주조 유리 금형에 대한 재고

날짜: 2021년 4월 1일

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본 논문에서는 비용 효율적인 방식으로 모양과 크기 및/또는 맞춤형 디자인의 자유도가 높은 (고체) 유리 부품을 주조할 수 있는 두 가지 대체 금형 제조 기술을 탐구합니다. 구체적으로 이 논문에서는 3D 프린팅 모래 주형과 조정 가능한 고정밀 강철 주형에 대해 TU Delft에서 수행된 연구, 설계 및 실험 작업에 대해 논의합니다. 3D 프린팅 모래 주형은 고체에 대한 고정밀, 비용 효율적인 솔루션을 제공할 수 있습니다. 복잡한 기하학적 구조 및/또는 맞춤형 디자인의 유리 부품.

이 금형 기술은 이미 금속 주조에 사용되었지만 유리 주조 분야에서는 아직 미개척 분야로 남아 있습니다. 따라서 이 논문은 TU Delft에서 이 금형 기술에 대한 첫 번째 실험 결과를 제시합니다. 다양한 바인더를 사용하고 표면 마감을 위해 다양한 코팅으로 처리된 금형 샘플을 유리(가마) 주조에서 예상되는 고온에서 테스트했습니다.

다음으로 주어진 유리 형상에 맞게 3D 프린팅된 금형을 준비하고 가마 주조를 통해 실제 유리 프로토타입을 제작합니다. 조정 가능한 금속 금형은 구조 모듈러스의 자유도를 제공하는 또 다른 금형 기술입니다. 기본적으로 동일한 금형으로 다양한 크기와 모양의 구성 요소를 생성할 수 있습니다. 따라서 이러한 금형의 설계 원리와 엔지니어링, 그리고 이 기술의 잠재적 응용과 한계에 대해 논의합니다.

개념 증명으로 3D 프린팅된 PLA와 레이저 절단 MDF를 사용하여 조정 가능한 금형을 제작했습니다. 이 주형은 다양한 형태의 왁스 모델을 생성하는 데 사용되며, 이는 로스트 왁스 기술을 통해 유리 프로토타입을 가마에서 주조하는 데 사용됩니다. 제시된 두 가지 금형 기술에 대한 조사 결과를 바탕으로 생산량, 필요한 정확도 수준, 관련된 형태의 복잡성 및 다양성에 따른 적합성에 대한 지침이 제공됩니다.

1.1.주조 유리의 성형 가능성과 금형 기술로 인한 전류 제한

이론적으로 유리 주조, 즉 용융된 유리를 주형에 붓는 과정을 통해 거의 모든 모양과 단면의 모놀리식 유리 부품을 생산할 수 있습니다. 이러한 엄청난 형성 잠재력은 유리의 높은 압축 강도(플로트 소다석회 유리의 경우 최대 1000MPa로 명시됨(Saint Gobain 2016; Weller et al. 2008; Ashby, Jones 2006))와 결합되어 설계에 무한한 가능성을 제공합니다. 층 높이의 유리 기둥부터 전체 유리 봉투에 이르기까지 모든 크기와 모양의 투명한 모놀리식 구조 유리 부재입니다.

그러나 실제로 건축 환경에서 주조 유리의 성형 가능성은 대부분 매핑되지 않은 분야로 남아 있습니다. 주조 유리 구성 요소로 구성된 자립 구조의 실현된 사례는 거의 없습니다. 즉, Atocha Memorial(Schober et al. 2007), Crown Fountain (Hannah 2009), 광학 하우스(Hiroshi 2013) 및 크리스탈 하우스(Oikonomopoulou et al. 2017; Oikonomopoulou et al. 2015)는 단순한 모양과 대략 최대 10kg의 질량을 갖는 동일한 고체 유리 장치를 사용합니다( 그림 1). 고체 유리 장치에 대한 이러한 설계 선택에는 어느 정도 서로 얽혀 있는 두 가지 주요 이유가 있습니다. (a) 더 큰 질량과 두께의 주조 유리 요소에 필요한 길고 복잡한 어닐링 시간 및 (b) 비용 장벽 복잡한 고정밀 강철 또는 흑연 주형이 필요한 형상이나 맞춤형 생산을 통해 부과됩니다(그림 2).

필요한 어닐링 시간은 상당한 질량의 유리 조각 주조의 가장 큰 단점으로 간주될 수 있습니다. 어닐링 시간을 줄이는 주요 요소는 유리의 열팽창 계수(유리 구성과 직접적으로 연결됨), 물체의 질량 및 전체 형태입니다(Oikonomopoulou 2019). 이 방향에서, 실질적으로 더 가벼운 구조는 어닐링 시간을 크게 줄일 수 있어 상당히 짧은 시간에 더 큰 부품을 제작할 수 있습니다.

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