삼

날짜: 2023년 7월 6일

저자: Rena Giesecke, Benjamin Dillenburger

원천:유리 구조 및 엔지니어링, 7권, (2022)

DOI:https://doi.org/10.1007/s40940-022-00176-y

제시된 연구에서는 3차원(3D) 인쇄 금형을 기반으로 한 맞춤형 유리 건축 요소의 디지털 제작 방법을 조사합니다. 특정 형상의 맞춤형 유리 부품에는 일반적으로 여러 단계의 제조, 고도로 전문화된 기술 또는 기계가 필요합니다. 컴퓨터 수치 제어 밀링 강철 금형은 높은 비용과 제한된 기하학적 자유로 인해 대규모 로트 크기에만 적합합니다. 로스트왁스 주조에는 여러 단계의 제조 및 후처리가 필요합니다. 본 논문에서는 대량 생산 유리 요소와 맞춤 제작 유리 요소 사이의 격차를 줄이기 위해 3D 프린팅 금형을 사용하여 유리 가공물을 성형하는 접근 가능하고 저렴한 프로세스를 조사합니다. 이전 연구에서는 유리 주조를 위해 무기 바인더와 함께 바인더 분사를 사용할 수 있는 가능성을 보여주었습니다. 이 논문에서는 주조 및 가마 주조, 블로우 성형 및 슬럼핑을 포함하여 3D 프린팅 금형과 결합할 수 있는 유리 주조 외에도 다양한 기존 제조 방법을 조사합니다.

목표는 제조 가능성을 확장하고 3차원 유리에 대한 다양한 접근 방식을 제공하는 것입니다. 목표는 3차원 솔리드, 중공 또는 이중 곡면 시트 유리 요소의 설계부터 생산까지 프로세스를 높은 정밀도로 단순화하는 것입니다. 이 논문에서는 바인더 분사 기술과 재료 고려 사항, 내열성, 다양한 유리 제조 공정과의 호환성, 금형 처리용 코팅에 대한 조사를 제시합니다. 또한, 생성된 유리 부품의 정밀도를 평가하고 유리 유형에 대한 설계 지침을 정의합니다. 제시된 제조 방법으로 가능해진 기하학적 특징을 지닌 정면용 유리 벽돌 또는 시트는 건축 요소에 새로운 광학적, 구조적 또는 장식적 특성을 허용할 수 있습니다.

1.1 배경

유리는 문화와 건축의 역사에서 필수적인 역할을 했으며 메소포타미아에서 기원전 3천년 중반 청동기 시대에 인간에 의해 처음 발견되었습니다(Wight 2011). 로마 시대에는 주형 내부에서 작은 유리 알갱이를 가열하여 융합시키는 프릿 주조를 사용하여 가정용 물건을 만들었습니다. 그 이후로 유리 성형은 유리 제조에서 필수적인 역할을 담당해 왔습니다. 기원전 1세기에 페니키아인들은 그릇이나 병과 같은 속이 빈 유물을 제조하기 위해 유리 불기를 발명했습니다. 로마인들은 CE 100년 건물에 작고 부분적으로 투명한 주조 유리 조각을 처음으로 사용했습니다(McGrath and Frost 1937). 18세기부터는 원통형 판유리나 크라운 유리를 사용하여 창유리를 생산했습니다. 스위스 건축가 Gustave Falconnier는 강철 금형을 활용하여 건축용 중공 유리 벽돌을 제조함으로써 전통적인 병 블로우 성형 공정을 수정했습니다(Jeandrevin 2018).

1887년에는 산업용 블로우 성형을 통해 용기와 가정용품의 대량 생산이 가능해졌습니다. 1959년 플로트 유리 공정의 발명으로 플로트 유리를 건축용 표준화 제품으로 대량 생산할 수 있게 되었습니다(Pilkington 1969). 오늘날 대량 생산된 유리 부품은 전 세계적으로 중요한 시장을 차지하고 있는 반면(Statista 2021), 맞춤형 제작 유리는 쇠퇴하는 산업입니다(Guardian 2021). 유리 부품용 대량 생산 금형은 일반적으로 스테인리스 스틸 또는 흑연으로 제작되는 반면, 맞춤형 유리 제품용 금형은 일반적으로 샌드 프레싱 또는 석고-실리카 금형을 사용하여 제작됩니다. 성형 방법의 선택은 필요한 정밀도, 형상 및 부품 생산 수에 따라 달라지며 성형 재료는 적용되는 유리 가공 방법에 따라 다릅니다. 모래압착공법은 모래-점토-벤토나이트 혼합물에 나무 문양을 압착한 후 주조하는 모래형 성형 공정입니다.

분실 왁스 기술의 경우 왁스 또는 플라스틱 포지티브를 수동으로 조각하거나 CNC 밀링한 후 포지티브 주위에 석고-실리카 혼합물을 주조합니다(Feinberg 1983). 그러나 이 기술은 시간이 많이 걸리고 힘들며, 금형과 접촉하는 유리 표면은 투명한 결과를 위해 후처리가 필요한 거친 표면을 초래하여 유리 물체의 정밀도에 영향을 미칠 수 있습니다. CNC 밀링 강철 금형은 대규모 응용 분야와 로트 크기가 큰 고정밀 요소에 매우 유용하지만(Oikonomopoulou et al. 2018), 적은 생산 수에는 비용이 너무 많이 들고 기하학적 복잡성이 부분적으로 제한됩니다. 일부 다중 구성품 강철 금형에서는 복잡한 부품을 제조할 수 있지만 금형을 제거할 수 없기 때문에 복잡한 부품에서 언더컷을 생성할 수 없습니다.