사하여 왁스를 선택적으로 용융시키고, 이어, 용융된 왁스를 석고 몰드 밖으로 배출 제거하는 공정; 그리고 상기 왁스가 배출 제거된 석고 몰드를 700~800℃의 온도로 가열함으로써 상기 석고 몰드내 남아 있는 왁스를 기화시켜 배출 제거하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 2(a-h)은 본 발명의 일시시예에 따른 로스트왁스 주조법을 이용한 주얼리 제작과정을 보이는 공정 모식도이다. 　

먼저, 본 발명에서는 왁스 몰드를 제작하다.

즉, 도 2(a)와 같이, 제작할 시편을 캐드나 스케치 등을 이용하여 디자인한다. 이어, 도 2(b)와 같이, 디자인된 시안을 파라핀과 같은 저 융점 폴리머 등을 이용하여 왁스몰드를 제작한다.

본 발명에서 상기 왁스 몰드는 후속하는 Microwave를 이용한 왁스 제거공정에서의 선택적 조사 반응을 향상시키기 위해 도전성 금속 분말을 포함함이 바람직하다. 본 발명은 상기 도전성 분말의 종류 및 그 입도 등에 제한되지 않으며, 다양한 종류와 입도를 갖는 금속 분말을 이용할 수 있다.

이어, 본 발명에서는 도 2(c)와 같이, 제작된 왁스 몰드를 석고 슬러리에 매몰시켜 석고 몰드를 제작한다.

이때, 본 발명에서는 상기 석고 몰드의 내부 기공을 제거하기 위하여 탈포(진공으로 배기) 공정을 거치도록 하는 것이 바람직하다. 이러한 석고 몰드의 내부기공은 후술하는 왁스 제거공정에서 액상의 왁스가 석고 몰드 내부로 침투할 수 있는 통로를 제공할 수 있으므로, 가급적 제거하는 것이 바람직하다.

그리고 본 발명에서는 도 2(d)와 같이, 석고 몰드 내부의 왁스를 제거한다.

본 발명에서는 먼저, 상온에서 상기 석고 몰드내 포함된 왁스 몰드에 Microwave를 조사하여 왁스를 선택적으로 용융시키고, 이어, 용융된 왁스를 석고 몰드 밖으로 배출 제거한다. 이러한 선택적인 왁스의 용융으로 인하여 전체적인 왁스 제거량을 증가시킬 수 있다. 또한 종래 저온 왁스 제거 방법에서 야기되던 용융된 액상의 왁스가 석고 몰드 내부로 확산되는 현상을 효과적으로 억제할 수 있으므로, 후속하는 고온열처리공정에서 악취 발생과 미세먼지 발생 등을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

본 발명에서는 Microwave 조사를 통하여 액상 왁스의 배출 제거 시, 상기 석고 몰드를 틸팅 또는 교반하는 것이 가능하다. 이러한 틸팅 내지 교반을 통하여 용융된 액상의 왁스가 외부로 효과적으로 배출 제거될 수 있다.

그리고 본 발명에서는 상기 왁스가 배출 제거된 석고 몰드를 700~800℃의 온도로 가열함으로써 상기 석고 몰드내 남아 있는 왁스를 기화시켜 배출 제거한다. 전술한 바와 같이, 본 발명에서는 왁스 몰드에 대한 Microwave 조사를 통하여 왁스를 선택적으로 용융시킨 후, 배출 제거함으로써 왁스의 전체 제거량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 용융 왁스가 석고 몰드 내부로 확산되는 것을 억제할 수도 있으므로 상기 고온 가열 시 기화 배출되는 미세 먼지 등의 함량도 종래법 대비 저감할 수 있다.

후속하여, 본 발명에서는 후속하여, 도 2(e-h)에 나타난 바와 같이, 상기 고온 가열처리된 석고 몰드에 용융된 금속을 주입한 후, 내부의 금속 모형은 유지하고 외부의 석고 몰드는 제거한다. 이어, 석고가 제거되고 남은 시편을 자르고 가공한 후 최종 주얼리 제품을 제작할 수 있는 것이다.

이아, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

(실시예)

저 융점 폴리머를 이용하여 트리 형상의 왁스 몰드를 제작하였다. 이어, 도 3(a)에 나타난 바와 같이, 플리스틱 몰드내에 상기 제조된 왁스 몰드를 장입한 후 석고를 매립하여 석고 몰드를 제작하였다.

한편 비교를 위하여, 제작된 트리 형상의 왁스 몰드를 도 3(b)와 같은 금속몰드에 장입한 후, 석고를 매립하여 석고 몰드를 제작하였다.

이어, 도 3(a)의 석고 몰드에 대해서는, 도 4와 같이, 상기 플라스틱 몰드를 제거한 후 상온에서 Microwave 오븐내에 장입하여 Microwave를 석고몰드 내부에 있는 왁스 몰드에 선택적으로 7분 동안 조사시켰다. 구체적으로, MR-M276으로 1050W 일반 가정용 전자레인지를 이용하였으며, Microwave 구동 방식은 3분-1분 휴식-3분으로 총 7분 동안 조사하였다.

한편 도 3(b)의 석고 몰드에 대해서는, 이를 200℃ 온도의 로내에 2시간 유지하여 왁스 몰드를 액상화하여 배출 제거하였다.

이때, 상기 2개의 공정으로 제거된 왁스 제거량을 하기 표 1에 나타내었다.

구분	본 발방법	종래법
	Microwave 공정	저온 액상 제거방법
초기 왁스의 양(g)	7.54	7.54
배출된 왁스의 양(g)	4.32	1.36
제거된 양(%)	57.29	18

상기 표 1에 나타난 바와 같이, Microwave를 이용하였을 때, 왁스의 초기 양은 7.54g이였으며, Microwave를 7분 동안 조사하여 배출된 양은 4.32g으로 초기보다 57.29% 제거된 것을 확인할 수 있다. 이는 200℃ 온도의 로내에 2시간 유지하여 초기 왁스 양의 18%가 제거된 종래 저온 왁스 제거법 대비 효능이 우수함을 알 수 있다.

한편 도 5는 본 발명의 Microwave 조사 직후의 석고 몰드의 단면 사진(a)를, 저온 왁스 제거법으로 왁스를 제거한 직 후의 석고 몰드의 단면 사진(b)과 대비하여 나타낸 것이다.

도 5(a)에 나타난 바와 같이, Microwave 공정을 이용하여 왁스를 제거한 경우는, 그림에 노란색으로 표시한 바와 같이 석고 내부로 흡수된 왁스가 후술하는 저온 왁스 제거 공정에 비해 감소한 것을 확인할 수 있다.

이에 반하여, 도 5(b)와 같이, 저온 왁스 제거법을 진행한 경우는 왁스가 모두 제거된 것으로 보이지만, 노란색으로 표시한 바와 같이 왁스가 석고 내부로 흡수된 것을 확인할 수 있다.

　이는 기존 저온 왁스 제거 공정을 통한 왁스제거는 최대 약 18%만 제거되며, 석고 내부로 흡수되는 것을 육안으로 확인한 결과이며, 석고 내부에 흡수된 왁스는 결국 고온 열처리 때 전부 연소되어 다량의 발암물질과 미세먼지를 발생시킬 수 있음을 알 수 있다. 그러나 본 발명의 방법을 이용하면, 왁스가 약 57% 제거되기 때문에 석고 내부에 흡수되는 왁스의 양을 현저하게 감소시켜 고온 공정에서 발생하는 미세먼지와 발암물질이 효과적으로 감소시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 Microwave를 이용하여 왁스를 제거한 석고 몰드를 고온 열처리하였을 때, 시간에 따른 미세먼지 발생량을 나타낸 그림으로서, 종래 저온 액상 제거 방법으로 왁스를 제거한 경우와 비교하여 나타낸 그림이다.

도 6에는 나타난 바와 같이, 종래 저온 왁스 제거공정을 거친 석고 몰드에 대한 고온 열처리의 경우, 150분 시점부터 999㎛/m³ 이상의 높은 수치의 미세 먼지가 발생되는 것을 확인할 수 있다. 이는 300㎛/m³ 이하의 미세먼지가 발생한 본 발명의 방법과 큰 차이가 있음을 알 수 있다.

즉, 본 발명의 Microwave 전처리 공정을 이용함으로써 왁스 제거에 따른 미세먼지 발생량을 종래기술 대지 1/2이하로 감소시킬 수 있으며, 이에 따라 발생하는 유독물질 배출 또한 당연히 감소될 수 있음을 알 수 있다.

본 발명은 상기 구현 예 및 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현 예 및 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해 해야만 한다.

Claims (4)

1. 왁스몰드를 제작하는 공정; 상기 제작된 왁스 몰드를 석고 슬러리에 매몰시켜 석고 몰드을 제작하는 공정; 상기 석고 몰드 내부의 왁스를 제거하는 공정; 및 상기 왁스가 제거된 석고 몰드에 용융 금속을 주입한 후, 내부의 금속 모형은 유지하고 외부의 석고 몰드는 제거하는 공정;을 포함하는 로스트 왁스 주조방법에 있어서,
   상기 왁스를 제거하는 공정은,
   상온에서 상기 석고 몰드내 포함된 왁스 몰드에 Microwave를 조사하여 왁스를 선택적으로 용융시키고, 이어, 용융된 왁스를 석고 몰드 밖으로 배출 제거하는 공정; 그리고
   상기 왁스가 배출 제거된 석고 몰드를 700~800℃의 온도로 가열함으로써 상기 석고 몰드내 남아 있는 왁스를 기화시켜 배출 제거하는 공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 석고 몰드는 그 내부 기공을 제거하기 위하여 탈포(진공으로 배기) 공정을 거친 것임을 특징으로 하는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 Microwave 조사를 통하여 액상 왁스의 배출 시, 상기 석고 몰드를 틸팅 또는 교반하는 것을 특징으로 하는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 왁스 몰드는 Microwave에 대한 선택적 조사 반응을 향상시키기 위해 그 내부에 도전성 금속 분말을 포함하는 것을 특징으로 하는 Microwave를 이용한 로스트 왁스 주조방법.
   

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