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금속 주조의 기원: 7,000년 전 고대 문명으로 거슬러 올라가는 방법?
주조는 원하는 모양의 구멍이 있는 금형에 액체 재료를 붓고 응고시키는 제조 공정입니다. 경화된 부분을 주조라고 하며, 주형을 꺼내거나 깨뜨리는 과정을 거쳐 완성됩니다. 주조 재료는 일반적으로 두 가지 이상의 구성 요소를 혼합한 후 경화되는 금속 또는 다양한 노화 재료입니다. 예로는 에폭시, 콘크리트, 석고 및 점토가 있습니다. 주조는 다른 방법으로 만들기 어렵고 비경제적인 복잡한 모양을 만드는 데 가장 자주 사용됩니다. 공작기계 베드, 선박 프로펠러 등 대형 기계 부품을 여러 개의 작은 부품을 접합하여 제작할 필요 없이 필요한 크기로 쉽게 주조할 수 있습니다. 주조의 역사는 7,000년 이상으로 거슬러 올라가며, 가장 오래된 주조는 기원전 3200년의 청동 개구리라는 점은 주목할 가치가 있습니다.
역사
고대부터 금속 주조는 도구, 무기, 종교적인 물건을 만드는 데 사용되었습니다. 금속 주조의 역사와 발전은 남아시아(중국, 인도, 파키스탄 등)까지 거슬러 올라갑니다. 남아시아의 전통과 종교는 상징적인 조각상과 유물의 주조에 크게 의존합니다. 이러한 품목은 일반적으로 납과 혼합된 구리 합금으로 만들어집니다. 야금술이 시작된 이래로 대부분의 주물은 돌이나 세라믹으로 만든 단순한 단일 또는 2피스 주형으로 만들어졌습니다. 그러나 잃어버린 왁스 주조의 증거는 많은 고대 문명에서 나타납니다. 분실된 왁스 주조 공정은 고대 메소포타미아에서 시작되었습니다. 분실된 왁스 주조에 대한 최초의 기록은 바빌론의 스파르타에서 나타났습니다. 열쇠를 만드는 데 필요한 왁스의 양은 문헌에 명확하게 기록되어 있습니다.
최초의 주물은 개방형 석재 주형에서 제작되었습니다.
로스트왁스 주조법에는 직접 로스트왁스법과 간접 로스트왁스법의 두 가지 방법이 있습니다. 직접성형법은 왁스재료를 손이나 다른 도구를 이용하여 주조와 동일한 왁스무늬로 만드는 것이고, 간접성형법은 금형을 통해 왁스무늬를 만드는 것이다. 직접 성형 방식은 장인의 높은 기술 수준이 필요하며, 그렇지 않으면 주조 품질을 보장할 수 없습니다. 그러나 수동직접성형의 한계는 대량생산을 하기에는 효율성이 너무 낮다는 점이다. 이런 점에서는 간접성형이 장점이 있다. 장인은 일반적으로 돌, 나무, 점토 또는 기타 플라스틱 재료로 모델을 만듭니다. 초기 문명은 납이 녹은 구리를 더 유연하게 만들어 더 정교한 디자인을 주조할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 예를 들어, 모헨조다로의 춤추는 소녀는 구리 합금 주조품으로, 아마도 잃어버린 왁스 기법을 사용한 것 같습니다. 잃어버린 왁스 주조의 역사는 기원전 4000년, 즉 황동석 시대로 거슬러 올라갑니다. 이 기술의 가장 초기 연구 사례는 인더스 계곡 문명의 6,000년 된 부적입니다.
주조기술의 진화
인도는 주조 방법을 활용하여 동전을 대량 생산한 최초의 문명 중 하나로 간주됩니다. 기원전 1000년경에는 은으로 만든 동전을 사용했으나, 2000년대가 지나면서 동전의 재질도 점차 주조된 구리합금으로 바뀌었습니다. 신기술의 개발로 새로운 구리 동전의 대량 생산이 가능해졌고, 적층 가능한 다중 조각 동전 템플릿 다이의 도입이 가능해졌습니다. 여러 개의 주형을 서로 쌓아서 점토 원통 안에 넣으면 녹은 금속이 중앙을 통해 부어지고 열린 공간에서 채워지고 응고됩니다. 이 과정을 통해 동시에 100개의 동전을 생산하는 것이 가능해졌습니다.
중동과 서아프리카에서는 잃어버린 왁스 기술이 야금 전통 초기에 사용된 반면, 중국은 상대적으로 늦게 이 기술을 채택했습니다. 인더스 계곡 문명에 비해 서유럽의 로스트 왁스 기술 활용은 매우 제한적이라고 여겨진다. 은대(기원전 1600~1040년) 안양에서는 실제 유실납 주물은 발견되지 않았으나, 다량(10만개)의 주형조각이 발견됐다. 이로 인해 왕조의 수도에서는 로스트왁스 주조가 실시되지 않았음을 추론할 수 있었습니다. 그러나 기원전 1300년경에 정밀 주조로 만든 마스크가 발견된 것은 유실된 왁스 기술이 중국의 다른 지역에도 영향을 미쳤을 수 있음을 시사합니다. 역사가들은 포병 개발의 기원에 대해 논쟁을 벌이고 있지만 대부분의 증거는 18세기와 19세기의 투르키예와 중앙아시아를 가리킵니다.
주조기술의 다양성
금속 가공에서는 금속을 액체 상태로 가열한 다음 주형에 부어 넣습니다. 금형은 원하는 모양을 포함하는 빈 공동이며 금속이 금형으로 흘러 들어갈 수 있도록 하는 공급 및 출구 채널을 포함합니다. 금형과 금속이 냉각되면 금속이 응고됩니다. 그런 다음 응고된 부품(주조)을 금형에서 제거하고 후속 작업을 통해 주조 공정 중에 생성된 과잉 재료를 제거합니다.
선철, 알루미늄 등 금속의 주조 공정은 시간이 지남에 따라 지속적으로 개선되어 왔으며, 기술의 진화는 산업 발전을 촉진해 왔습니다.
또한 석고, 콘크리트, 플라스틱 수지 등의 재료도 일회용 스크랩 주형이나 다용도 "시트" 주형을 사용하여 주조할 수 있습니다. 주조품의 표면은 일반적으로 편평하고 불투명하며, 외관을 향상시키기 위해 표면처리 기술을 사용하는 경우가 많습니다. 주조 과정에서 특정 화학적으로 만들어진 플라스틱 수지를 돌 가루와 혼합하여 색상을 부여할 수 있으며, 이를 통해 천연 대리석이나 석회화의 효과를 여러 번 시뮬레이션할 수 있습니다. 기술이 향상됨에 따라 주조 공정은 계속 발전하여 전례 없는 설계 정확도를 달성합니다.
오늘날의 산업에서는 주조 공정의 시뮬레이션에서 수치적 방법을 사용하여 주조 부품의 질량을 계산하고, 주형 충진, 응고 및 냉각을 고려하여 주조의 기계적 특성과 열 응력을 미리 정량화하고 변형을 예측할 수 있습니다. 이 기술을 사용하면 생산이 시작되기 전에 주조품의 품질을 정확하게 특성화할 수 있습니다. 기술이 발전함에 따라 주조 공정 시뮬레이션은 주조 기술의 가장 중요한 혁신 중 하나가 되었으며 전체 주조 제조 공정에서 시간과 비용을 절약해 줍니다.
이 편지는 금속 주조의 역사와 기술을 다루며, 고대의 장인정신에서 오늘날의 첨단 기술로의 진화가 우리에게 미래의 주조 기술이 우리의 삶과 산업 제조를 어떻게 변화시킬 것인지 궁금하게 만듭니다.
